【正文】 伏安特性曲線0510152025303540450 5 10 15 20 25U/VI/mA五邑大學本科畢業(yè)設(shè)計 4 動態(tài)地工作在最大功率點上。 （ 2） 擾動觀察法 擾動觀察法是目前實現(xiàn)最大功率跟蹤常用的方法之一。 （ 3） 增量電導法 電導增量法也是最大功率跟蹤的常用方法。 在 DC/DC變換電路中，一般為 BUCK型或 BOOST型電路，要求有較高的轉(zhuǎn)換效率，在85%或 90%以上，但小功率的 DC/DC電路其效率比較低，僅 有 60%～ 75%。風力發(fā)電機的工作原理比較簡單，風輪在風力的作用下 旋轉(zhuǎn)，它把風的動能轉(zhuǎn)換為風輪的機械能。 假定風速恒定不變， 那么 風力發(fā)電機 的 輸出功率 將 保持不變。 蓄電池通常是指鉛酸蓄電池，它是電池中的一種，屬于 二次電池 。 對于發(fā)電用電能的儲存，我們選擇儲能用的鉛酸蓄電池。蓄電池充電和放電狀況的好壞，將直接影響到蓄電池的電性能及使用壽命。恒流充電法，在蓄電池最大允許的充電電流情況下，充電電流越大，充電時間就可以縮短。 （ 2） 恒定電壓充電法 在充電過程中，充電電壓始終保持不變，叫做恒定電壓充電法， 簡稱恒壓充電法或等壓充電法。由此可五邑大學本科畢業(yè)設(shè)計 6 見，采用恒壓充電法的優(yōu)點在于，可以避免充電后期充電電流過大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失。 （ 3） 階段等流充電法 綜合恒流和恒壓充電法的特點，蓄電池在充電初期用較大的電流，經(jīng)過一段時間改用較小的電流，至充電后期改用更小的電流，即不同階段內(nèi)以不同的電流進行恒流充電的方法，叫做階段恒流充電法。這種 充電法能延長蓄電池使用壽命，并節(jié)省電能，充電又徹底，所以是當前常用的一種充電方法。由于 風光發(fā)電系統(tǒng)中一般是無配電設(shè)備的，為了更方便地管理蓄電池的充電，選用限流的充電方法可以減少電能的損失，從而提高能源的利用率。 對 光敏電阻 兩端的電壓進行實時的采樣，然后根據(jù)光強來調(diào)節(jié) LED路燈的亮度，有效地減少功率的損耗。 目前，針對光度控制方面，主要的兩種解決方案為線性調(diào)節(jié) LED的電流（模擬調(diào)光）或在肉眼無法察覺的高頻下，讓驅(qū)動電流從 0到目標電流值之間來回切換（數(shù)字調(diào)光）。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比 被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM進行編碼。 蓄電池容量的計算 風光互補發(fā)電系統(tǒng)采用的儲能裝置是蓄電池。 （ 1） 太陽能電池組件和風力發(fā)電機只有在日照輻射和風速大于風力發(fā)電機啟動風速時才能進行光 /電和風 /電轉(zhuǎn)換。其容量 由下列因素決定。對于日負載穩(wěn)定且要求不高的場合，日放電周期深度可限制在蓄電池 所剩容量占額定電容的 80%。 （ 1） 將每天負載需要的用電量乘以根據(jù)實際情況給定的自給天數(shù)就可以初步得到蓄電池的容量。 CB =A 1Q 1N 0T / C (22) 式中 A 為安全系數(shù)，取 ~； 1Q 為日耗電量，即工作電流乘以日工作小時數(shù)； 0T 為溫度系數(shù)， 0℃以上為 1， 10℃以上取 ， 10℃以下取 ； C 為放電深度，一般鉛酸蓄電池 取 。 h（ 工作 5小時功耗 2W） 左右。 h的鉛酸蓄電池作為儲能 設(shè)備 ，根據(jù)市面上所提供的蓄電池種類，只需一個蓄電池就足以滿足要求。 h。 用電負荷的特征及設(shè)備日用電計算 發(fā)電系統(tǒng)是為滿足用戶的用電要求而設(shè)計的。 太陽能和風能的資源狀況及發(fā)電能力的測算 依據(jù)太陽能和風能的資源狀況選擇太陽能電池組件和風力發(fā)電機容量，一般是在按用戶的日用電量確定容量的前提下再考慮容量系數(shù)，而日平均量則是風力發(fā)電機和太陽能組件的發(fā)電能力及當?shù)仫L光資源狀況決 定的。為了計 算方便，可采用下述簡易方式進行估算。 風力發(fā)電機組功率與太陽能電池組件功率的匹配設(shè)計 （ 1） 匹配結(jié)果應使發(fā)電量最低月的日平均發(fā)電量 Q大于或等于系統(tǒng)總用電量。由于 LED路燈的平均耗電量為 10W對于蓄電池容量的計算以及發(fā)電系統(tǒng)功率的匹配設(shè)計，由于本課題所設(shè)計的裝置僅僅是實現(xiàn)模擬的功能，因此在理論計算方面的誤差可能比較大，但是 對于模擬裝置的 影響不大。 LED路燈控制部分選用的單片機是 帶 10位 A/D轉(zhuǎn)換以及 PWM輸出的 STC12C5A60S2， LED驅(qū)動電路由帶 PWM調(diào)光功能的驅(qū)動芯片 PT4115組成。已經(jīng)優(yōu)化可和 LM2576一起使用的標準系列電感由好幾個不同的電感生成商提供。10%誤差。 應用范圍：簡單高效的壓降（ BUCK）穩(wěn)壓器，線性穩(wěn)壓器的高效預穩(wěn)壓器，卡上開關(guān)穩(wěn)壓器，正到負的變換器（ BUCKBOOST），負升壓變換器，為電池充電器做電源，與 National Semi, On Semi的 LM2576完全互換。 （ 3） GND— 電路地 ； （ 4） FEEDBACK— 反饋端 ； （ 5） ON——/OFF— 控制端 ， 高電平有效 ， 待機靜態(tài)電流僅為 50181。千萬不要選用瓷片電容，會造成嚴重的噪聲干擾， Nichicon的鋁電解電容不錯。 （ 4） 輸出端電容 COUT 使用 1μF~470μF之間的低 ESR的鉭電容。 因此， 在 DC/DC變換電路中，采用 開關(guān)穩(wěn)壓集成芯片 LM2576ADJ調(diào)節(jié)電壓的穩(wěn)定輸出。只需添加有限的外圍元器件，就可以極其方便地構(gòu)成許多實用的電子電路。 Pin 2 (觸發(fā)點 ) 這個腳位是觸發(fā) NE555 使其啟動它的時間周期 。于高電位時的最大輸出電流大約 200 mA 。當 定 時器在穩(wěn)定或振蕩的運作方式下 ，此 輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 Pin 8（ V +） 這是 555定 時器 IC的正電源電壓端。 圖 34 12V 穩(wěn)壓電路 電路核心是 NE555時基電路， 如圖 35所示。若 蓄電池 放電，則當 蓄電池 電壓再次低于所設(shè)定的下限時，電路才再次翻轉(zhuǎn)為充電狀態(tài)。根據(jù)工作原理可知：當 LED202點亮時，表示 蓄電池 正在充電；當 LED202熄滅而 LED201和 LED203點亮時，則表示 蓄電池處于 正常荷電。 圖 35 TL431 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 根據(jù)欠壓保護的要求，設(shè)定好欠壓保護的動作閾值 VTH。 為了避免蓄電池過放，欠壓保護的期望動作閾值 VTH設(shè)定在 ，可選 R2為 1k? 電阻， R1為 ? 電阻 。 TL431允許通過的最大電流是 100mA。 由輕觸開關(guān)控制的復位電路以及外部晶振提供工作頻率所組成。 圖 39 電壓采樣電路 當選用的 LED為大功率（對于 LED來講大于 1W稱為大功率）時，選用專門的 LED驅(qū)動芯片能 達到 比較好的效率。根據(jù)不同的輸入電壓和外部器件， PT4115可以驅(qū)動高達數(shù)十瓦的 LED。 （ 1） 極少的外部元器件 （ 2） 很寬的輸入電壓范圍：從 8V到 30V （ 3） 最大輸出 （ 4） 復用 DIM引腳進行 LED開關(guān)、模擬調(diào)光和 PWM調(diào)光 （ 5） 5%的輸出電流精度 （ 6） LED開路自然保護 （ 7） 高達 97%的效率 （ 8） 輸出可調(diào)的恒流控制方法 （ 9） 增強散熱能力的 ESOP8封裝可用于大功率驅(qū)動 根據(jù)驅(qū)動芯片 PT4115的基本信息設(shè)計的 LED驅(qū)動電路如圖 311所示。電流通過電感（ L1）、電流采樣電阻（ 1R ）、 LED和內(nèi)部功率開關(guān)從 VIN流到地，電流上升的斜率由 VIN、電感（ L1）和 LED壓降決定，在 1R 上產(chǎn)生一個壓差 VCSN， 當 (VINVCSN) 115mV時，CS比較器的輸出變低，內(nèi)部功率開關(guān)關(guān)斷，電流以另一個斜率流過電感（ L1）、電流采樣電 阻（ 1R ）、 LED和肖特基二極管（ D4），當 (VINVCSN) 85mV時，功率開關(guān)重新打開，這樣使得在 LED上的平均電流為 1/ RRI O U T ???? (31) 在應用中， 等式 (31)成立的前提是 DIM端浮空或外加 DIM端電壓高于 （但必須低于5V）。 圖 311 LED 驅(qū)動電路 本章著重對系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，大致上分為三部分來完成。本程序設(shè)計中 adresult_D表示 A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果 （數(shù)字量）， adresult_A為 A/D轉(zhuǎn)換后的模擬量 ， Vsun為基準電壓值 。 流程圖如 圖 41所示。A/D轉(zhuǎn)換的設(shè)計流程圖如圖 42所示。其時鐘源基于 Fosc（本設(shè)計 中 晶振選擇的頻率），由 于 PWM是 8 位A/D 轉(zhuǎn)換子程序 口為 A/D轉(zhuǎn)換輸入通道 設(shè)置 A/D轉(zhuǎn)換速度 4 個空操作來延時 存放結(jié)果清零 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束？ N Y A/D 轉(zhuǎn)換關(guān)閉 返回 高 8位的結(jié)果 A/D初始化子程序 口設(shè)置 為A/D 轉(zhuǎn)換 清除寄存器以前存放的結(jié)果 打開 A/D 轉(zhuǎn)換通道 結(jié)果的存放 五邑大學本科畢業(yè)設(shè)計 21 的，所以 有： PWM的頻率 =PWM時鐘源輸入 /256。 PWM 初始化 寄存器清零 計數(shù)器清零 PWM 頻率設(shè)置 PWM 輸出設(shè)定 占空比初始化（驗證 A/D 轉(zhuǎn)換） 開始計數(shù) 開總中斷 結(jié)束 五邑大學本科畢業(yè)設(shè)計 22 結(jié) 論 風光互補發(fā)電控制 LED路燈裝置的設(shè)計主要分為三部分： 第一部分， 根據(jù)實際情況，對于發(fā)電部分所采用的方案稍微簡單， 沒有充分體現(xiàn)到風光互補的功能，原因是發(fā)電系統(tǒng)的功率非常小，鑒定于 效率的問題，就放棄了對這方面的考慮。 PWM的輸出通過帶 10位 A/D轉(zhuǎn)換以及 PWM輸出的 51 系列單片機STC12C5A60S2實現(xiàn)， A/D轉(zhuǎn)換的輸入端，通過對光敏電阻兩端電壓的實時采樣，決定是否輸出一定占空比的 PWM， PWM輸出口，該端口的輸出內(nèi)置圖騰驅(qū)動，因此一般不需要考慮驅(qū)動能力的問題。在我整個的論文工作中，老師始終給予我悉心的指導和幫助。 感謝給予我?guī)椭拿恳粋€人，正是他們幫助我學會了很多專業(yè)知識和技能，在人生路途上給了我許多寶貴的人生饋贈，是我順利地完成了學業(yè)以及學士論文的寫作。能有機會成為老師的學生是我的榮幸。 五邑大學本科畢業(yè)設(shè)計 23 參考文獻 [1] Development of bifacial PVcells for new applications of atplate modules, , , , , Solar Energy Materials amp。 第二部分， 對于蓄電池充電電路的設(shè)計采用了較 為 簡單 且實用性很強的 基于 定時器555的 時基電路 ，該電路通過 滯回比較 的方法不僅 能較好地實現(xiàn)恒壓限流充電， 而且對蓄電池的浮充也有比較精確的控制，電路中還 加上了基于 TL431的欠壓保護功能，當蓄電池電壓降為 ，從而保護了蓄電池 。設(shè)計流程圖如圖 44所示。這里選用默認連接到 0。 進行 A/D轉(zhuǎn)換時，建議先對 A/D初始化，流程圖如圖 42所示。在循環(huán)中每次 都會 改變 A/D采樣的結(jié)果 ，將 A/D轉(zhuǎn)化的結(jié)果轉(zhuǎn)為模擬量的公式 adresult_A=(adresult_D/2n)* (41) 式中， n表示 A/D轉(zhuǎn)化結(jié)果的位數(shù)，這里取高八位為轉(zhuǎn)換的存放結(jié)果，故 2n的值為 256； 為單片機的工 作電源電壓 Vcc，根據(jù)實際情況進行設(shè)置。 L133 0 uHD2LEDD3LEDC S N1V I N2SW3NC4NC5GNDP6GNDA7D IM8U1P T 41 15R1 2+C31uFD41N 58 2 2蓄電池P 13五邑大學本科畢業(yè)設(shè)計 19 第 4 章 風光互補發(fā)電 LED 路燈控制 器 軟件設(shè)計 LED路燈調(diào)光主要由 PWM控制，現(xiàn)在就對 A/D轉(zhuǎn)換的子程序、 PWM輸出子程序以及控制主程序 的主要設(shè)計方法 一一介紹 。 此 外， 為了保證最大的效率以及性能，二極管（ D4）應選擇快速恢復、低正向壓降、低寄生電容、低漏電的肖特基二極管 。 VIN上電時，電感（ L1）和電流采樣電阻（ 1R ）的初始電流為零， LED輸出電流也為零。當 DIM的電壓低于 ，功率開關(guān)關(guān)斷， PT4115進入極低工作電流的待機狀態(tài)。 圖 310 PT4115 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1 32V VGNDIN OUTU2L M 78 05+C122 0 uF+C510 0 uFC2C4D1 1N 40 0 1蓄電池 + 5V12R2光敏電阻R3 10kP 1 2+ 5 V五邑大學本科畢業(yè)設(shè)計 17 表 31 PT4115 管腳名稱及功能 管腳號 管腳名稱 功能 描述 1 SW 功率開關(guān)的漏端 2 GND 信號和功率地 3 DIM 開關(guān)使能、模擬和 PWM 調(diào)光端 4 CSN 電流采樣端，采樣電阻接在 CSN 和 VIN 端之間 5 VIN 電源輸入端，必須就近接旁路電容 Exposed PAD 散