【正文】 Psdcoutoutsodcoooutooutacde3/13/00?????????? （ ） 以輸入 22V，輸出 12V，開關頻率 )25(40 sTKHZ ?? 為例，若不考慮開關損耗，且設開關時間 sTs ?? ，根據公式 ()有 % ????? out outV V? （ ） 若考慮最理想情況下的開關損耗，則由公式 ()有 %)253/( 12 ??????? （ ） 由此可知，當開關頻率較高時，開關損耗也是必須要考慮因素。由最大功率傳輸定理我們可 知，當負載電阻與含源一端口的輸入電阻相等時獲得最大輸出功率，在此次試驗中輸出電壓為電源電壓一半，滿足了最大功率傳輸定理。由表 可知， 當低電流運行時， 功率變換器的工作效率 就 能達到 80%以上，且當電流升到 2A 以上時，工作效率將達到 85%，符合設計要求。其中主 電路涉及到高端 MOSFET驅動，驅動電路相對復雜，而且由于采用同步整流，且輸出端為電池類負載，需要多路帶死區(qū)時間的 PWM 輸出來控制，控制方式相當復雜。首先，初始搜尋最大功率點耗時相對較長，在環(huán)境溫度或日照量發(fā)生短時劇烈變化的情況下，仍然會產生相對振蕩的影響。 在本設計中，為了提高功率變換器的整體性能，在設計過程中，對電導增量法中的一些判定條件都進行了適當的改善，比如，通過 限定電壓跟蹤精度來保證準確反饋，通過設定閥值來改善最大功率點附近的振蕩，這些設計都無疑使電導增量法 得到了有力的改善。因為功率變換器的輸出還要給電源模塊、 PWM 電路、液晶顯示模塊供電，而且電源模塊所用的 MC34063 芯片效率不高，功率損耗較大，使得實際帶負載測試所得的效率偏小。由表 可知，當使用功率變換器進行 MPPT 時，可以顯著提高光伏電池板的輸出功率。實驗時由穩(wěn)壓電源供電，帶電阻性負載對驅動電路進行測試，如圖 所示為驅動電路輸出波形，如圖可知，驅動波形穩(wěn)定。 1Q 電流從零上升到 0I 的同時， 1Q 電壓從最大值 dcV 下降到零，導通期間平均功率為 ? ?? onT dcoonon VIIV d TTTP 0 6/1)( () 而整個周期的平均功率為 )/)(6/( 0 TTVI ondc 。 當忽略二次效應和交流開關損耗時，導通損耗非常容易計算。導通損耗與平均直流電流有關，因此相對容易計算。 C335V/1000uC4104/CBBC535V/1000uC6104/CBBQ1IRF1404Q2IRF1404L1100uH/12APVVout 圖 輸出濾波電路 C0Q1Q2L1PVR0L0VoutGND 圖 輸出電容 C 及其寄生元件 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 30 由于輸出電容 0C 為大電解電容，因此在開關頻率處，由 0C 產生的紋波電壓分量小于由 0R 產生的紋波電壓分量，因此在中頻段，對于一階系統(tǒng)，輸出紋波接近于等于串聯電感 1L 的交流紋波電流乘以 0R 。 將電感的選擇為保證直流輸出，電流波動小于最大輸出電流的 10%，且電感電流保持連續(xù)，若設開關管開通時輸出電流為 onI ，則有最小連續(xù)電流 onO II (min) ? ，斜坡電流為 onIdI ? ，由此可得有 LTVVLTVdI onou tdconL /)(/ ??? （ ） 式中 dcV 為開關管輸出電壓， outV 為系統(tǒng)輸出電壓，所以 ononoutdconoutdc I TVVdI TVVL )()( ???? （ ） 式中， dcouton VTVT /? ，且 dcV 和 onI 是設計中確定的額定值，則 ondcoutoutdc IV TVVVL )(5 ?? （ ） 設最大輸出電流為 10A 輸出電壓為 12~，開關管最大輸出電壓為 22V，開關頻率為 40KHZ，因此， L 由公式 ()計算可得 HL ?82400001022 12)1222(5 ??? ?? （ ） 而在本設計中，選擇了 H?100 的電感，足夠保持電流連續(xù)，且電感輸出電流紋波AIdI on ?? 。 電壓則可通過運算放大電路來檢測（見圖 ），通過圖 可列 式 15017020170??? ??? PVPVPVVout （ ） 化簡可得 ? ??? ?? PVPVVout 152 （ ） 通過將實際電壓衰減 倍，然后將檢測電壓傳給單片機來檢測電壓 +5V567B84U11BTL082PR24150kR2520kGNDR23150kR2220k+15V15VAD1PVPV+D61N5819D71N5819GND 圖 電壓檢測電路 在電壓電流檢測過程中，為了避免電壓紋波和擾動對系統(tǒng)運算產生影響，在軟件上，只有當 電壓跟蹤實現后單片機才能進行電壓電流的采樣和功率反饋，避免因采樣數據不準確而產生誤判。用同步整流就不用擔心工作模式的改變（模式改變不利于變換器的穩(wěn)定），或者最小電感取多少，才能保證變換器工作于電流連續(xù)模式。 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 26 主回路的選擇與設計 在目前很多應用中，變換器的效率比總是要比成本更加重要，而當效率很重要時，自然可以考慮同步整流，即輸出整流部分的功能用有源開關來完成，而整流毫無例外地選用 MOSFET。 aabbt? t? t? 圖 不加死區(qū)的 PWM 輸出波型 所以在控制信號中必須設置死區(qū)時間 t? ，以保證在一只開關管關斷后，另一只開關管才能導通， 在實際電路設計中，一般設定死區(qū)時間為 500ns 至 1us（如圖 ） 。其輸出端口HO 和 LO 的輸出為互補的 PWM 波形，便可以用于驅動同一橋臂的兩個開關管。 但是芯片 MC34063 效率并不高，其的極性反轉效率最高 65%，升壓效率最高 90%，降壓效率最高 80%，變換效率 和工作頻率濾波電容等成正比，會降低整個系統(tǒng)的工作效率。片內包含有 溫度補償帶隙基準源、一個占空比周期控制振蕩器、驅動器和大電流輸出開關，能輸出 的開關電流。 充電后期（ cd 段），剩下的硫酸鉛已經不多，而且一般都難以還原，輸入的電能逐步用來電解水，正極產生氧氣，負極產生氫氣，有的附著在極板上，有的形成氣泡逸出，當氫氣和氧氣附著在極板上時，產生氣體電極電位，形成附 加電動勢，使電壓又迅速上升，此后，當電流全部用于電解水時，電動勢和電壓不再升高，充電過程就結束了。一個單體電池，在電解液溫度為 20℃ 、以恒壓電流充電時，電流變化情況如圖 虛線所示。 鉛蓄電池的充電方法 鉛蓄電池充電方法按充電電流或電壓的數值變化情況不同，可分為恒流充電、恒壓充電和分段充電三種，其中以分段充電較為合理。當 batPV ee ? 時， PV 陣列收集的電荷已不能存儲到蓄電池中，降低了系統(tǒng)能量轉換效率。但是，在較短的工作時間內，由上 第二章節(jié) 的分析可知，當 PV 陣列的工作條件沒有出現大的變化時，認為 PV 陣列的輸出電壓保持不變是合理的。 所以，在最大功率點處，可以引入新的判斷條件 ???????????|3||2||1|eUIdVdIedIedV （ ） 在條件成立時，即判定已經達到了最大功率點，直接結束判定然后賦值，如圖 所示。同時，通過比例積分（ PI）調節(jié)器進行電壓跟蹤，使實際電壓能夠快速準確地穩(wěn)定在期望值上 ??? tp edtSeKU 00e x p （ ） 只有在電壓跟蹤實現后進行電壓電流的采樣和功率反饋，才能避免因采樣數據不準確而產生誤判，而通過恒壓跟蹤法可以很容易測試 PI 調節(jié)特性和實際電壓的跟蹤能力。 (3) 假設當前光伏陣列的工作點位于最大功率點處 (附近 )，此時將有 0/ ?dUdP ，此時參考電壓將保持不變，也即光伏陣列工作在最大功率點上。電導增量法只需要采樣太陽能電池電壓和電流，最多計算一次電導增量，它在下一時刻的變化方向完全取決于在該時刻的電導的變化率和瞬時負電導值的大小關系，而與前一時刻的工作點電壓以及功率的大小無關，因而能夠適應日照強度地快速變化，相對于常用的恒壓跟蹤法和擾動觀測法，其控制精度更高。 除此之外還有模糊控制、神經網絡 (Neutral Network)、線性電流控制法、最優(yōu)梯度法、 RCC(Ripple Correlation Control)，基于狀態(tài)的 MPPT(Statebased MPPT)，滑?？刂?Slide Mode Control)，負載電壓或電流最大化方法等。缺點為算法較復雜而且在調節(jié)工作點電壓的電導增量法中，當光照強度快速變化時，調節(jié)方法會出現 “誤判 ”的情 況，理論上該方法跟蹤精度高，但由于傳感器的精密度等因素，此法在實際應用中仍有誤差存在。所給出的 ????????點右邊點左邊點M P P ,0/M P P ,0/M P P ,0/dPdUdPdUdPdU （ ） 由于 dUU dIIdUU dIIdIUddUP //U/)(/d ????? （ ） 由公式（ ）可寫成 ???????????點右邊點左邊點M P P ,//M P P ,//M P P ,//UIdUdIUIdUdIUIdUdI （ ） 因此當輸出 電導的變化量等于輸出電導的負值時。以圖 為例說明：假設系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，光伏陣列工作電壓在 maxP 點左右波動，當日照強度突然增加時，光伏陣列輸出功率增加，這時如果參考電壓偏移到 1的位置，則系統(tǒng)會 認為此時參考電壓調整的方向與功率變化的方向相同，而繼續(xù)增大參考電壓使工作點移動至位置 2，導致工作點進一步遠離最大功率點。 給定參考電壓變化的過程實際上是一個功率尋優(yōu)的過程。由表 可知，只要在每個開關周期內只發(fā)生一次采樣，當參與運算的數據不是平均值而是瞬時電壓值和瞬時電流值時規(guī)則一樣成立。O)通過調節(jié)輸出電壓來達到光伏電池板的最大功率輸出點。以單晶硅光伏陣列為例，當環(huán)境溫度每升高 1℃ 時，其開路電壓下降率為 % %。b39。采用恒定電壓跟蹤恒壓控制與直接匹配的功率差值在圖中可以視為曲線 L 與曲線 mUU?之間的面積。假如曲線 L 為負載特性曲線， a、 b、 c、 d 和 e 為相應關照強度下直接匹配時的工作點。39。 負 載 2負 載 1曲 線 1曲 線 20IU39。A 點，這樣就偏離了相應日照強度下的最大功率點。 為便于說明，現將光伏陣列的輸出特性重新繪制如圖 所示。因此光伏發(fā)電系統(tǒng)必須采用相關電路和控制方法對輸出功率加以控制使其輸出最大功率。這里指的是太陽電池溫度的變化，而不是環(huán)境溫度 武漢科技大學本科畢業(yè)設計 8 溫 度 升 高 ， I s c 略 有 增 加)(AI)(VU溫 度 升 高 ， V o c 減 小 圖 溫度對太陽電池的影響 由以上圖示可以得出以下結論：在一定溫度、日照條件下，太陽電池的輸出功率具有最 大值，而太陽電池一天中的最大功率點軌跡接近于某一恒壓，溫度變化對太陽電池的輸出電壓有影響。 根據特性曲線可以定義出太陽電池的幾個重要技術參數： (1)短路電流 ( scI )：在給定溫度日照條件下所能輸出的最大電流； (2)開路電壓 ( ocV )：在給定溫度日照條件下所能輸出的最大電壓； (3)最大功率點電流 ( mI )：在給定溫度 日照條件下最大功率點上的電流； (4)最大功率點電壓 ( mV )：在給定溫度日照條件下最大功率點上的電壓； (5)最大功率點功率 ( mP )：在給定溫度日照下所能輸出的最大功率為 mmm VIP ?? 。目前，技術最成熟，并具有商業(yè)價值的光伏電池要算硅光伏電 池。這樣，在 PN 結兩端便產生了電動勢，也就是通常所說的電壓。光伏電池是以光生伏打效應為基礎，可以把光能直接轉換成電能的一種半導體器件。采用 Buck 同步整流變換器和微控制器實現光伏電池 MPPT 控制及蓄電池的能量管理，最后完成原型樣機參數分析與計算、元器件的選型及功能性測試，功率變換器設計結構框圖如圖 所示。近十年來相關文獻的數量還是在快速增長，然而，最近的文章大部分都只是通過仿真總結或者直接復制原來文獻中已