【正文】 ， 截止2020 年 ，全球 光伏發(fā)電 的 裝機(jī)總?cè)萘?為 兆瓦 ， 預(yù)計(jì) 2020 年， 更是 兆瓦 ， 歐美國(guó)家的 光伏發(fā)電 總量 約占 全 世界光伏發(fā)電 總 量的 80%，其不僅占據(jù)了過半的全球發(fā)電量，而且在其國(guó)家， 光伏發(fā)電技術(shù)研究都比較成熟，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，并且實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。據(jù)統(tǒng)計(jì) 2020 到 2020 年，我國(guó)的光伏發(fā)電成本約為每千瓦時(shí) 元，隨著技 術(shù)的不斷成熟，預(yù)計(jì)到 2020 年，我國(guó)光伏發(fā)電將會(huì)徹底由獨(dú)立發(fā)電轉(zhuǎn)換到并網(wǎng)發(fā)電，成本也會(huì)降到每千瓦時(shí) ， 我國(guó)光伏技術(shù)水平 也 有望 進(jìn)入 世界 領(lǐng)先 行列 。 電源電路使用 軟件對(duì)基于 PID 控制器設(shè)計(jì)的 DCDC 電路進(jìn)行仿真，并作數(shù)據(jù)分析。 采用模塊設(shè)計(jì)，首先可以保證各個(gè)模塊的耦合度，提高模塊的獨(dú)立性，同時(shí)也提升了各個(gè)模塊以及系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性?？紤]到項(xiàng)目采用的是 CNPV180M 光伏組件，其峰值工作電壓時(shí) ，因此本設(shè)計(jì)考慮使用 2537V 可變電壓輸入 。由于課題項(xiàng)目采用 6GFM200 蓄電池，額定電壓為 12V，充電特性 為 :充電是~40A,浮充 ~ /40A。 綜合上訴論證，本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)。功率驅(qū)動(dòng)模塊輸入電壓為 18V，通過 SA7527A 控制實(shí)現(xiàn)功率自適應(yīng)調(diào)整。 (4)光強(qiáng)弱信息采樣率： 40次 /分； 5．抗干擾能力： 1~20s。設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)要留有一定的設(shè)計(jì)裕量，這里取電容規(guī)格 120uf/50V。 圖 31 電源電路主電路 反饋電路的設(shè)計(jì) 由于 BUCK 電路只能對(duì)固定的輸入電壓，起到直流變換作用，由于太陽能電壓穩(wěn)定性變化較大，單純的 BUCK 電路，輸出電壓會(huì)隨著出入電壓的變化而變化，并不能起到穩(wěn)定輸出電壓的作用，因此需要加入閉環(huán)反饋校正。其目的就是可以讓系統(tǒng)的輸出固定或者維持在某個(gè)值。反饋校正裝置則根據(jù)輸入電壓的變化，自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓和電流。 設(shè) PWM 的載波幅度為 1，那么開環(huán)系統(tǒng)函數(shù)為： F(s)=Gvd(s)*H(s)*Gc(s)。因此 fC要綜合考慮，取 fC=。所以 6 0 1 8 0 ( 9 0 ) ( 1 4 8 ) 1 1 8b? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 314） 由公式 2 ( a r c t a n ( ) a r c t a n (1 / ) )b K K? ?? （ 315） 得 K= 。 電源電路的設(shè)計(jì) 電源電路整機(jī)采用 BUCK 主電路和反恐控制電路實(shí)現(xiàn)。圖 41 為芯片 UC3906DW 內(nèi)部結(jié)構(gòu)，作為專用電源管理芯片，其內(nèi)部集成限流電路和控制電路。 6GFM200 蓄電池 還具有使用 壽命長(zhǎng) 、 自放電低 、 安全 系數(shù)高、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。 能夠提供精準(zhǔn)的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓是 UC3906DW 最大的特點(diǎn)，而且其可以根據(jù)外界環(huán)境溫度的改變發(fā)生變化。 UC3906DW 對(duì)溫度特性的補(bǔ)償可以使蓄電池工作溫度范圍變得更寬，甚至能達(dá)到 0 ~ 70℃ 之大，大大提高了充電電路對(duì)環(huán)境溫度的適應(yīng)性。在過充電狀態(tài)下，電路輸出電壓基本恒定不變，此時(shí)充電電流會(huì)不斷變小。 當(dāng)在 25℃時(shí)，基準(zhǔn)電壓 Vref為 時(shí)： 3 4 3 4(1 )67R R R RV o c V re f RR??? ? ? (41) 34(1 )6F RRV Vre f R??? (42) 12 Voc? (43) 13 FVV? (44) 當(dāng)電池開始充電時(shí)，即充電電路由于電池電量不足或者輸出電壓下見到了浮充閾值電壓，充電電路立刻向電池提供很定大電流，使電池進(jìn)入充電狀態(tài)，隨著充電過程的不斷進(jìn)行，電池也由于電量增加其兩端的電壓也慢慢升高，再經(jīng) RR4 與 R6 分壓電阻分壓后加到引腳 13（即比較器反向輸入端）。 圖 42 充電控制電路 第五章 驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì) 14 第五章 驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì) SA7527A功率校正芯片介紹 SA7527A 芯片內(nèi)部集成有校正電路，可以校正輸出功率。管腳描述如表 51。 LED 使用總量為 100 顆，型號(hào)：Φ 10LED, LED 聯(lián)接采用串聯(lián)和并聯(lián)混合連接的形式（ 20 顆串聯(lián)， 5串并聯(lián)）。 電路設(shè)計(jì) (1)輸入部分設(shè)計(jì) 通過把輸出的檢測(cè)電壓信號(hào)和 12V 直流輸入信號(hào)，分別輸入到芯片的乘積運(yùn)算兩輸入，即 MUL 端和 EO端，通過 SA7527A 運(yùn)算產(chǎn)生 PWM 控制信號(hào)，由于負(fù)載特性，輸入電壓會(huì)有小的波動(dòng)，當(dāng)輸入到驅(qū)動(dòng)電路的直流電壓變小時(shí)，芯片通過運(yùn)算，使 PWM輸出脈寬變大，從而保證了在不穩(wěn)定輸入條件下，能夠有相對(duì)穩(wěn)定的輸出。因此取 R3=750kΩ， R2=150kΩ。 圖 53 功率驅(qū)動(dòng)主電路 光電耦合器 PC817 具有電流傳輸比為 1:1 的工作特性，其正向?qū)〞r(shí)的電流IF大于 1mA，正常工作時(shí)的電壓 VCE大于 1V。該穩(wěn)壓管的基準(zhǔn)電壓為 ，且工作電流 IRC 大于 1mA，功率驅(qū)動(dòng)模塊正常工作時(shí)，輸出電壓為17 14 VR? ? 。 其工作工程為， LED 燈珠長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致溫度升高， SA7527A 的 3 管腳由于R R RT 的作用，對(duì)地等效電阻變小，因此導(dǎo)致 3 管腳的輸入信號(hào)變小，從而通過 SA7527A 調(diào)節(jié) PWM 輸出，再經(jīng)過變壓器次極端，使輸出電流減小，從而有第五章 驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì) 17 效的克服了由于溫度引起的 LED 光衰問題。由于輸 圖 55 功率自適應(yīng)模塊電路 出負(fù)載為 LED陣列，考慮到負(fù)載由于工作狀態(tài)引起輸出功率變動(dòng)，采用了光照補(bǔ)償技術(shù)和溫度補(bǔ)償技術(shù)。 PIC16 單片機(jī)有計(jì)算功能和內(nèi)存管理，像 CPU 一樣，由軟件控制運(yùn)行。 身為 PIC單片機(jī)家族的一員， PIC16C7116/P 自帶有豐富的片上資源，如片上 A/D 轉(zhuǎn)換器、增強(qiáng)型捕捉 /比較、 PWM 生成。 第六章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 控制系統(tǒng)硬件框圖 控制模塊核心采用 PIC16C7116/P 單片機(jī)?？刂颇K如圖62。 圖 63 光敏電阻模塊 PIC16F716I 復(fù)位和時(shí)鐘 光強(qiáng)檢測(cè) 片選輸出 狀態(tài)顯示 第六章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 其中 R8R11 為四個(gè)光敏電阻，通過 5V 電阻接 VCC（ 5V）， ADIN1ADIN4 連接到對(duì)應(yīng)的 A/D轉(zhuǎn)換器?？梢杂霉饷綦娮柚苯雍?PIC16C7116/P 的 RA0RA3 相連接。 由于 價(jià)格低廉，發(fā)光二極管 在 電器應(yīng)用 特別是家電 應(yīng)用 領(lǐng)域 非常 廣泛。三只二極管分 別連接 PIC16 的 RB57 三個(gè)管腳，通過三個(gè) NPN管和三第六章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 個(gè) PNP 管控制開關(guān)。系統(tǒng)利用充電蓄電池為控制系統(tǒng)供電，從而不必再為控制器另備獨(dú)立的外部電源。 蓄電池輸出 12V 電壓，經(jīng)過 9V（ D4）穩(wěn)壓二極管在 9Vout 端輸出 9V 直流電壓，為 PID 反饋電路提供基準(zhǔn)比 較電壓。 基本實(shí)現(xiàn)思想為，通過四路 AD 通道采樣光敏電阻的電 壓變化，得到 X1， X2，X3， X4 四組數(shù)值， 四組數(shù)值輸入 PIC 單片機(jī)， CPU 對(duì)四路數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算 1 2 3 4 , / 4iiY X X X X X X Y? ? ? ? ? ?? （ 61） 由于 PIC 單片機(jī)不支持?jǐn)?shù)據(jù)的浮點(diǎn)運(yùn)算，因此可以先將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，然后判別。進(jìn)行比較 。|=10 則認(rèn)為采樣值有效，存入 Pointer 指針指向的“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元”，作為一個(gè)新的基準(zhǔn)參考電壓，同時(shí) Pointer 加 1，指向下一存儲(chǔ)單元。 主程序流程圖如圖 69。之后程序開始不斷的對(duì) AD 采樣值進(jìn)行處理分析，根據(jù)處理結(jié)果來設(shè)置控制位的狀態(tài)，若采集信息是干擾信息，則放棄此處采樣結(jié)果，等待下次信息到來，反之將采集結(jié)果寄存到光強(qiáng)數(shù)組中。其中電源模塊使用 軟件進(jìn)行仿真，并通過 軟件分析結(jié)果，控制部分采用 和Proteus 實(shí)現(xiàn)仿真。 圖 71 電壓穩(wěn)定時(shí)間大約為 1 毫秒，穩(wěn)定時(shí) 18V，峰值電壓 36V，穩(wěn)定后的電壓紋波如圖 72。 （ 2） LED 功率驅(qū)動(dòng)能力分析 根據(jù)第五章設(shè)計(jì)論述，系統(tǒng)可以在 12V 蓄電池的輸入條件下，實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定在 12V，電流 320mA。同時(shí)判定當(dāng)前的環(huán)境光照強(qiáng)度，完成對(duì)各個(gè)模塊的控制。 綜合，論文主要完成了以下設(shè)計(jì)工作： (1)闡述了光伏發(fā)電的 LED 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。 有待進(jìn)一步研究的問題 本論文雖然已基本完成 太陽能光伏發(fā)電 LED 控制系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)，但由于學(xué)術(shù)水平、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及時(shí)間、條件等的限制，仍有很多不足的地方，與本文相關(guān)的問題還有大量工作需要進(jìn)一步深入進(jìn)行。 參考文獻(xiàn) 29 參考文獻(xiàn) [1] 趙明 ,楊勁松 ,錢偉 ,曹剛 .大功率 LED路燈驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì) .照明工程學(xué)報(bào) ,2020,22,6669 [2] 陳尚伍 ,陳敏 ,錢照明 .高亮度 LED太陽能路燈照明系統(tǒng) .電力電子技 ,2020,(6):4345 [3] 鄧超平 ,凌志斌 .新型的單相 Buck電路實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正 . 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào) .2020, 38(8). 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