芯森电子VN2A电压传感器与AN3V电流传感器在光伏系统MPPT中的应用

光，本质上是一种能源。自然界中，太阳光是一个免费且容易获得的能源。阳光照射到晶体硅电池或者薄膜电池的表面（通俗叫法就是太阳能板）时，在能量的驱动下，电子开始流动，接入线路后会产生电流，这样就把太阳能转换成直流电源，并给后端的负载供电。在负载不需要用电/或者轻载的时候，还可以把这些剩余的能源给储存起来（给电池充电），在夜晚、阴雨等没有阳光又需要用电的时候，就改由电池来供电。

一个完整的、小系统光伏太阳能设备方框图为：

太阳能板发出的电，并非一个稳定的电源。一天之中，太阳的位置会不断地发生变化，太阳能板的输出功率，会随着阳光的强度，光线与太阳能板所形成夹角的变化而变化，忽大忽小。这样，就需要一个称之为MPPT的控制器-追踪最大功率。目前，最小系统的光伏设备，通常都用专用IC，再配合简单的外围电路来实现一个完整的应用。下图为TI厂家所提供的，型号为BQ24650的MPPT应用电路图：

以下是一个在某厂家推荐的应用电路图基础而设计出的电路图，仅保留太阳能输入和充电模块。如图所示，二极管D3的作用是在无太阳能输入时，阻断电池对太阳能板的反向放电。然而，此类单向二极管元件会引入显著能量损耗：以标称55W的太阳能板为例，一般实测最大输出功率约36W，当MPPT工作点设定为18V时，在满功率输出条件下，该二极管至少产生 0.7V * 2A=1.4W（按典型工况电流2A计算）的功率损耗，这种以热能形式耗散的能量对系统构成无效负荷。

大部分需要使用太阳能设备的地方，通常是普通电力无法覆盖且无人值守的场所，这类设备通常需要满足定时/或者应急状态下的工作需求，同时须具备在长期阴雨天气下的自持运行能力。为便于人力运输，设备体积要严格控制。因此整体能效越高越好，设计上应最大限度消除无效能耗。

那么如何优化应用方案呢？以下是两个方案可供参考：

1、使用芯森电子的电压传感器件 VN2A 25 P00，该器件的量程范围10-1000V；与继电器（或者其它的关断电路）配合，一旦检测到输入电压低于MPPT电压值，则断开继电器（或者其它的关断电路）。

2、同时使用芯森电子的电压传感器VN2A 25 P00和霍尔电流传感器AN3V/或者AN4V A系列；同时并且持续的检测到太阳能电压低于18V，且太阳能的输出电流小于0.1A，则认为已无阳光，断开继电器。VN2A 25 P00和AN3V/AN4V A两器件自身总消耗约30mA的电流。

以上方案，还需要严格注意功率MOS管选型。要根据MOS驱动器件的输出能力去选择参数合适的MOS管，让MOS管快速的打开和关闭，以减小MOS自身的发热量。

下图是综合上述几点优化设计后投产的一套完整的设备。全套设备配一块标称55W的太阳能板，12.6V / 50Ah的三元锂电池，全套设备总重量约11KG，单人背负全套设备即可爬上50米高的电力铁塔安装。

只要有太阳，该MPPT就以满载的电流对电池组充电。在测试中，多次的出现这样的情况，大约从上午10点到下午3点之间，阳光强度最大的时候，MPPT以至少3A的连续电流对电池充电，而此时段，设备内部温度也只会到大约55℃。

视频摄像头每一小时定时工作一次，先360度环扫描，然后再对几个预设的重点区域摄像，所有的图像通过4G设备回传到后台；并支持后台在任何时间点对摄像头进行操控。持续的测试表明，设备最大支持到连续15天阴雨天气下不间断的工作。该产品正批量的交付给电力铁塔、港航等行业的太阳能视频监控系统。