由于 PV 模塊的功率輸出會(huì )隨著(zhù)溫度發(fā)生很大的變化，因此需在其典型工作環(huán)境中測量其性能，這一點(diǎn)很重要。此類(lèi)工作環(huán)境通常是陽(yáng)光充足的戶(hù)外區域，比如屋頂或未開(kāi)發(fā)的空地，在這些地方很難為測量設備提供電力或控制溫度。

 

因此，有一點(diǎn)很重要，即：用于對模塊性能進(jìn)行特性分析的測量設備不會(huì )隨溫度變化出現指標漂移。另外，理想的 I-V 測量解決方案還將是便攜式的，并且功率極小。

 

LTC2058的單電源軌操作和關(guān)斷模式可實(shí)現電池供電型操作，并最大限度延長(cháng)電池壽命。其雙路放大器實(shí)現了兩個(gè)通道（例如，電流和電壓）的同時(shí)測量。對于 PV 模塊測量等需要經(jīng)受寬溫度變化范圍的應用，盡管工作溫度的波動(dòng)幅度很大，LTC2058 極低的最大輸入失調電壓溫度漂移 (0.025 μV/°C) 可保持其精準度。例如，在日光照射非常充足的地區，環(huán)境溫度可達 45°C (113°F)，這相當于在正常的室溫操作條件下額外增加了20°C。LTC2058 在極端條件下產(chǎn)生的最大附加輸入失調漂移僅為 0.5 μV。

 

測量 PV 模塊 I-V 特性

 

PV 模塊的 I-V 特性曲線(xiàn)是通過(guò)給 PV 模塊施加從短路到開(kāi)路的一系列阻抗、并測量在每個(gè)負載上產(chǎn)生的電流和電壓后生成的。一種方法是通過(guò)高額定功率電位計或負載箱的多種設置進(jìn)行迭代，并在每個(gè)點(diǎn)上實(shí)施測量。這種方法有一個(gè)缺陷：短暫的遮蔽或照明，比如飛鳥(niǎo)、云彩、或明亮反射體越過(guò)頭頂，會(huì )引起輸出功率的瞬間下降或驟增，從而在 I-V 曲線(xiàn)中引入誤差。一種較快的方法是打開(kāi)一個(gè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)至一個(gè)大電容器，因為電容器在其幾百 ms 的充電時(shí)間里將高效地對其阻抗進(jìn)行從短路至開(kāi)路的掃描，可最大限度減少瞬態(tài)效應影響 I-V 曲線(xiàn)的機率。

 

除了這種方法所具備的明顯優(yōu)勢（即速度、簡(jiǎn)單性和測量的簡(jiǎn)易性）之外，采用瞬態(tài)電容性?huà)呙杷璧母哳~定功率組件極少。組件承受高功率的持續時(shí)間不超過(guò)幾百毫秒。因此，通過(guò)正確地選擇負載電容器和檢測電阻器，可以將該精確的測量電路用于眾多模塊開(kāi)路電壓和短路電流的測量，例如，用于大面積 PV 模塊測試器中。

 

圖 1. 采用 LTC2058 進(jìn)行 PV 掃描測量。

 

用于 PV 電池板模塊的 I-V 掃描測試電路

 

圖 1 示出了一款用于對 PV 模塊進(jìn)行特性分析的 I-V 掃描方法實(shí)施方案。C2 是主容性負載，其大小的選擇需在測量速度和準確度之間進(jìn)行權衡：當選擇較小的電容器 C2 時(shí)，掃描速度較快，可降低出錯的風(fēng)險；選擇較大的電容器 C2 時(shí)，則掃描速度較慢，同時(shí)可完成更精確的測量采樣。

 

在初始狀態(tài)中，SW1 和 SW2 均短路，因此 C2 的兩端上沒(méi)有電壓。這兩個(gè)開(kāi)關(guān)都必須打開(kāi)（先打開(kāi) SW2，然后打開(kāi) SW1），以啟動(dòng)一次持續時(shí)間為 150 ms 的測量掃描，并以 C2 兩端達到模塊的滿(mǎn)電壓為結束。在測量之后對 C2 進(jìn)行放電以為下一個(gè)周期做準備，所需的操作包括：首先將 SW2 閉合，此時(shí)額定功率為 2 W 的串聯(lián)電阻 R3 降低了產(chǎn)生電火花的風(fēng)險，然后將 SW1 閉合，以在 C2 兩端提供真正的短路 (RON = 0.3 ) 并將 C2 兩端的電壓拉至 0。就全系統實(shí)施方案而言，這些開(kāi)關(guān)可以是功率 MOSFET，由負責控制定時(shí)和開(kāi)關(guān)切換順序的數字信號驅動(dòng)。

 

LTC2058 穩健的 2.5 MHz 增益帶寬乘積對于精確跟蹤流過(guò) RSENSE 的 PV 電流的掃描速率至關(guān)重要。最大的電流檢測測量誤差出現在掃描周期里瞬變最急劇的過(guò)程中。盡管 RSENSE 兩端的輸入電壓具有 3.6 V/s 的較低下降壓擺率（見(jiàn)圖 2），但是運放的群延遲將轉化為電流檢測輸出中的實(shí)時(shí)誤差。而且，由于 RSENSE 相當大，因此電流檢測電路的閉環(huán)增益可小到 4 V/V，以在 0.5 A 最大短路電流 (ISC) 條件下產(chǎn)生一個(gè) 2 V 全標度輸出。這個(gè)低增益并不是問(wèn)題，因為 LTC2058 具有穩定的單位增益。于是，LTC2058 的高增益帶寬和低閉環(huán)增益要求可實(shí)現快速閉環(huán)響應，從而最大限度減少由群延遲引起的誤差。

 

圖 2. 在壓擺率約為 3.6 V/s 情況下檢測電阻器兩端的電壓。

 

大的電容器 C2 與大的 RSENSE 共同決定了瞬變的壓擺率，因而確定了由固定延遲引起的誤差。采用較大 C2 所付出的代價(jià)是 I-V 測量所需的時(shí)間有所延長(cháng)。

 

二極管 D1 允許電流檢測通道的輸出一直擺動(dòng)至 0 V，以測量掃描周期結束時(shí)開(kāi)路情況下的精確電流。二極管 D2 和 200 電阻器 R8 有助于保護電流檢測放大器的 IN+ 免遭電氣應力過(guò)載的損壞。

 

對于電壓檢測通道，R1 和 R2 對模塊的全電壓進(jìn)行分壓，以使 VPV 上的輸出在經(jīng)過(guò)了 5 V/V 的閉環(huán)增益級之后位于 5 V 電源軌之內。R1 和 R2 是可調整的，以對任何模塊開(kāi)路電壓 (VOC) 進(jìn)行分壓，只要它們的電流消耗量不太大（相對于模塊 ISC）即可。在該設計中，流過(guò) R1 和 R2 的電流產(chǎn)生 19 μA 的誤差，即 ISC 的 0.0038%。

 

圖 3. 利用電容性?huà)呙韬?LTC2058 電路獲得的 I-V 和功率-V 關(guān)系曲線(xiàn)。

 

圖 4. PV 電容性?huà)呙桦娐?；模塊連接位于左側，C2 位于右側。

 

結論

 

如果測量設備的安放位置靠近 PV 模塊，那么它也將暴露在寒冷、明亮的陽(yáng)光或炎熱的沙漠氣候等環(huán)境中的極端溫度之下。然而，它必須保持其精準度，以捕獲 PV 模塊的性能隨溫度起伏發(fā)生的變化。LTC2058 的最大平均輸入失調溫度漂移僅為 0.025 μV/°C，因而可在寬廣的溫度范圍內實(shí)現太陽(yáng)能電池板性能的精準測量。

 

 

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