基于TI F28027 DSP实现光伏MPPT闭环控制

一、硬件系统架构

1. 主控模块

模块	型号/参数	功能说明
主控芯片	TMS320F28027	32位浮点DSP，100MHz主频
时钟电路	10MHz晶振+PLL	提供系统时钟和PWM时基
复位电路	TPS3823-33DBVR	低电压检测+手动复位

2. 功率转换模块

光伏输入 → 防反接二极管 → Boost电感 → MOSFET → 输出滤波电容 → 负载/电池

• Boost电路参数： 输入电压：12-24V（光伏阵列） 输出电压：24-48V（可调节） 电感量：47μH（饱和电流≥3A） 开关频率：200kHz（F28027 PWM分辨率支持）

3. 采样模块

传感器类型	型号	接口配置
电压采样	ISO124P/24V	差分输入，衰减比1:20
电流采样	INA226	I²C接口，±3A量程
温度采样	DS18B20	单总线数字输出

4. 保护电路

• 过压保护：TVS管（SMBJ24A）+ 比较器（LM393）硬件触发
• 过流保护：ACS712霍尔传感器 + 软件阈值检测
• 反接保护：MOSFET+自恢复保险丝

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二、MPPT算法实现

1. 改进型扰动观察法（P&O）

// 定义关键参数
#define STEP_SIZE 0.05f   // 基础步长0.05V
#define STEP_ADAPT 0.2f   // 动态步长系数
#define STABLE_THRESHOLD 0.01f // 稳定阈值

float P_prev = 0.0f;
float V_ref = 0.0f;

void MPPT_Control() {
    // 1. 采集实时数据
    float V = GetVoltage();
    float I = GetCurrent();
    float P = V * I;
    
    // 2. 动态步长计算
    float dP = P - P_prev;
    float deltaV = (fabs(dP) > STABLE_THRESHOLD) ? STEP_SIZE * fabs(dP) : STEP_SIZE;
    
    // 3. 扰动方向决策
    if(dP > 0) {
        V_ref += deltaV;  // 功率增加，继续同方向扰动
    } else {
        V_ref -= deltaV;  // 功率减少，反向扰动
    }
    
    // 4. 电压限制
    V_ref = constrain(V_ref, V_min, V_max);
    
    // 5. PWM占空比更新
    Set_DutyCycle(Voltage_to_Duty(V_ref));
    
    // 6. 历史数据更新
    P_prev = P;
}

2. 增量电导法（INC）优化实现

void MPPT_INC() {
    static float V_prev = 0.0f, I_prev = 0.0f;
    float dV = V - V_prev;
    float dI = I - I_prev;
    
    // 计算电导变化率
    float dI_dV = dI / dV;
    float target = -I / V;
    
    if(dI_dV > target) {
        // 需要增加电压
        V_ref += STEP_SIZE * fabs(dI_dV);
    } else if(dI_dV < target) {
        // 需要减小电压
        V_ref -= STEP_SIZE * fabs(dI_dV);
    }
    
    // 更新历史值
    V_prev = V;
    I_prev = I;
}

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三、软件架构设计

1. 中断服务程序

// 200kHz PWM周期中断
#pragma vector=EPWM1_TIMER_INT_VECTOR
__interrupt void EPWM1_ISR() {
    // 1. 电流电压采样
    Read_Sensors();
    
    // 2. MPPT算法执行
    MPPT_Control();
    
    // 3. 保护检测
    Check_Protection();
    
    // 4. 清除中断标志
    EPwm1Regs.TIFR.bit.INT = 1;
}

// 10ms定时器中断
#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR
__interrupt void Timer0_ISR() {
    // 1. 温度补偿计算
    float temp = Read_Temperature();
    Adjust_MPPT_Parameters(temp);
    
    // 2. LCD显示刷新
    Update_Display();
}

2. 关键模块配置

模块	配置参数	代码实现
ADC模块	12位分辨率，顺序采样	AdcRegs.ADCCTL2.bit.RESOLUTION = 12;
PWM模块	200kHz频率，死区200ns	EPwm1Regs.TBPRD = 1000;+ 死区配置
SCI通信	115200bps, 8N1	SciaRegs.SCICCR.bit.STOPBITS = 1;

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四、闭环控制优化

1. 前馈补偿设计

// 输入电压前馈
float FeedForward = V_in * 0.8;  // 补偿系数根据实验确定
float Duty = Voltage_to_Duty(V_ref) + FeedForward;

2. 滑模观测器实现

// 状态方程
x1_dot = x2;
x2_dot = (1/L)*(V_in - R*x1 - V_out);

// 观测器设计
x1_hat_dot = x2_hat + K1*(V_in - x1_hat);
x2_hat_dot = (1/L)*(V_in - R*x1_hat - V_out) + K2*(V_in - x1_hat);

参考代码 TI F28027 光做MPPT程序，实际闭环跟踪光伏功率 www.youwenfan.com/contentcnn/73282.html

五、调试与验证

1. 硬件调试要点

• 示波器监测： PV电压/电流波形（观察是否出现振荡） 开关管驱动信号（检查死区时间） 输出功率曲线（验证跟踪速度）

• 关键测试数据：

  测试条件	典型值	允许偏差
  跟踪速度	<200ms	±50ms
  稳态振荡幅度	<1% Vref	±0.5%
  效率	>95%	±2%

2. 软件调试技巧

• 仿真验证：

  % 建立P-V曲线模型
  V = linspace(10,20,1000);
  I = solar_cell_model(V);
  P = V.*I;
  
  % 模拟MPPT过程
  [V_mpp, P_mpp] = simulate_mppt(V, P, STEP_SIZE);
  

• 日志记录：

  // 通过SCI发送调试数据
  void Debug_Log() {
      printf("V=%.2f,I=%.2f,P=%.2f\n", V, I, P);
  }