第三章 再生能源於路燈系統之設計與應用
4.4 最大功率追蹤控制器效益評估
4.4.1 簡介
目前市面上所販售的太陽能充電器並不具有最大功率追蹤的功能，再加 上太陽能光電板的輸出功率與當時日照和溫度的影響有密切的關係，工作點 也會隨著負載大小而變化，因此，許多學者為了有效取得不同日照量和溫度 的最大功率之變化，透過單晶片控制電壓與電流的變化達到最佳功率點的追 蹤，目前最常使用的方法有電壓回授法、功率回授法、擾動觀察法及增量電 導法等四種方法，也有各種最大功率追蹤法為了解決上述缺點而相繼被提 出，擾動觀察法其優點為結構簡單且所需量測的參數較少，不過缺點為易在 最大功率點附近左右震盪，造成能量上的損耗，降低太陽能光電板的效率。
上述的方法的確可以改善系統穩態誤差與暫態響應，並且準確得知最大 功率點的變化，有學者針對太陽能電池經過最大功率追蹤充電與直接充電的 效率比較[34]，分別在北京與廣州測試，在北京的冬季使用最大功率電路將 會有比直接充電的效率高，其餘的時間兩種效率不會差太多，因此，本研究 評估最大功率追蹤在何種條件的使用下，可以減少系統不必要的震盪與能源 消耗，才會有最大的效益。
最大功率追蹤的電路有使用Buck降壓電路[35]、Boost升壓電路[36]與 Buck-boost升降壓電路[8]等電路，一般選用升壓電路有兩種情況，第一種直 接將太陽能光電板的輸出直接供應負載使用，而且負載電位大於太陽能的輸
出，利用Boost升壓轉換器銜接太陽能板與負載的使用，第二種狀況是先利 current conduction)與 不連 續電 流導 通(discontinuous current conduction) 模 式，因為降壓電路的開關On –Off 跟電壓變化量有關，利用此特性改變開關
而當電感電流在時間toff 內以近似直線之方式由I2下降至I1時，
圖 4.12 Buck 降壓轉換器電路架構
圖 4.13 連續導通狀況下的輸出波形
(a) 關閉模式 (b) 開啟模式之等效電路圖 圖4.14 降壓電路中場效應電晶體
系統所選用的功率電晶體為P-MOSFET，選用的切換頻率（fs）不宜太高，
否則損失將增加，所以選用20kHz的切換頻率，由於太陽能的輸入電壓會隨 著日照變化而改變，此系統的電壓變化有兩種狀況，太陽能板的電壓變化範 圍為VPV=21至18V，在這範圍內的輸出電壓為Vout= 17.4V，
在連續導通模式下：
(4.18) 輸出的訊號與直流準位相比，將會產生 PWM(Pulse width modulation)波形調 變 MOSFET 之開關大小，其量測架構示意圖如圖 4.15 所示，圖 4.16 與圖 4.17 分別為 MPPT 的電路圖與電路架構圖。
首先，圖 4.18(a)至圖 4.18(d)為系統所設計的 555 輸出波形與 PWM 的波 形變化，當 CH2 參考訊號從 0V 一直加到最大電壓，其 PWM 的波形將會控