在之前的博文《恩智浦基于LPC5536的光伏MPPT控制方案，技術(shù)大咖們看過來》中，我們對恩智浦基于LPC5536的光伏MPPT控制方案進行了總體介紹，相信大家對光伏發(fā)電的原理以及恩智浦的方案已經(jīng)有了大致的了解。本文將會對其硬件方案進行更加詳細的介紹。

硬件組成

按照硬件功能，可以將該方案的硬件電路分成下面四個部分：

1 電源電路 (POWER) 

2 最大功率點跟蹤電路 (MPPT)

3 單片機控制電路 (MCU)

4 充電控制電路 (CHARGE)

其中，電源電路為整個系統(tǒng)提供所需的電壓，電源電路框圖如下圖所示。電源有4個輸入通道：光伏板、外接電源、Vbus (MPPT OUT可以通過焊接方式與Vbus進行連接)以及電池，通過二極管連接并輸入到Vin，作為DC/DC的輸入。其中，10V用于柵極驅(qū)動，為MPPT電路提供驅(qū)動信號；3.3V用于MCU相關(guān)的電路，通過BUCK電路降壓到5V然后經(jīng)LDO獲得。

圖1：電源電路框圖

圖中部分元器件的選型如下表所示：

其余三個部分的電路框圖如下圖所示：

圖2：其余三個部分電路框圖

MPPT電路拓撲結(jié)構(gòu)采用同步BOOST，通過PWM控制柵極驅(qū)動器驅(qū)動MOSFET從而實現(xiàn)最大功率點跟蹤。輸入端接18V光伏板，分別通過電流采樣調(diào)理電路采集輸入端電壓和電流，并傳入MCU的ADC完成信號采集；輸出端可以直接連接到負載上，或者通過焊接的方式跨接到Vbus上，方便進行調(diào)試，輸出端同樣也包含了類似的電壓電流采樣電路。

充電控制電路使用SC8802芯片，支持1~6節(jié)鋰電池的充放電，通過控制四開關(guān)管BUCK-BOOST對充電功率進行調(diào)整。MCU可以通過GPIO和PWM對充電芯片進行控制，實現(xiàn)充電功能的開關(guān)，并控制充電電流。

MCU控制電路主要包括MCU最小系統(tǒng)、人機交互相關(guān)外設(shè)（屏幕和按鍵）以及一些接口，屏幕采用1.47英寸的SPI LCD，通過3個按鍵進行控制。另外，板載LM75B溫度傳感器，和MCU通過一組I2C接口進行通訊。SWD接口用于程序的下載和調(diào)試，2組UART接口用于串口調(diào)試，4個預(yù)留的GPIO用于測試及附加功能。

圖中部分元器件的選型如下表所示：

將所用到的MCU資源進行總結(jié)，共使用了5x ADC、4x PWM、1x SPI、1x I2C、1x SWD、2x UART、11x I/O，另外預(yù)留了4個接口，可以用作4x I/O或者2x PWM和2x ADC，具體情況如下表所示： 

電路測試

圖3：電路實物圖

因為BOOST是本方案中實現(xiàn)MPPT功能的主拓撲，所以MOSFET的驅(qū)動效果直接影響了最終的控制效果。下面對BOOST拓撲中MOSFET的驅(qū)動波形進行測量。

由于DC/DC電路很容易產(chǎn)生干擾，需要盡可能減小接地環(huán)路的面積，使用示波器的接地彈簧進行測量，低邊MOSFET的驅(qū)動波形如圖4(a) 所示，高邊MOSFET的驅(qū)動波形如圖4(b) 所示：

圖4(a)：低邊MOSFET驅(qū)動波形

圖4(b)：高邊MOSFET驅(qū)動波形

本文小結(jié)

本文聚焦恩智浦基于LPC5536光伏MPPT方案的硬件設(shè)計部分，展現(xiàn)了如何通過組件與電路設(shè)計實現(xiàn)高效穩(wěn)定的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

后續(xù)我們將介紹該方案的軟件設(shè)計部分，共同見證這一高效光伏MPPT解決方案的完整面貌！