一种基于MCU控制的光伏电池测试仪设计

　　2 硬件电路设计和实现

　　2．1 系统结构

　　针对光伏电池的输出特性和测量的特殊要求，为对光伏电池I-V和P-V特性实时、自动检测，设计了基于STC-12C5A60S2单片机的光伏电池特性测试仪。测试仪原理框图如图2所示，MCU通过D／A转换电路和电压反馈，跟踪调节栅极电压VGS。通过A／D转换电路和电流取样，准确检测光伏电池两端输出的电流和电压值。单片机通过串口与上位机通信，实现数据处理和显示。

　　2．2 MOSFET管驱动电路

　　场效应管驱动电路如图3所示。采用型号为IRFP150的功率MOSFET管模拟可变电阻器，因其具有超低导通电阻，栅极电压VGS=10V时，RDS =0．030Ω。并联FET起到扩容的作用，在外加散热片的情况下，可以通过15 A以上的电流。为了减少杂散电感和寄生振荡，使并联MOSFET管均流，采用统一驱动源，并加独立的栅极电阻。

　　2．3 MCU测控电路和电源补偿

　　微控器采用高性能STC-12C5AS2单片机。鉴于测量精度的要求和扩展方便，采用高速12位串行接口模／数转换器MAX187和数／模转换器TLV5616。当基准电压为4．096 V时，最小分辨率为1 mV。精密单电源运算放大器OP777，控制MOSFET管栅极电压。

　　为了稳定控制栅极电压，通过电流取样信号反馈和控制电压信号组成差分放大器，由此组成了一个闭环的栅极电压跟踪调节器，如图4所示。

　　为准确测量光伏电池的短路电流，加入1．5 V补偿电源，采用TI公司低电压大电流电源模块PTH05010制作。若电压测量值为U1，光伏电池两端实际电压为U=U1-1．5，当U1=1．5 V时，可测得光伏电池的短路电流。

　　2．4 辅助电路

　　测试仪供电电路有12 V和5 V两种，分别供给单电源运放和其他芯片。为了兼顾供电效率和电源质量，采用降压式DC／DC控制器MAX1745(效率90％以上)，结合低压差稳压器(LDO)TLV1117(线性稳压纹波很小)，设计了5～12V电路。DC／DC电路开关频率最高300 kHz，电源最大功率50 W。