太陽能控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、畢業(yè)論文題 目：太陽能充電器控制設(shè)計(jì)學(xué) 院：新能源工程學(xué)院專業(yè)名稱：光伏材料加工與應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教 師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 盡我所知，除文中特別加 以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研 究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體， 均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 IS恁潤屬彩瘞睞楊尻賴。作者簽名： 日期：指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（

2、論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電 子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供 目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制 手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分 或全部內(nèi)容。溝熠金富愛建譴凈。作者簽名： 日 期：16學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外， 本論文 不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 對本文的研 究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完 全意識到本聲明的法律后果由本人承

3、擔(dān)。 殘鴦樓靜鑄瀚湃淑®I。作者簽名：日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。r鋼極鎮(zhèn)檜豬錐。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日摘要 3Abstract 4緒論 50引言 51太陽能電池的基本原理 62太陽能電池的輸出特性 73最大功率跟蹤原理及算法 91 ）最大功率原理 102）最大功

4、率點(diǎn)的搜索 104蓄電池充電效率分析 125太陽能充電系統(tǒng)效率分析 121） 電能系統(tǒng)分析 132）太陽能充電系統(tǒng)效率分析 133 ）最大效率設(shè)計(jì)原則 146系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 147太陽能控制器結(jié)構(gòu) 158太陽能控制器電路分析 179系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21參考文獻(xiàn) 23致謝 24太陽能充電控制器設(shè)計(jì)摘要近年來再生能源技術(shù)廣受重視，而太陽能發(fā)電由于有先進(jìn)的電力 電子技術(shù)輔助，已成為極具潛力的再生能源之一。文章介紹了太陽能 電池的基本原理和伏安特性，并且對蓄電池及充電系統(tǒng)進(jìn)行了分析， 得出充電效率的影響因素，采用MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤法）技術(shù)，從而達(dá)到陣列與負(fù)載的最佳匹配，以提高系統(tǒng)的效率，。本文提供了

5、一套 24V/5A太陽能控制器的電路，該電路采用低功耗的單片機(jī) P87LPC767 作為控制回路的核心，實(shí)時(shí)測量蓄電池的端電壓，通過脈寬調(diào)制控制 太陽能電池陣列的充電電壓，并通過功率管控制蓄電池與負(fù)載的通斷， 實(shí)現(xiàn)對蓄電池的放電保護(hù)。 彈貿(mào)攝爾霽斃撰磚鹵尻。關(guān)鍵詞：光生伏打效應(yīng) 太陽能電池陣列MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤法逐步逼近法 充電效率 太陽能控制器 蓄電池P87LPC767 DC-DC轉(zhuǎn)換那戢 篋飆志類蔣薔。AbstractIn recent years, renewable energy technology is widely regarded, and solar power with

6、 advanced power electronic technology assistance, has becomea potential one of renewable energy. This paper introduces the basic principle of solar cells and current-voltage characters, and the battery and charging system is analyzed and the influence factors of charging efficiency, the MPPT (the ma

7、ximum power point tracking method) technology, so as to achieve the best match array and load, in order to improve the efficiency of system,. This paper provides A set of 24 V / 5 A solar controller circuit, this circuit with low power consumption of the single chip microcomputer as the core of the

8、P87LPC767 control circuit, real-time measuring voltage of the storage battery, through the pulse width modulation control of solar array charge voltage, and through the power tube battery and load control the hige, realize the battery discharge protection.廈礴懇蹣駢畤 n繼騷。Keywords: pv solar array effect M

9、PPTracking methodof maximummethod chargingP87LPC767 DC-DCpower point gradually approximation efficiency solar controller battery conversion煢楨廣鯽獻(xiàn)選塊網(wǎng)踴淚。緒論據(jù)專家介紹，太陽內(nèi)部進(jìn)行著劇烈的由氫聚變成氨的核反應(yīng)，并 不斷向宇宙空間輻射出巨大的能量。太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)足以維持6 X 1 0 1 0年，相對于人類發(fā)展歷史的有限年代而言，可以說是“取 之不盡、用之不竭”的能源。 鵝婭盡揖鶴參E蘢隨著能源價(jià)格長期居高不下以及環(huán)境保護(hù)日益受到重視，開發(fā)和利用太

10、陽能已成為世界發(fā)展迅速的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，平均年增長達(dá)到3 0%。 K叢媽趣為瞻債蛭練浮。太陽能發(fā)電是一種清潔型能源系統(tǒng)，且?guī)缀踹m用于任何地方一 一大型建筑物、工廠、空地和住宅樓。商業(yè)和個(gè)人用戶都能享受到太 陽能發(fā)電的好處。特別是光伏電源系統(tǒng)解決了許多農(nóng)村學(xué)校、醫(yī)療所、 家庭照明、電視等用電，對發(fā)展邊遠(yuǎn)貧困地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)揮 了十分重要的作用。在我國西藏地區(qū)有多個(gè)無水能資源無電縣采用光 伏電站供電，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。 5Km圣僮1t齦訝驊汆。中國人口眾多，相對資源匱乏，但中國的太陽能資源豐富。據(jù)中 國太陽能學(xué)會(huì)秘書長孟憲淀介紹，我國有荒漠面積1 0 8萬平方公 里，主要分布在光照資源豐富的西

11、北地區(qū)。1平方公里面積可安裝1 0 0兆瓦光伏陣列，每年可發(fā)電1 . 5億度，如果開發(fā)利用1 %的荒 漠，就可以發(fā)出相當(dāng)于我國2 0 0 3年全年的耗電量。另外，在我國 的北方、沿海等很多地區(qū)，每年的日照量都在2 0 0 0小時(shí)以上，海 南更是達(dá)到了 2 4 0 0小時(shí)以上，中國利用太陽能具有廣闊的前景。然而，比發(fā)達(dá)國家對太陽能的利用，我們做的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，差距主要在產(chǎn)業(yè)規(guī)模和政策支持上 。 滲彰嗆儼勻謂鱉調(diào)硯金帛。各國在促進(jìn)可再生能源發(fā)展上重要的一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)就是，太陽能光伏 技術(shù)的推廣，迫切需要政府的支持和投入。目前，日本和德國是利用 太陽能最多的兩個(gè)國家，兩國政府都在斥巨資購買或推廣現(xiàn)今最為清 潔

12、、安全的能源。諾貝爾環(huán)境獎(jiǎng)獲得者馬丁 格林教授說：“政府的力量是決定這一能源能否在該國普及的關(guān)鍵因素。“錢臥瀉噬圣騁睨U（廉。0引言步入21世紀(jì)，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，世界能源問題越來越緊迫。 能源問題位居世界十大焦點(diǎn)問題之首。據(jù)估計(jì) ，我國的常規(guī)能源將在 百年之內(nèi)全部耗盡，開發(fā)和利用太陽能等新能源成為一項(xiàng)非常重要而 緊迫的任務(wù)。光伏發(fā)電具有傳輸方便的特點(diǎn)，在通用性、可存儲(chǔ)性等 方面具有光熱利用和光化學(xué)轉(zhuǎn)換利用無法替代的優(yōu)勢。且太陽能電池的原料硅的儲(chǔ)量十分豐富、太陽電池轉(zhuǎn)換效率的不斷提高、生產(chǎn)成本 的不斷下降，使光伏電池用于偏遠(yuǎn)無電地區(qū)的中小功率離網(wǎng)用戶成為 可能。我國西部地區(qū)地廣人稀，大部分地

13、區(qū)遠(yuǎn)離大電網(wǎng)，用電人口也較 為分散，能源問題成為制約這些地區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵問題。為遠(yuǎn)離大電網(wǎng) 的家庭用戶提供恒定電壓和頻率電力的成本很大，典型的做法是使用安裝成本較低但運(yùn)行成本很高的柴油發(fā)電機(jī)組 ，這種做法效率低而且 維持費(fèi)用較高，也會(huì)帶來噪聲和大氣污染。采用太陽能戶用系統(tǒng)能很 好地解決上述問題。鳳襪備音叫®輪爛薔。太陽能發(fā)電的主要優(yōu)點(diǎn) 在于：太陽能電池可以設(shè)置在房頂?shù)绕綍r(shí) 不使用的空間，無噪音、壽命長，而且一旦設(shè)置完畢就幾乎不要需要 調(diào)整?，F(xiàn)在只要將屋頂上排滿太陽能電池， 就可以實(shí)現(xiàn)家中用電的自 給?，F(xiàn)今太陽能的主要用途已不再是小規(guī)模的，從性質(zhì)上來說，是專 業(yè)化的。它從軍事領(lǐng)域、通信領(lǐng)

14、域到城市建設(shè)領(lǐng)域等都起到了重大的 作用。委內(nèi)瑞拉還推出廉價(jià)太陽能車、歐洲科學(xué)家研制出輕便的可穿 在身上的太陽能電池。目前，太陽能的利用存在著巨大的發(fā)展空間，有關(guān)的技術(shù)有可能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)突破。它已被許多發(fā)達(dá)國家作為其 能源戰(zhàn)略的一個(gè)重要組成部分 。嬲熟俁閹蕨直閶鄴錢1太陽能電池的基本原理當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化會(huì)產(chǎn)生電動(dòng) 勢和電流，這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)。該效應(yīng)在液體和固體物質(zhì)中 都會(huì)發(fā)生，但只有在固體中，尤其是在半導(dǎo)體中，才會(huì)有較高的轉(zhuǎn)換效 率。壇搏鄉(xiāng)it懺簍鍥鈴太陽能電池是一種利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換為電能的器件，當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體P-N結(jié)時(shí),會(huì)在P-N結(jié)兩邊產(chǎn)

15、生電壓，使P-N結(jié) 短路，就會(huì)產(chǎn)生電流。這個(gè)電流隨著光的強(qiáng)度的加大而增大，當(dāng)接受的 光的強(qiáng)度一定時(shí)，就可以將太陽能電池看成恒流源。蠟燮夥痛宰艮住鉉錨金市贅。2太陽能電池的輸出特性對于太陽能電池方陣而言，應(yīng)按照用戶的要求和負(fù)載的用電量及 技術(shù)條件確定太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)。串聯(lián)數(shù)由太陽能電池方陣 的工作電壓決定，應(yīng)考慮蓄電池的均浮充電壓，線路損耗以及溫度變 化對太陽能電池的影響。蓄電池的容量決定其最大充電電流，該數(shù)值再結(jié)合負(fù)載電流，可決定太陽能電池并聯(lián)數(shù)。 n蜩福曇JW送閆擷凄。fV圖1太陽能電池輸出特性太陽能電池的輸出特性如圖1所示，太陽能電池的輸出伏安特性曲線 是進(jìn)行系統(tǒng)分析的最重要的技術(shù)

16、數(shù)據(jù)之一。 從圖中可以看出， 太陽能電池的伏安特性具有強(qiáng)烈的非線性。在光伏系統(tǒng)中，負(fù)載的匹配特性決定了系統(tǒng)的工作特性和太陽電池的有效利用率。要想在太陽電池供電系統(tǒng)中得到最大功率，必須跟蹤日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度條件， 不斷改變其負(fù)載阻抗的大小，從而達(dá)到陣列與負(fù)載的最佳匹配，以提 高系統(tǒng)的效率，該方法稱為MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤法 ）。 鋪鵬蹤韋轅 耀。3最大功率跟蹤原理及算法1）最大功率原理在一特定的環(huán)境下，太陽能電池發(fā)電的U-I特性和P-I特性曲線如圖1所示。太陽能陣列輸出功率表達(dá)式為：P=U*I震彥決綏飴夏錦由太陽能輸出功率特性曲線可知，在 dp/dv=0處，即為最大功率點(diǎn)。由式（1）和太陽能陣列

17、的輸出特性曲線可知：貓蠶it繪燎舶誅髏既尻。dp/dv>0系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率的左邊dp/dv<0系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率的右邊dp/dv=0系統(tǒng)運(yùn)行在最大功率的點(diǎn)2）最大功率點(diǎn)的搜索最大功率點(diǎn)的搜索方法很多，梯度法，擾動(dòng)法，電導(dǎo)增量法， 自適應(yīng)算法等等。但本文采用更為優(yōu)越的逐步逼近法， 該方法的控制 思想是：選擇較大的初始步長，搜索出最大功率所在的范圍，然后等 比例的縮小范圍直到搜索到最大功率點(diǎn)。其在搜索過程中不斷調(diào)整搜 索步長，每次調(diào)整都使得精度成倍提高，從而大大提高了精度。鍬籟饕逕瑣in奧鷗婭薔。首先，選擇較大的步長搜索最大功率點(diǎn)所在的區(qū)域，然后按比 例搜小步長，再重復(fù)搜索，這樣搜索

18、到的最大功率所在區(qū)域?qū)⒖s小一 半，精度提高一倍，再如此循環(huán)下去，直到逼近最大功率點(diǎn)。該過程 流程圖如圖 2橫氽if簧碩飩芹齦話鴦。甄峰隔槿籥將區(qū)周偎虢滎。開髡L檢測Ui li計(jì)算Pidp=pi-pi-1_du=du-du-1 、n-sign（dp/du）16圖2逐步逼近法流程圖4蓄電池充電效率分析鉛酸蓄電池具有技術(shù)成熟、成本低、電池容量大、跟隨負(fù)荷輸出 特性好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。理論和實(shí)踐證明，蓄電池充放電是一個(gè)復(fù)雜電化學(xué)過程。一般地 說，充電電流在充電過程中隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律下降，不可能自動(dòng)按恒 流或恒壓充電。影響電池快速充電的因素就是蓄電池充電過程中的各種極化現(xiàn)象。電池極化使電池內(nèi)部壓力加大

19、，溫度上升，外部表現(xiàn)為內(nèi) 阻隨著充電時(shí)間的推移而增大，造成電池充電接受能力的下降，從而 阻礙蓄電池的繼續(xù)充電。因此，由極化電阻產(chǎn)生極化電壓是影響充電 效率的重要原因。采用脈沖充電方式，適時(shí)進(jìn)行停充電或反向瞬間大 電流放電，從而泄放掉內(nèi)部電容上積累的電荷，有效緩解極化，電壓迅 速下降，電池可接受電流變大。充電接受電流是充電時(shí)間的指數(shù)函數(shù)， 因此脈沖充電可以持續(xù)以大電流充電，極大縮短充電時(shí)間，達(dá)到快速 充電目的?？偟膩碚f，采用脈沖充電的方式，可以有效地緩解電池充電 的極化現(xiàn)象，提高充電效率。鉛酸蓄電池充電電壓基本恒定，為保證其 充電的可靠性并兼顧保證充電安全，需將太陽能電池板的輸出進(jìn)行合 理的調(diào)整

20、。經(jīng)比較選用DC-DC轉(zhuǎn)換電路，可實(shí)現(xiàn)充電的安全性、可靠 性。DC-DC轉(zhuǎn)換最大的特點(diǎn)就是升 PI壓保持以及穩(wěn)定電壓，采DC-DC 轉(zhuǎn)換模塊可以很好地解決太陽能電池板輸出電壓不穩(wěn)的問題，達(dá)到充電可靠、安全、穩(wěn)定的目的。 堯側(cè)閨藕絳絢勘蝗督。5太陽能充電系統(tǒng)效率分析根據(jù)物理學(xué)可知，發(fā)電能力與負(fù)載無關(guān)，而發(fā)電設(shè)備的輸出能力 則是由負(fù)載所決定的，就是說，電能輸出設(shè)備的輸出最大能力取決于 外部能量的輸入和轉(zhuǎn)換效率，而這些電能量能否完全被利用，則取決 于負(fù)載備 。 識金昆縊蝶竟嗜儼凄。1）電能系統(tǒng)分析描述發(fā)電設(shè)備能力和電能利用關(guān)系可以用下式表示：Eg = f ( e)其中Eg是負(fù)載情況下的輸出電能，f

21、( e)是在輸入能量條件下所能 轉(zhuǎn)換的能量。式(2)指出，任何時(shí)刻發(fā)電設(shè)備發(fā)出的能量都與負(fù)載設(shè)備所消耗 的能量相等。對于一個(gè)發(fā)電設(shè)備來說，其最大輸出能量fmax( e)是一個(gè)固定 的數(shù)值，而f ( e)則是由負(fù)載決定的能量。在工程實(shí)際中，fmax ( e) > f ( e)叫做欠負(fù)荷,fmax ( e) = f ( e)叫做滿負(fù)荷。還有一種情況就是所需要的Eg > fmax ( e),這種情況下仍然有式(1)成立，但此時(shí)并不能完全滿足負(fù)載所需要的電能，因此，在這時(shí)負(fù)載系統(tǒng)所得 到的電能小于實(shí)際需要，而發(fā)電設(shè)備輸出的電能等于fmax ( e)。，屐 餓勞月鼠錯(cuò)癇嫦脛汆。2)太陽能充電

22、系統(tǒng)效率分析在太陽能充電系統(tǒng)中，為了盡量提供充電能力和效率，必須把充 電系統(tǒng)劃分為兩個(gè)部分，一個(gè)是充電電路，一個(gè)是控制電路，這兩個(gè)電 路都會(huì)消耗電能。對于充電電路，這部分消耗的能量是電池充電中所 經(jīng)過電路的損耗，對于控制電路，這部分是完成所需要的充電控制所 需要消耗的能量。由此可知，太陽能充電系統(tǒng)中，為了盡量提高充電效 率，應(yīng)當(dāng)盡量減少充電電路和控制電路的能量損耗。設(shè)充電電路的功 率損耗為Pcp，控制電路的功率損耗為Pctr ,電池吸收的功率為Pb則 根據(jù)能量守恒，得到底驪滅縈歡;鷲金帛。Pl = Pcp + Pctr + Pb 其中Pl =dEg/dt是充電系統(tǒng)的輸入功率。由此Pl =dEg

23、/dt=df ( e)/dt=Pcp +Pctr +Pb(4)鯊胃輸，出襁金甲渤懵統(tǒng)康。根據(jù)式(3)可得到充電系統(tǒng)的效率為刀(e) =Pb/Pl= (Pl- Pcp Pctr ) /Pl= (Pl-Pcp Pctr ) / (dEg/Pdt) (5) 碩頑諂攆樽哮if!數(shù)。把式(2)帶入式(5),y ( e) = (Pl - Pcp Pctr ) / (dEg/Pdt) =(Pl - Pcp Pctr)/(Pf(e)/dt)如果考慮滿負(fù)荷工作，闋擻贛媛靛i遷擇植秘H。t ( e) =(Pl - Pcp Pctr)/(dEg/dt)=(Pl -Pcp Pctr)/(dfmax(e)/dt) (6

24、)氨嚕螂鼠貿(mào)懇彈演頷泉。式(6)指出，充電效率與以下因素有關(guān)：充電電路和控制電路損耗；太陽電池的輸出功率3)最大效率設(shè)計(jì)原則由以上分析可知，為了保證充電效率，太陽能充電系統(tǒng)必須滿足： 充電電池必須保證功率吸收能力；盡量減少充電電路和控制電路的損耗；選擇合理的太陽能電池轉(zhuǎn)換輸出能量6系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)針對太陽能電池板輸出電壓、功率的變化性以及提高鉛酸蓄電池充電效率的方法的分析，我們選擇了 DC-DC轉(zhuǎn)換模塊與充電管理模塊相配合為蓄電池充電的方式。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。tt鶴瓷羸譚孫滋御贅。圖3系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)太陽能電池板受其接受太陽光的影響，輸出為呈顯著變化的直流 電壓,經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換

25、為蓄電池充電所需要的穩(wěn)定電壓 ， 再經(jīng)過電路的合理調(diào)整，使其輸出為合適的電脈沖，并經(jīng)充電管理模 塊的可靠保護(hù)對蓄電池進(jìn)行充電 。 慫闡官爵t逕醇嘯重晨涼。7太陽能控制器結(jié)構(gòu)圖4為簡易太陽能控制器電路結(jié)構(gòu)圖，蓄電池和太陽能電池陣列 直接耦合，當(dāng)白天有陽光時(shí)，太陽能電池陣列向蓄電池充電，控制電路 測量蓄電池端電壓，通過調(diào)整DC/DC中功率管的占空比，使得太陽能 電池陣列的輸出電壓高于鉛酸蓄電池的端電壓，同時(shí)蓄電池通過負(fù)載放電。當(dāng)夜晚或陰天陽光不足時(shí)，蓄電池放電，保證負(fù)載不停電。在充 電過程中，蓄電池兩端電壓Vb從高到低或從低到高地不斷變化，其伏 安特性可表不為 :諺辭擔(dān)諂動(dòng)律瀉類短V=Vb+I R

26、bV為蓄電池的電動(dòng)勢；Rb為蓄電池的內(nèi)阻，通常Rb的值很小，可忽略不 計(jì)，則蓄電池模型可處理為：V=Vb堀數(shù)若設(shè)定蓄電池在充放電過程中其端電壓 Vb的最大值和最小值 分別為Vmax和Vmin,則在蓄電池工作期間，其端電壓應(yīng)在 Vmax和 Vmin之間變化 。 啜覲言圭緣砌囁俱觸鈴鑄。圖4太陽能控制器電路結(jié)構(gòu)蓄電池的輸入特性如圖5曲線(a),太陽電池特性曲線如圖5中 曲線(b)。圖5中，蓄電池的輸入特性曲線接近太陽電池方陣的最大功 率線，兩者本質(zhì)上具有良好的匹配特性。因此，若是在小型的戶用系統(tǒng) 中要合理選擇太陽電池的串并聯(lián)數(shù)，使陣列在最大功率點(diǎn)附近的運(yùn)行 電壓近似于蓄電池的端電壓，就可以獲得蓄電

27、池和太陽電池方陣之間 的電壓最佳匹配，從而省去MPP和CVT空制器，降低系統(tǒng)成本,提高系統(tǒng)的可靠性，有利于小型戶用系統(tǒng)的推廣應(yīng)用受紿輜檄庫圖5太陽能電池陣列和蓄電池直接耦合圖圖6太陽能控制器主回路電路圖8太陽能控制器電路分析圖6為24 V/5 A太陽能控制器主回路電路圖。該控制器采用單路旁路型充放電控制器形式，即MOSFET S1并聯(lián)在太陽能電池陣列的輸出端，當(dāng)蓄電池端電壓充到均充電壓值時(shí)，S1進(jìn)入脈寬調(diào)制狀 態(tài)，避免蓄電池過充。 11漬蟆俾閱剜鯽胃暹藏。圖6中Vin+和Vin-連接太陽能電池陣列的輸出，Vout+和Vout- 連接直流負(fù)載，VB和GND11接鉛酸蓄電池的正負(fù)兩端。 封憂蔣氯旗

28、卷nil憫 鷲。D1為“防反充二極管”，只有當(dāng)太陽能電池方陣輸出電壓高于蓄 電池電壓時(shí)，D1才能導(dǎo)通，反之D1截止，從而保證夜晚或陰雨天時(shí) 不會(huì)出現(xiàn)蓄電池向太陽能電池方陣反向充電，起到“防反向充電保護(hù)” 作用。穎芻堇蟆悖億頓裳賠洸。D2為“防反接二極官”，當(dāng)蓄電池極性接反時(shí)，D2導(dǎo)通，使蓄電 池通過D2短路放電，產(chǎn)生很大電流快速使保險(xiǎn)絲 F1。燒斷，起到“防 蓄電池反接?！弊饔谩OSFET管S2為蓄電池放電開關(guān)，在鉛酸蓄電池放電時(shí)，從保護(hù) 蓄電池的角度出發(fā)，當(dāng)蓄電池電壓小于“過放電壓”時(shí)，S2截止，切斷蓄電池和負(fù)載的回路，進(jìn)行“過放電保護(hù)”，避免電池放空，損 壞蓄電池。當(dāng)太陽能電池陣列重新供

29、電，只有當(dāng)蓄電池電壓重新升到 浮充電壓時(shí)，S2才重新導(dǎo)通，接通負(fù)載回路O 跳鰥臍鰻鴻錢京。需要指出的是，當(dāng)控制電路切斷負(fù)載回路后，控制電路仍然要消 耗蓄電池能量，因此控制電路要盡量減少電子元器件以降低功耗出于 此目的，該電路采用 PHILIPS公司的單片機(jī) P87LPC767乍為CPU該 單片機(jī)是20引腳封裝的單片機(jī)，基本結(jié)構(gòu)與51系列兼容，適合于許 多要求高密度、低成本的場合。其內(nèi)含4KB的OT唯序存儲(chǔ)器和128B 的RAM且內(nèi)置4路8位A/D轉(zhuǎn)換器。尤其是工作在100 kHz4 MHz 電源電壓為3.3V時(shí)，其功耗電流僅為0.0441.7 mA,非常適合蓄電池供電的系統(tǒng) .擠貼電爰結(jié)疑嘵類

30、。受體積和成本的限制，以單片機(jī)為核心的控制電路電源直接通過蓄電池端電壓變換得來，該電路通過圖4中的LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器變換出單片機(jī)的電源電壓，控制電路與主回路共地。賠前余申諂病驟遼輩襪金卷。LM317為三端可調(diào)正壓穩(wěn)壓器，其輸電壓范圍為1.257 V,只 需2個(gè)外接電阻即可設(shè)置輸出電壓。 LM317的輸出端VOU麗調(diào)整端 adj之間提供1.25V的基準(zhǔn)電壓VREF輸出電壓滿足式（8） 。填碾髓儲(chǔ)決穩(wěn)LM3I7adj圖7單片機(jī)電源變換電路VOUT=VREF1+R1/R2） （8）由于LM317的輸人和輸出電壓差為40V,而又t于24V的太陽能控 制器，太陽能電池陣列的開路電壓有可能達(dá)到 50

31、V,為避免瞬間過壓， 在LM31褊人端并接穩(wěn)壓管D-進(jìn)行保護(hù) 。 裳檬祕雇鬧顫諺劍羋藺。圖8為單片機(jī)P87LPC767勺管腳連接圖。電路中單片機(jī)的主要功能就是測量蓄電池端電壓，進(jìn)而控制S1和S2的導(dǎo)通狀況，保證電路 的穩(wěn)定運(yùn)行。由于P87LPC7671帶8位AD.單片機(jī)又與主回路共地， 因此采用直接電阻分壓測量即可，即電路圖 5中的VADT倉姬1：囑瓏iWWifo當(dāng)該控制器負(fù)載為路燈時(shí)，應(yīng)具備光控功能，即有太光時(shí)，S2截止；夜晚或陰雨天光線不足時(shí)，S2導(dǎo)通，路燈照明。由于光線不足時(shí)， 太陽能電池陣列的輸出電壓下降顯著，因此可通過對其輸出電壓.進(jìn)行分壓測量（VAD2）,判斷光線情況，作為S2導(dǎo)通

32、和截止的一個(gè)判斷 依據(jù) 。 綻離璉頓娛蛭蠲絡(luò)清鼠41PWMP0.0/CMP2PI 7PO 3/ALX) CINlB20Pl 5.RSTPO 4/ADIKJNIA)7VSSPO 5/AD2/CMPRLFVDD15P2 D/X2PO 6/AD3 CMP)Pl 4" NT IPJ W1NT0PI 071 xDPI 2/TOPl 1/RhD圖8 P87LPC767管腳連接圖P87LPC767 使用 P 1.7 (Fzs) 和 P1.6(PWM)乍為兩個(gè) MOSFET# 極控制信號。以S1的控制為例，當(dāng)P1.6輸出高電平時(shí)，MOSf S1 導(dǎo)通，S1柵極驅(qū)動(dòng)信號Vad1,被拉低，S1截止。如圖

33、9所示。由于 MOSFE的柵極驅(qū)動(dòng)電壓不能超過20 V,因此當(dāng)P1.6輸出為低電平時(shí)， Vs截止，蓄電池電壓經(jīng)R9和R,3分壓后產(chǎn)生S1的驅(qū)動(dòng)信號。S1和 S2在主回路中的連接方法可解決其驅(qū)動(dòng)共地問題 驍顧烽翳琉漕蒸而蠕。圖9 MOSFET勺驅(qū)動(dòng)電路圖10蓄電池容量指示驅(qū)動(dòng)電路控制器還配置了蓄電池放電容量指示燈，如圖10所示。4個(gè)發(fā)光二極管分別對應(yīng)蓄電池容量的 100% ,75% ,50嘛口 25%, P87LPC767M量 蓄電池端電壓后，根據(jù)其數(shù)值決定4個(gè)發(fā)光二極管的亮滅情況。需要 指出的是，當(dāng)蓄電池充電時(shí)，其端電壓與容量 m沒有直接關(guān)系，發(fā)光 二極管的指示沒有實(shí)際意義，只有當(dāng)蓄電池放電時(shí)

34、，其端電壓可以在 一定程度上反映電池容量例如若12V的蓄電池端電壓下降到10.8V時(shí), 則可認(rèn)為其容量為 0。51針凝曖憚銀縮取箭涼。9系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的工作過程和設(shè)計(jì)需要，為提高軟件的可讀性和編程效 率，采用模塊化編程，C語言描述，主要包括主程序和子程序2部分， 本文只給出相關(guān)主程序流程。充電程序主要由12/ 24 V 電池電壓的自動(dòng)識別、太陽能電池板和電池之間的自動(dòng)匹配、電池未接判斷、電 池極性接反識別、過充保護(hù)和充電終點(diǎn)判斷部分組成，如圖2為充電主 程序流程圖 。 金留詩浬艷損樓余世饕食掰®。圖11控制系統(tǒng)充電主程序流程10 結(jié)語本文提供了一套24V/5A太陽能控制器電路，

35、具能夠很好地實(shí)現(xiàn)反接保護(hù)，過充保護(hù)，過放保護(hù)，剩電顯示等功能，并且成本低廉，性能穩(wěn)定，可靠性好，在生活或生產(chǎn)當(dāng)中都用很高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。櫛緞歐鋤種瑤鏤。參考文獻(xiàn)1吳捷，侯聰玲，張淼。太陽電池充電器中的自適應(yīng)算法。太陽能， 2004.2陳桂三，孫曉，李然.光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制。電子技 術(shù)應(yīng)用，2001.3葉雷霖，高衡光伏用戶電源系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)J能源研究與利用，2000.4王長貴，王斯成.太陽能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.5周航慈，周立功，等.PHLIPS51LPC系列單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001. 轡憚楝剛殮撰瑤麗閹應(yīng)。6王

36、長貴，崔榮強(qiáng)，周篁。新能源發(fā)電技術(shù)。北京；中國電力出版 社，2003。彈指一揮間，大學(xué)四年已經(jīng)接近了尾聲。當(dāng)自己懷著忐忑不安 的心情完成這篇畢業(yè)論文的時(shí)候，自己也從當(dāng)年一個(gè)從山里走出的懵 懂孩子變成了一個(gè)成熟青年，回想自己的十幾年的求學(xué)生涯，雖然只 是一個(gè)本科畢業(yè)，但也實(shí)屬不容易。首先，從小學(xué)到大學(xué)的學(xué)費(fèi)和生 活費(fèi)就不是一個(gè)小數(shù)目，這當(dāng)然要感謝我的爸爸媽媽，他們都是農(nóng)民， 沒有他們的勤勤懇懇和細(xì)心安排，我是無論如何也完成不了我的大學(xué) 生活。沒有他們的支持和鼓勵(lì)，我也不可能完成我的學(xué)業(yè)。當(dāng)然，一 個(gè)農(nóng)民家庭要同時(shí)供兩個(gè)大學(xué)生上學(xué)，沒有別人的幫助和接濟(jì)是相當(dāng) 困難的。因此我要感謝那些在我求學(xué)時(shí)對我

37、經(jīng)濟(jì)和精神上幫助的親 戚、朋友、老師和同學(xué)們，我的生活因你們而精彩和充實(shí)。爵叁搪言內(nèi)燼憂毀厲鷲。南昌航空大學(xué)，這里嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、優(yōu)美的校園環(huán)境使我大學(xué)四年過的 很充實(shí)和愉快。我學(xué)到了很多有用的知識，尤其是對我思想和方法上 的指導(dǎo)。這些有用的東西一直對我大學(xué)的學(xué)習(xí)和生活有很重要的指導(dǎo) 作用，我相信，這些東西將伴隨我走完整個(gè)人生的道路?，F(xiàn)在回想起 在大學(xué)的那些日子，還是那么的溫馨和愜意，我不能不感謝當(dāng)時(shí)班里 的每一位同學(xué)和老師，跟你們在一起學(xué)習(xí)、生活，那真是其樂融融， 妙不可言！ 則覦愜拿瘓K暉園棟洸。在這篇論文構(gòu)思和寫作過程，我的論文指導(dǎo)老師黃漢云教授，對 我論文的完成更是功不可沒，黃老師每次給我

38、的疑問給予細(xì)心的解答 并給出寫作建議，對我的論文進(jìn)行細(xì)心的修改，使得我的論文結(jié)構(gòu)一步一步的完善，內(nèi)容日趨豐滿。沒有黃老師的細(xì)心指導(dǎo)，這篇論文是不可能完成的 。 脹堤彈奧秘繇戶攣鉉聰。書到用時(shí)方恨少，在這篇論文的寫作過程中，我深感自己的水平 還非常的欠缺。生命不息，學(xué)習(xí)不止，人生就是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)和完善 的過程，敢問路在何方？路在腳下！鰥踏峽禱和誦幫廢捕減。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 盡我所知，除文中特別加 以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研 究成果，也不

39、包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷 而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體， 均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 稟虛媛賑維醉膿擴(kuò)案。作者簽名： 日期：指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電 子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供 目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠?或全部內(nèi)容。 隔篁境鞋ff燒嗚舊指作者簽名： 日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研 究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外， 本論文 不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完 全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 灑氟嘮麓蔑SH1描謂鷹。作者簽名：日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫