王桢 王海祥

（金陵科技学院机电工程学院 江苏省南京市 211169）

1 引言

太阳能具有储量大、可再生及清洁等特点，在新能源发展中得到了各国的高度重视[1-3]。光伏电池是可以将太阳能直接转换为电能的设备，但是其输出特性是有关光照强度、温度等因素的非线性特性，在开环运行的状态下无法保证一直工作在最大功率点(MPP)，因此诞生了各种追踪光伏电池最大功率点的技术(MPPT)，对提高光伏发电产能具有重要意义[4-6]。

近年来，许多学者提出了各种MPPT算法来跟踪光伏电池的最大功率点，虽然这些算法的最终目的都相同，但是它们在效率、速度、稳态振荡、复杂程度以及实现成本等特点上存在巨大差异[7-10]。

本文从光伏电池的工程用数学模型[11-12]出发，结合Buck变换器的工作原理，深入分析了负载与光伏电池实现阻抗匹配的原理，给出了光伏电池输出特性与Buck变换器占空比之间的关系曲线，为使用Buck变换器实现MPPT提供理论依据。最后制作了一款降压型MPPT控制器样机，通过实机测试验证其有效性。

2 光伏电池的工程用数学模型

光伏电池以自身的P-N结吸收太阳辐照产生光生伏特效应，可以直接将光能转换成电能，成为一个小型的直流电源。可以将光伏电池看作一个电流源与二极管的并联电路，即“单二极管等效电路”，如图1所示。

图1：单二极管等效电路

图1中，Iph为光生电流，与太阳光照强度成正比；ID为内部暗电流，特指在无光照时光伏电池P-N结在外电压的作用下通过的电流；……