【正文】 現(xiàn)狀 光伏電源 路燈 控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)進行控制和管理的設(shè)備。在歐美、日本和美國，并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)相對完善，對于光伏電源控制的研究主要集巾在改進逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化控制策略，孤島效應(yīng)的檢測和解決、降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng) _T作效率等問題上。國內(nèi)具有代表性的光伏發(fā)電系統(tǒng)專用逆變器制造商有合肥陽光、北京日佳、北京自動化研究院、北京恒電、南京冠Ⅱ、北京計科等企 業(yè)。中科院電工所、北京自動化研究院、北京索英、北京日佳、北京計科等氽業(yè)開發(fā)出的并網(wǎng)逆變器都在實際工程中得到了應(yīng)用，性能和效果良好。 在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電源控制器是整個系統(tǒng)的核心組成部分，負(fù)責(zé)對儲 能設(shè)設(shè)備的充電和對負(fù)載的放電任務(wù)。目前日本、德國、美國等發(fā)達國家外對于獨立光伏系統(tǒng)電源控制器的研究辛要側(cè)重在以下三個方面 ： 提高太陽能電池的輸出功率、完善蓄電池允電策略和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。通過研究不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和先進的控制算法，在太陽光強度、太陽能電池溫度以及負(fù)載改變的情況下，盡可能使太陽能電池時刻保持最大輸出 功率狀態(tài)，即實現(xiàn)最大功率點跟蹤 (MPPT)。蓄電池允電策略直接影響到蓄電池的壽命，研究智能化的充電方法，提高蓄電池的充電接受率，減少充電時問，對于整個光伏系統(tǒng)的工作狀況具有重要意義。獨立光伏系統(tǒng)的慮川環(huán)境一般比較惡劣，如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性也是當(dāng)前所有光伏電源控制器研究者最急需解決的問題之一。 然而，現(xiàn)已研制出來的光伏電源控制器還存在許多急需解決的問題。實際上，在 MPPT技術(shù)的使用和蓄電池充電策略的優(yōu)化之問存在矛盾沖突，能源利用效率較低，蓄電池充放電方式的不合理，對蓄電池的保護不夠充分，這些都是目前市場 上電源控制器普遍存在的問題。為了對太陽能光伏資源進行全面的開發(fā)和利用，控制器的穩(wěn)定性和可靠性也有待進 一 步提高。 設(shè)計指標(biāo) 本設(shè)計的設(shè)計要求指標(biāo)如下 : 鋰蓄電池電壓的檢測 太陽能 電池電流的檢測 充放電控制電路的檢測 自動報警電路 設(shè)計思路 本文設(shè)計了一種基于單片機的太陽能路燈控制器。采用 PWM 脈沖調(diào)制控制保護技術(shù) 。充放電控制器是太陽能路燈的核心部 件，針對鋰蓄電池充電的特殊要求，本文 巧妙地采用簡單電路檢測充放電電壓電 流、軟件補償用于檢測的小電阻的溫度效應(yīng)，省卻硬件 補償?shù)馁M用，降低了成本。由 單片機根據(jù)采集到的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種摔制信號，實現(xiàn)充放電控制，使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定何效地運行 。 為了保護電路本產(chǎn)品還利用二極管和蜂鳴器設(shè)計了報警電路。如果用戶把充電池接反了電路會實現(xiàn)自動報警來提醒用戶。 本章小結(jié) 通過查閱資料了解太陽能路燈充放電控制器的國內(nèi)外發(fā)展前景。以及介紹課題的各項檢測指標(biāo)和設(shè)計思路等。 第 2 章 方案選擇及單元電路的設(shè)計 方案選擇及方框圖 方案選擇 由單片機根據(jù)采集到的控制器的充放電電壓電流參數(shù)，發(fā)出各種控制信號。實現(xiàn)充放電控制 ，是使充放電系統(tǒng)能穩(wěn)定有效地運行。更好的保護了鋰電池。延長整個太陽能路燈系統(tǒng)的使用年限。 方框圖 太陽能路燈充放電控制器的 電路框圖 21所示 。太陽能電池板接收光照并把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充放電控制器為鋰蓄電池充電。 圖 21 太陽能充電器電路原理 太陽能電池 （ 1）太陽能電池的種類 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光生伏打效應(yīng)原理制成的太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的。太陽能電池單體是用于光電轉(zhuǎn)換的最小單元。它的尺寸約4 平方 厘米 到 100 平方厘米。太陽能電池單體工作電壓為 一 伏，一般不能單獨作為電源使用。將姍能電池單體進行串聯(lián)，并聯(lián)和封裝后，就成為太陽能電池組件。它的功率從幾瓦到幾百瓦，可以單獨作為電源使用。太陽能電池再經(jīng)過串聯(lián)，并聯(lián)并裝在支架上，就構(gòu)成了大陽能電池方陣。它可以輸出幾百瓦，凡千瓦或更大的功率，是光伏電站的電能產(chǎn)生器。常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。目前世界上有三種己經(jīng)商品化的硅太陽能電池 :單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。 單晶硅太陽電池是當(dāng)前開發(fā)最快的一種太陽電池，它的結(jié)構(gòu) 和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求 %。為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽電池等采用太陽能級的單晶硅棒，材料性能指標(biāo)有所放寬。單晶硅太陽能電池的制造成本最高，但光電轉(zhuǎn)化效率也最高，最高的達到 24%。目前多晶硅太陽電池使用的多晶硅材料，多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅材料和冶金級硅材 太 陽 能 電 池 板 STC12c5408AD DC/DC 變換 顯示電路 手 機 電 池 電壓檢測 按 鍵 料熔化澆鑄而成，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽電池片，可提高材料利用率和方便組裝。多 晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，其光電轉(zhuǎn)換效率約 12%左右，稍低于單晶硅太陽電池，但其材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。 （ 2）太陽能電池的保護 光伏系統(tǒng)在運行中要注意對太陽能電池組件 (俗稱太陽能板 )的保護。這種保護分為兩類機械化學(xué)方面的保護和電方面的保護。機械化學(xué)方面的保護是指在封裝及安裝太陽能板的時候要考慮其防腐，防風(fēng)，防雹，防雨的能力電方面的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成與基本原理保護是指連接旁路二極管，連接防反充二極管等。在一定的條件下，一個串聯(lián)支路中被遮蔽 的太陽能電池組件，將被當(dāng)作負(fù)載消耗其它有光照的太陽能電池組件所產(chǎn)生的能量。被屏蔽的太陽能電池組件將發(fā)熱，這叫熱斑效應(yīng)。為 了防止太陽能電池組件由于熱斑效應(yīng)而受到破壞，需要在太陽能電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個旁路二極管。在太陽能板的保護中還用到一種防反充二極管，又稱阻塞二極管，其作用是避免由于太陽能板在陰雨天和夜間不發(fā)電時，或太陽能板出現(xiàn)短路故障時，蓄電池組通過太陽能板放電。防反充二極管串聯(lián)在太陽能板中起單向?qū)щ娮饔?。大型系統(tǒng)中還要防雷。 單片機電路介紹 單片機控制電路圖 本次設(shè)計本人采用了 STC12C5408AD單片機 .該單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘機器周期的單片機，是高速低功耗超強抗干擾是新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍，內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，四路 PWM， 8 位高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對電機控制，超強抗干擾。 STC12C5408DA 管腳圖 他的管腳說明圖、 具體的單片機說明我這就 不說了 .如果要對該單片機進一步了解，請上宏晶官網(wǎng) 鋰 蓄電池的充電特性 鋰 蓄電池選用鋰離子電池。鋰電池具有重量輕容量大無記憶效應(yīng)等優(yōu) 點，因而得到普遍應(yīng)用。鋰電池的能量密度很高，它的容量是同重量的鎳氫電池的 倍，而且具有很低的自放電率。此 外，鋰電池似乎沒有記憶效應(yīng)以及不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點。但是對于鋰電池的充電過程，要求是比較嚴(yán)格的。 影響蓄電池壽命的因素有 :放電深度，過充電程度等。在光伏系統(tǒng)中蓄電池的放電深度不是恒定的，它隨天氣狀況和季節(jié)而變。在天氣晴朗的夏日，蓄電池放電深度小 。在天氣陰沉的冬日，蓄電池放電深度大。過充電程度也隨季節(jié)天氣變化，在冬季，蓄電池可能從沒充滿過，在夏天，蓄電池可能經(jīng)常是滿的。為了延長蓄電池的壽命，必須合理的控制蓄電池的放電與充電。當(dāng)蓄電池放電到一定程度時，應(yīng)停止放電，防止過放電減少蓄電池壽命 。當(dāng)蓄電池充電到一定程度時要 停止充電和減小充電電流，防止不合理的過充電對蓄電池造成損害。 鋰蓄電池的充電曲線如圖 22 0 . 2 5 A0 . 5 A0 . 7 5 A1 A1 . 2 5 A1 . 5 A1 . 7 5 A最 大 充 電 電 流快 充 到 減 充 過 渡 點浮 充 電 壓充 電 終 止 電 流預(yù) 充 電 流預(yù) 充 到 快 充 過 渡 電 壓電 壓電 流1 3 V1 4 V1 5 V1 6 V 圖 22 鋰蓄電池充電曲線 鋰蓄電池的充電過程： （ 1）如果開始充電時，電池電量很低，那么必須用小電流（大概 ）開始充電，即涓流充電。如果電壓高于 5V就不必進行這個步驟。 （ 2）當(dāng)電池電壓大于 5V可以開始大電流充電，恒流充電。隨著充電的進行，電池電壓逐漸升高。 （ 3）當(dāng)電池電壓達到或接近充滿電壓（如 5V左右）時，則要開始轉(zhuǎn)入恒壓充電：當(dāng)電流減少到 大概 ，則停止充電。 控制器 充 放 電 電路 充放電 電路圖如圖 23。 圖 23 控制器充放電電路圖 單片機 的 PWM控制充，放電驅(qū)動 Q1和 Q2。 （ 1） 當(dāng)蓄電池電壓 處于正常情況下，單片機控制的充電驅(qū)動 三極管 管 Q1（ 2N5551）為高電平 導(dǎo)通 ，三極管 Q1導(dǎo)通 ，此時太陽能電板想蓄電池恒流充電；當(dāng)蓄電池電壓達到 5V時，單片機控制充電驅(qū)動 Q1為 低 電平時， Q1截止，通過控制占空比，使 Q1實現(xiàn)通斷控制，此時處于恒壓浮充狀態(tài)；當(dāng)電流下降到某值時，進行恒流充電；但蓄電池電壓達到設(shè)定的過充點 5V時，再進行恒壓涓流充電；涓流小到某一值，單片機控制的充電驅(qū)動 Q1進行短路保護；當(dāng)蓄電池電壓下降到某設(shè)定值時， Q1重新導(dǎo)通，恢復(fù)為正常充電狀態(tài)。 液晶 顯示電 路 液晶顯示電路圖 管腳功能 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為電源地 第 2 腳： VDD 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0為液晶顯示 器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度）。 第 4 腳： RS為寄存器選擇，高電平 1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 7～ 14 腳： D0～ D7為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 1602B 外觀如下圖所示： 報警電路設(shè)計 為了能使有效地保護電路 .本產(chǎn)品還設(shè)計了蓄電池反接報警電路 .主要利用到二極管的單向?qū)щ娞匦詠韺崿F(xiàn) .該設(shè)計還有一個功能就是當(dāng)用戶把電充滿的時候他也會實現(xiàn)自動報警來提醒用戶電已充滿 .請用戶注意。具體電路圖如下 簡介 PADS Logic 是一個功能強大的、多頁的原理圖設(shè)計輸入工具，為 PADS Layout（原 PADS Layout（ PowerPCB））提供了一個高效的、簡單的、前端設(shè)計環(huán)境。PADS Logic 提供了在沒頁進行快速的存 取、在線元件編輯和方便的庫管理，以及快速的幫助向?qū)?。與 PADS Layout 完全的集成提高了原理圖設(shè)計到 PCB 設(shè)計的轉(zhuǎn)化效率， PADS Logic 允許您快速地識別相應(yīng)的元件和放置和精確度。 1 印制線路板的設(shè)計 （ 1）印制線路板的條件 1） 具備電路原理圖； 2） 已知印制線路板板面需要容納的電路以及該電路內(nèi)各種元器件的型號，規(guī)則及尺寸； 3） 明確各元器件和導(dǎo)線對印制板板面安排的特殊要求； 4） 確定印制線路板在總體布局中的位置及其連接形式以及對印制線路板板面的尺寸限制或是要求等； （ 2）元件布局： 就一 般情況而言，元件布局應(yīng)從以下幾個方面考慮： 1）面上的元件應(yīng)按原理圖順序成直線排列，并力求安排緊湊，密集，以縮短引線。這對高頻和寬帶電路更為必要。 2）能采用單面板的盡可能使用單面板，即元件盡可能布設(shè)在印制板不焊接的一面，以便加工和安裝。 3）對雙面板或是多面板，元件放置的位置應(yīng)與相鄰印制導(dǎo)線交叉，特別是電感器件，以防止電磁干擾。 4）元件表面溫度超過 125 攝氏度時，不應(yīng)與基板接觸。防止熱量通過傳導(dǎo)，對流及輻射等而影響其他元件，并注意加用散熱器和遠離熱敏元件。 5）圓形元件不易跨在金屬化通信孔上，以利于焊接 時孔內(nèi)熱空氣的流通。 變壓器或是類似的大電感器件，應(yīng)定向放置或用屏蔽罩，以減少對臨近元件的干擾。 6）在保證電性能合理的原則下，元件應(yīng)相互平行或是垂直排列，以求整齊，美觀。一般不宜將元件重疊布置，如必須重疊跨接時，應(yīng)考慮加固措施。 2 布線 布線是實施印制板線路設(shè)計的最后階段，要使電子電路獲得可能的最佳性能，封裝期間的布置和導(dǎo)線的布設(shè)是很重要的。為了使設(shè)計者設(shè)計出質(zhì)量好，造價低，加工周期短的印制板，特別提出下列原則和要求，供大家參考。