基于恒流模式電子負載的太陽能電池IV測試系統技術方案

一種基于恒流模式電子負載的太陽能電池IV測試系統，包括：一電子負載模塊；一驅動增強模塊，其輸入端與電子負載模塊的端口1連接，該驅動增強模塊并與一太陽電池串連；一第一保護電路，其輸入端與驅動增強模塊的電壓檢測端口5連接，其輸出端與MCU主控模塊的16位ADO端口6連接；一第二保護電路，其輸入端與驅動增強模塊的電流檢測端口4連接，其輸出端與MCU主控模塊的16位AD1端口5連接；一MCU主控模塊，其是C8051F芯片；一鍵盤控制模塊，其與MCU主控模塊的端口2連接；一液晶顯示模塊，其與MCU主控模塊的端口1連接；一接口通訊模塊，其與MCU主控模塊的端口3連接；一供電穩壓模塊，該供電穩壓模塊向整個太陽能電池IV測試系統供電。

【技術實現步驟摘要】
基于恒流模式電子負載的太陽能電池IV測試系統
本專利技術屬于光電
與測量與自動控制領域的結合，特別涉及一種基于恒流模式電子負載的太陽能電池IV測試系統。
技術介紹
隨著人類社會的飛速發展，能源需求量在全球范圍變得越來越大，而傳統非可再生礦物能源卻在逐漸枯竭，對可再生新能源的開發利用已經成為世界各國的熱點研究課題。太陽能因其潔凈性與可再生性等諸多優點越來越受到世界關注。在“節能、減排、開發綠色能源”的背景下，開發光伏能源及其應用價值成為當下科研的一個重要方向。在光伏電池生產中，電池性能的好壞直接影響整個光伏發電系統的效率。因此，對太陽電池光伏特性的精確快速檢測，就顯得尤為重要。這不僅利于企業生產效率的提高，更有助于科研活動的進一步開展。目前，國內外多家公司針對太陽電池特性已經開發出多款I-V測試系統，用于滿足光伏研究與生產的需要。如美國Newport公司開發的OrielI-V測試系統，可對太陽能電池的光電特性和參數進行全面的測量。美國吉時利公司開發的4500-MTSI-V測試系統，可以實現36通道高速并行測試。國內的賽凡光電、巨力科技、及卓立漢光等光電科技公司，也相繼開發出各種I-V測試系統用于光伏企業生產與科研活動。另外，科研院校也在I-V測試系統開發中，嶄露頭角。1994年，HovinenA等人提出了IV曲線到電池二極管模型的擬合方法。2004年，Guvench.M.G.等人基于PC硬件與數學編程研制了IV測試系統用于大面積光伏電池特性的測試。2009年，Aranda.E.D等人提出一種基于DC-DC轉換器的光伏電池測試方法。2010年，ChenFengxiang等人基于單片機開發了光伏I-V測試系統，電池主要參數測量誤差最小于5％。2013年，HermanM等人提出了太陽能電池IV測試時間最優化方法。但目前的光伏I-V測試系統，由于體積龐大、成本昂貴、攜帶不便等突出缺點，無法滿足多樣化的市場需求。因此，提出一種和傳統測試系統相比，體積輕巧、成本較低、攜帶方便、準確度高的太陽能電池IV測試系統變得十分必要。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種基于恒流模式電子負載的太陽能電池IV測試系統，具有以下顯著特點：1、巧妙利用電路的對稱性消除了運放的輸入失調電壓對測量精度的影響，保證測量系統的準確性。2、在消除溫度漂移影響的情況下增加了電子負載驅動增強電路，提高了系統驅動負載的能力。3、巧妙地設計了供電穩壓部分，有效解決由于電路漏電造成的過零點問題，保證測試系統的準確性。4、加入了過壓保護電路，克服了非正常情況帶來的瞬時高壓的影響，提高電路的可靠性。5、系統在保證測量準確度的基礎上，其結構簡單，成本低廉，體積小巧，利于攜帶和規模化生產。本專利技術提供一種基于恒流模式電子負載的太陽能電池IV測試系統，包含：一模擬電路部分和數字電路部分，其中：該模擬電路部分包括：一電子負載模塊，該電子負載模塊由三個對稱結構的運算放大器和四個分壓電阻和一個采樣電阻組成，其作用是將MCU主控模塊的12位數模轉換器DAO輸入的激勵電壓信號轉化為電流信號，精確控制流過太陽能電池電流；該電子負載有Vb、VI、VU、VCC、VSS，5個主要外接端口：端口Vb連接被測太陽能電池的正輸出極；端口VI連接MCU的DAO輸出管腳并通過保護電路連接MCU的AD1輸入管腳；端口VU通過保護電路連接到MCU的ADO輸入管腳；VCC和VSS接口負責整個電子負載模塊的供電；一驅動增強模塊，其輸入端與電子負載模塊的端口1連接，該驅動增強模塊并與一太陽電池串連，該驅動增強模塊由對稱結構的四個三極管和兩個分壓電阻構成；該驅動增強模塊有V1、V2、VSS和VCC，4個主要外接接口：接口V1連接運放OPO的輸出端口；接口V2連接采樣電阻RSAM的一端和運放OP1的正向輸入端；接口VCC和VSS負責整個驅動增強模塊的供電；一第一保護電路，其輸入端與驅動增強模塊的電壓檢測端口5連接，其輸出端與MCU主控模塊的16位ADO端口6連接；一第二保護電路，其輸入端與驅動增強模塊的電流檢測端口4連接，其輸出端與MCU主控模塊的16位AD1端口5連接；該數字電路部分包括：一MCU主控模塊，其是C8051F芯片；一鍵盤控制模塊，其與MCU主控模塊的端口2連接；一液晶顯示模塊，其與MCU主控模塊的端口1連接，該液晶顯示模塊是帶中文字庫12864液晶；一接口通訊模塊，其與MCU主控模塊的端口3連接；一供電穩壓模塊，該供電穩壓模塊向整個太陽能電池IV測試系統供電。本專利技術的有益效果是：1、巧妙利用電路的對稱性消除了運放的輸入失調電壓對測量精度的影響，保證測量系統的準確性。2、在消除溫度漂移影響的情況下增加了電子負載驅動增強電路，提高了系統驅動負載的能力。3、巧妙地設計了供電穩壓部分，有效解決由于電路漏電造成的過零點問題，保證測試系統的準確性。4、加入了過壓保護電路，克服了非正常情況帶來的瞬時高壓的影響，提高電路的可靠性。5、系統在保證測量準確度的基礎上，其結構簡單，成本低廉，體積小巧，利于攜帶和規模化生產。附圖說明為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施方式，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。圖1是基于恒流模式電阻負載的太陽能電池IV測試系統結構框圖；圖2是電子負載模塊1局部細節電路圖；圖3是驅動增強模塊2局部細節電路圖；圖4是鍵盤控制模塊4局部細節電路圖；圖5是液晶顯示模塊5局部細節電路圖；圖6是接口通信模塊6局部細節電路圖；圖7是保護電路模塊7和保護電路模塊7’局部細節電路圖；圖8是供電穩壓模塊8局部細節電路圖。具體實施方式請參閱圖1至圖8所示，本專利技術提供一種基于恒流模式電子負載的太陽能電池TV測試系統，包含：一模擬電路部分10和數字電路部分20，其中：該模擬電路部分10包括：一電子負載模塊1，所述電子負載模塊1由三個對稱結構的運算放大器和四個分壓電阻和一個采樣電阻組成(參閱圖2)，其作用是將MCU主控模塊3的12位數模轉換器DAO輸入的激勵電壓信號轉化為電流信號，精確控制流過太陽能電池電流。具體的工作方式和連接方式為，電子負載有Vb、VI、VU、VCC、VSS，5個主要外接端口：端口Vb連接被測太陽能電池的正輸出極；端口VI連接MCU的DAO輸出管腳并通過保護電路連接MCU的AD1輸入管腳；端口VU通過保護電路連接到MCU的ADO輸入管腳；VCC和VSS接口負責整個電子負載模塊的供電。電子負載的功能可以通過公式ICELL＝VI/RSAM來描述，電子負載可以使DAO的輸入激勵電壓VI全部施加在采樣電阻RSAM兩端，從而起到精確控制ICELL的功能；一驅動增強模塊2，其輸入端與電子負載模塊1的端口1連接，該驅動增強模塊2并與一太陽電池串連，所述驅動增強模塊2由對稱結構的四個三極管和兩個分壓電阻構成(參閱圖3)，具體的工作方式和連接方式為，驅動增強模塊有V1、V2、VSS和VCC，4個主要外接接口：接口V1連接運放OPO的輸出端口；接口V2連接采樣電阻RSAM的一端和運放OP1的正向輸入端；接口VCC和VSS負責整個驅動增強模塊的供電。恒流模式電子負載具有很好的恒流控制特性，但其缺點是驅動負載的能力比較差。流過太陽能電池的電流ICELL全部由運算放大器OP本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于恒流模式電子負載的太陽能電池IV測試系統，包含：一模擬部分和數字部分，其中：該模擬電路部分包括：一電子負載模塊；一驅動增強模塊，其輸入端與電子負載模塊的端口1連接，該驅動增強模塊并與一太陽電池串連；一第一保護電路，其輸入端與驅動增強模塊的電壓檢測端口5連接，其輸出端與MCU主控模塊的16位AD0端口6連接；一第二保護電路，其輸入端與驅動增強模塊的電流檢測端口4連接，其輸出端與MCU主控模塊的16位AD1端口5連接；該數字電路部分包括：一MCU主控模塊，其是C8051F芯片；一鍵盤控制模塊，其與MCU主控模塊的端口2連接；一液晶顯示模塊，其與MCU主控模塊的端口1連接，該液晶顯示模塊是帶中文字庫12864液晶；一接口通訊模塊，其與MCU主控模塊的端口3連接；一供電穩壓模塊，該供電穩壓模塊向整個太陽能電池IV測試系統供電。

【技術特征摘要】
1.一種基于恒流模式電子負載的太陽能電池IV測試系統，包含：一模擬電路部分和數字電路部分，其中：該模擬電路部分包括：一電子負載模塊，該電子負載模塊由三個對稱結構的運算放大器和四個分壓電阻和一個采樣電阻組成，其作用是將MCU主控模塊的12位數模轉換器DAO輸入的激勵電壓信號轉化為電流信號，精確控制流過太陽能電池電流；該電子負載有Vb、VI、VU、VCC、VSS，5個主要外接端口：端口Vb連接被測太陽能電池的正輸出極；端口VI連接MCU的DAO輸出管腳并通過保護電路連接MCU的AD1輸入管腳；端口VU通過保護電路連接到MCU的ADO輸入管腳；VCC和VSS接口負責整個電子負載模塊的供電；一驅動增強模塊，其輸入端與電子負載模塊的端口1連接，該驅動增強模塊并與一太陽電池串連，該驅動增強模塊由對稱結構的四個三極管和兩個分壓電阻構成；該驅動增強模塊有V1、V2、VSS和VCC，4個主要外接接口：接口V1連接運放OPO的輸出端口；接口V2連接采樣電阻RSAM的一端和運放OP1的正向輸入端；接口VCC和VSS負責整個驅動增強模塊的供電；一第一保護電路，其輸入端與驅動增強模塊的電壓檢測端口5連接，其輸出端與MCU主控模塊的16位ADO端口6連接；一第二保護電路，其輸入端與驅動增強模塊的電流檢測端口4連接，其輸出端與MCU主控模塊的16位AD1端口5連接；該數字電路部分包括：一MCU主控模塊，其是C80...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張淵博，韓培德，卓國文，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11