原文參考鏈接：https://www.instructables.com/ARDUINO-SOLAR-CHARGE-CONTROLLER-Version-30/

基礎知識

適用于50W太陽能電池板為12V鉛酸電池充電

目前市場上最先進的太陽能充電控制器是最大功率點跟蹤(MPPT)，與早期的充電控制器相比，其優點為：

• 在低溫下的效率提高了30%~40%，但與PWM充電器相比，MPPT充電控制器的制作比較復雜。

MPPT電路基于同步降壓轉換器電路，將較高的太陽能電池板電壓降低到電池的充電電壓。Arduino通過控制占空比來最大化太陽能電池板的輸入功率，以保持太陽能電池板在其最大功率點運行。

應具有過壓保護

設計參考2：https://microcontrolere.wordpress.com/2016/12/16/mppt-solar-charger/

Basics on MPPT Charge Controller

MPPT充電控制器，用于在特定條件下從PV模塊提取最大可用功率。
同步降壓轉換器：
開關頻率與電感和電容的大小成反比，與MOSFET的開關損耗成正比。頻率越高，電感和電容的尺寸越小，但開關損耗越高。
電感頻率選用50Khz

設計計算

Assume We are designing for a 50W solar panel and 12V battery

• Input voltage (Vin) =15V
• Output Voltage (Vout)=12V
• Output current (Iout) =50W/12V =4.16A = 4.2A (approx)
• Switching Frequency (Fsw)=50 KHz
• Duty Cycle (D) =Vout/Vin= 12/15 =0.8 or 80%
  電感Calculation
  L= ( Vin-Vout ) x D x 1/Fsw x 1/ dI
  上式中，dI為紋波電流，對于良好的設計，紋波電流的典型值在負載電流的30%~40%
• Let dI =35% of rated current，dI=35% of 4.2=0.35 x 4.2 =1.47A
• So L= (15.0-12.0) x 0.8 x (1/50k) x (1/1.47) = 32.65uH =33uH (approx)
• Inductor peak current =Iout+dI/2 = 4.2+(1.47/2) = 4.935A = 5A (approx)
  So we have to buy or make a toroid inductor of 33uH and 5A.
  電容計算
  需要輸出電容以最小化降壓轉換器輸出端的電壓過沖和紋波，大的過沖是由輸出電容不足引起的。
• The out put capacitor ( Cout)= dI / (8 x Fsw x dV)
  dV是紋波電壓,Let voltage ripple( dV ) = 20mV
• Cout= 1.47/ (8 x 50000 x 0.02 ) = 183.75 uF
• By taking some margin, I select 220uF electrolytic capacitor.
  MOS選擇

Voltage Rating: Vds of MOSFET should be greater than 20% or more than the rated voltage.

Current Rating: Ids of MOSFET should be greater than 20% or more than the rated current.

ON Resistance (Rds on): Select a MOSFET with low ON Resistance (Ron)

Conduction Loss: It depends on Rds(ON) and duty cycle. Keep the conduction loss minimum.

Switching Loss: Switching loss occurs during the transition phase. It depends on switching frequency, voltage, current, etc. Try to keep it a minimum.
在假設設計50W的太陽能MPPT控制器中，voltage(Voc) which is nearly 21 to 25V and the maximum load current is 5A，I have chosen the IRFZ44N MOSFET. The Vds and Ids value has enough margin as well as it has low Rds(On) value.
MOS驅動器選擇
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MOS驅動器允許來自控制器的低電流數字輸出信號驅動MOS的柵極，5V數字信號可以使用驅動器切換高壓MOS。
Vout = Duty Cycle x Vin
For example, if I give a 50% duty cycle to a 12 input supply, the output should be 6V in the scope.
電壓測量

對于分壓電路：
Vout = R2/(R1+R2) x Vin
Vin = (R1+R2)/R2 x Vout

參考2（重要）

https://microcontrolere.wordpress.com/2016/12/16/mppt-solar-charger/

接下來3個項目是博主推薦的鏈接

1.Arduino powered solar battery charger

原文鏈接：https://www.instructables.com/Arduino-powered-Solar-Battery-Charger/
[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-TcMOtWJo-1676817681208)(null)]
電流檢測傳感器采用ACS712
Q2是降壓轉換器的主開關MOSFET，Q3是同步開關MOSFET。MOSFET由U2驅動，U2是IR2104 MOSFET驅動器。IR2104從引腳2上的Arduino輸入端獲取PWM信號（Digital_pin_9），并使用它來驅動開關MOSFET。IR2104也可以通過將引腳3設置為低來關閉。由于Q2是NFET，它需要比作為太陽能輸入的源電壓高10V的柵極驅動電壓。因此，IR2104使用由D2和C6制成的電荷泵電路來提升柵極驅動電壓，以打開高側MOSFET。D3是一個快速開關二極管，它應該在Q3之前開始導通，從而提高效率（增加1-2%）。
Q1防止電池在夜間放電。當Q2從電壓通過D1導通時，Q1導通。R4將Q1柵極的電壓耗盡，因此當Q2關斷時。
L1是平滑開關電流和C8平滑輸出電壓的主電感器。
為了測量電池和太陽能電池板電壓R2、R3、C1和R6，R7、C9被設置為分壓器。在這種情況下，電容器C1和C9平滑信號中的任何脈沖，并向ADC提供干凈的測量。C4是平滑任何輸入電流脈沖的輸入濾波電容器。
為了測量電池和太陽能電池板電壓R2、R3、C1和R6，R7、C9被設置為分壓器。在這種情況下，電容器C1和C9平滑信號中的任何脈沖，并向ADC提供干凈的測量。C4是平滑任何輸入電流脈沖的輸入濾波電容器。
為了讀取系統中的電流，有一個R分流電阻器。U1將兩端的電壓降放大100倍，并饋送給Arduino的ADC。
3個LED連接到微控制器的數字引腳，并用作顯示充電狀態的輸出接口。
代碼原理

• 將當前輸出功率與上一時刻進行對比，調節輸出的PWM
• 最大占空比設置為99.9%

ARDUINO SOLAR CHARGE CONTROLLER ( Version 2.0)

https://www.instructables.com/ARDUINO-SOLAR-CHARGE-CONTROLLER-Version-20/

本文作者的設計

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Arduino 太阳能MPPT控制器设计参考的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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