一種新光伏MPPT算法及硬件實現(xiàn)和實用性分析

比較圖3，5可知，圖5中主電路上多R2和VD3，假設Buck后端負載電壓U1=14 V，負載電流I=5 A，前端電壓U2≈U1／D，D為占空比，VD3導通電壓Uf=1 V，那么消耗在R2和VD3的能量為：

新驅動電路中，多出的兩個MOSFET會增加能耗，其能耗分為兩部分：①給柵源極電容充放電消耗的能量為：P2_1=2QgUgsf，Qg為VQ2或VQ3的總柵極電荷，Ugs為VQ2或VQ3柵源端電壓，f為VQ2，VQ3開關頻率。這里VQ1選用L2203N，VQ2，VQ3均選用IRF640。從IRF640 Datasheet中可查得Qg=72 nC，且選擇Ugs=12 V，f=30 kHz，故P2_1=0．025 92W。
②漏源極之間的導通與關斷消耗的能量。由于VQ2的通斷是為C1充放電(而C1為VQ1柵源電容充放電)，VQ3的通斷是為VQ1柵源電容充放電，從L2203N Datasheet中可查得VQ1的總柵極電荷Q1g=60 nC，C1在一個周期中因給VQ1柵源電容充電而導致C1的電壓下降△u1=Q1g／C1=6 mV，可見C1兩端電壓變化很小，所以VQ2通斷前后，VQ2漏源極兩端電壓很小(為毫伏級)，可視作ZVS軟開關，那么VQ2通斷造成的能量損耗幾乎能忽略不計。而VQ3關斷時，VQ1先關斷，VQ1的柵源極電勢相等，而VQ1的柵極、源極分別跟VQ3的漏極、源極等電勢，那么VQ3的漏源極兩端電壓也近似為零，可見，VQ3關斷時也可視為ZVS軟開關，所以VQ3的關斷造成的能量也可忽略不計；VQ3導通時，柵極電壓變化過程如圖6所示。

圖中，Uth為開啟閾值電壓，Ugp為米勒平臺電壓，Ucc為MOSFET穩(wěn)定導通后柵源極兩端電壓。對于VQ1，VQ3，通過查閱相關數據求取t1，t2：

當VQ3柵源電壓上升到Uth后，即VQ3開始導通后，VQ1柵源電壓才從零開始上升，從上述計算數據可見，t2_VQ3-t1_VQ3≈t1_VQ1?？芍?，VQ3柵源電壓上升到Ugp后，VQ1柵源電壓還未上升到Uth，VQ3柵源極電壓上升到Ugp后，VQ3幾乎完全導通，C1兩端電壓幾乎全加在VQ1的柵源極兩端，使VQ3兩端電壓接近零，故VQ3開通過程消耗的能量主要集中在t1～t2這段時間內。為簡化計算，可求取最大能量損耗，假設在t1～t2時段內，VQ1柵源兩端電壓Ugs_VQ1為零，那么VQ3開通過程消耗的能量為：

從t1～t2這段時間內，查表可得在漏源電壓為25V測試條件下，由于VQ3跨導為：

由式(4)變形得Ids=11Ugs-33，則VQ3漏源極導通電阻R=25／(11Ugs-33)，而Ugs可寫成時間函數：

故傳統(tǒng)驅動電路比此處提出的驅動電路多消耗的能量△P=P1-(P2_1+P2_2)=5．067 08 W，故新Buck驅動電路比傳統(tǒng)Buck驅動電路提高的效率η1=△P／(IU2)=7．239％，可見對于中小功率的Buck電路，這里提出的MOSFET驅動電路極大地提高了能量轉換效率。