【正文】 設(shè)開關(guān)時間 sTs ?? ，根據(jù)公式 ()有 % ????? out outV V? （ ） 若考慮最理想情況下的開關(guān)損耗，則由公式 ()有 %)253/( 12 ??????? （ ） 由此可知，當開關(guān)頻率較高時，開關(guān)損耗也是必須要考慮因素。由表 可知， 當?shù)碗娏鬟\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(shè)計要求。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(chǎn)生相對振蕩的影響；其次，在最大功率點處， 由于測量精度限制，不能準確的判斷。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。實驗時由穩(wěn)壓電源供電，帶電阻性負載對驅(qū)動電路進行測試，如圖 所示為驅(qū)動電路輸出波形，如圖可知，驅(qū)動波形穩(wěn)定。 當忽略二次效應(yīng)和交流開關(guān)損耗時，導(dǎo)通損耗非常容易計算。 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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 30 由于輸出電容 0C 為大電解電容，因此在開關(guān)頻率處，由 0C 產(chǎn)生的紋波電壓分量小于由 0R 產(chǎn)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(lián)電感 1L 的交流紋波電流乘以 0R 。 電壓則可通過運算放大電路來檢測（見圖 ），通過圖 可列式 1 5 01 7 0201 7 0??? ??? 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(chǎn)生影響，在軟件上，只有當電壓 跟蹤實現(xiàn)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(shù)據(jù)不準確而產(chǎn)生誤判。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 26 主回路的選擇與設(shè)計 在目前很多應(yīng)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(guān)來完成，而整流毫無例外地選用 MOSFET。其輸出端口HO 和 LO 的輸出為互補的 PWM 波形，便可以用于驅(qū)動同一橋臂的兩個開關(guān)管。片內(nèi)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(qū)動器和大電流輸出開關(guān)，能輸出 的開關(guān)電流。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。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(zhuǎn)換效率。 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(jīng)達到了最大功率點，直接結(jié)束判定然后賦值，如圖 所示。 (3) 假設(shè)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。 除此之外還有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (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。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 d IIdUU d IIdIUddUP //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(dǎo)的 變化量等于輸出電導(dǎo)的負值時。 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。O)通過調(diào)節(jié)輸出電壓來達到光伏電池板的最大功率輸出點。b39。假如曲線 L 為負載特性曲線， a、 b、 c、 d 和 e 為相應(yīng)關(guān)照強度下直接匹配時的工作點。 負 載 2負 載 1曲 線 1曲 線 20IU39。 為便于說明，現(xiàn)將光伏陣列的輸出特性重新繪制如圖 所 示。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(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(jié)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。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價值的光伏電池要算硅光伏電池。光伏電池是以光生伏打效應(yīng)為基礎(chǔ)，可以把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種半導(dǎo)體器件。近十年來相關(guān)文獻的數(shù)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(jié)或者直接復(fù)制原來文獻中已經(jīng)提出的方法。 (6)資源、發(fā)電、用電在同一地域，可以節(jié)省遠距離輸電投資費用。h，風(fēng)力發(fā)電為 20g／ kW隨著可再生能源的開發(fā)利用，太陽能已經(jīng)逐漸走入了人類的生活，并且將發(fā)揮越來越重要的作用。硬件上，系統(tǒng)使用單片機通過 PWM控制同步整流電路，并運用閉環(huán)控制，精確采樣電壓值和電流值形成反饋。軟件上，對現(xiàn)有的常用最大功率點跟蹤（ MPPT）算法進行了研究和分析，并選用電導(dǎo)增量法對最大功率 點跟蹤，實現(xiàn)了系統(tǒng)工作的高效率。在 2l 世紀的今天，隨著社會科技和經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源問題作為困擾人類長期穩(wěn)定發(fā)展的一大因素擺在了人們面前，而且越來越迫切，如何解決能源問題，是每個國家都必須面臨的問題，隨著不可再生能源如煤、石油、天然氣的不斷增加的大量消耗，不僅使人類面臨資源枯竭的壓力，同時也嚴重威脅著人類的生存環(huán)境，可再生能源的開發(fā)利用也就越來越顯得重要。h，太陽能光伏發(fā)電為 55g／ kW (5)太陽能光伏發(fā)電裝備安裝使用靈活，可根據(jù)需要，將集成化的模塊擴增或減少以改變系統(tǒng)容量， 方便靈活。 圖 1 顯示出從 MPPT 算法從文獻中最早出現(xiàn)開始，每年有關(guān) MPPT 的文獻的發(fā)表數(shù)量。這種把光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是光伏電池。 制造光伏電池的半導(dǎo)體材料己知的有十幾種，因此光伏電池的種類也很多。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 024681_1I 2_1I 3_I 4_1I5 1 0 1 5 2 0 2 5)(VU日 照 降 低 電 流 減 小0 圖 日照對太陽電池的影響 P o _ 1 P o _ 1 P o _ 1 P o _ 18 06 04 02 001 0 05 1 02 0 2 51 5日 照 降 低 輸出 功 率 減 小0 圖 不同日照下 P—V 特性曲線 當電池溫度發(fā)生變化時，由圖 可見，開路電壓 ocV 線性地隨電池溫度變化，而短路電流 scI 略微變化。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)的整體效率，一個重要的途徑就是實時調(diào)整光伏陣列的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程就稱之為最大功率點跟蹤(MPPT)。B 點，應(yīng)當相應(yīng)的減小負載 2 至負載 1 以保證系統(tǒng)在日照強度減小的情況下仍然運行在最大功率點 A。 edcba 和、 總是近似在某一個恒定的電壓值 mU 附近。a39。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 擾動觀測法 擾動觀察法 (Pamp?？蓪⒆畲蠊β矢櫡謨蓚€階段，在開始階段加快跟蹤速度，而在穩(wěn)定階 段優(yōu)化跟蹤精度。 電導(dǎo)增量法 電導(dǎo)增量法（ IncCond）運用了光伏板功率曲線的斜率在最大功率點處為零的原理，在最大 功率點左邊，斜率為正，右邊為負。這種方案的最大缺點是在需要有連續(xù)輸出 的光伏系統(tǒng)中無法應(yīng)用，同時該方法需要有較大的存儲空間和運算能力。 (2) 同理，假設(shè)當前的光伏陣列的工作點位于最大功率點的右側(cè)時，此時有武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 16 0/ ?dUdP ， UIdUdI // ?? ，說明 參考電壓應(yīng)向著減小的方向變化。因此，在對此算法的實際應(yīng)用中，對判斷式設(shè)定一個適合的閾值，可以使系統(tǒng)能在最大功率點附近的某個區(qū)域內(nèi)保持 穩(wěn)定，而不是來回持續(xù)變動，也就是說適當?shù)囊腴y值可以在不影響精度的情況下增強系統(tǒng)穩(wěn)定性并減少計算量。 最大功率變換器ci ba tr bateoutuPVre inu蓄 電 池P V 陣 列 圖 PV陣列向蓄電池充電等效圖 如果采用基于二極管保護的直接充電方式，只有當 batPV ee ? 時， PV 陣列才對蓄電池充電，而且 PVe 與 bate 電壓差越大，充電電流就越大，此時消耗在 PV 陣列和蓄電池內(nèi)阻上的功率也越大，將引起 PV 陣列和蓄電池溫度升高，導(dǎo)致 PV 陣列的溫度效應(yīng)越突出，充電電流隨之減小，充電效率反而會降低。充電電壓（ U）等于電動勢（ E）武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 20 和內(nèi)壓降（ rI ）之和，即 rIEU ?? （ ） 充電電流恒定時，充電電壓的變化主要取決于電動勢的變化，即取決于電解液的擴散速度。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 21 5 光伏發(fā)電功率變換器的硬件實現(xiàn) 電源系統(tǒng)的設(shè)計 MC34063 是一單片雙極型線性集成電路，專用于直流 直流變換器控制部分。 VccINSDCOM LOVSHOVBU2IR2104R122RR210RD11N4148R322RR410RD21N4148D3FR107C2104C147u/25V+15VGNDPWM7GNDR6R5PA6Q1IRF1404Q2IRF1404 圖 PWM 驅(qū)動電路 IR2104 芯片可以驅(qū)動 10 到 600 伏特的 N 溝道 MOSFET 管或 IGBT 管。在設(shè)計電路時我們要首先考慮盡量選擇提高頻率以減小濾波器件電容和電感的體積，但是過高的頻率會導(dǎo)致電路交流損耗增加，因此，需要在兩者之間折中選擇。我們把 U0 定標為當被測電流 I1 為額定值時， U0 等于 50mV 或 100mV，這樣就可以通過霍爾直接檢測電流傳感器檢測電壓了。而對于低頻紋波電流， 0L 可以忽略，輸出紋波主要由 0C 和 0R 決定。 對于導(dǎo)通損耗，如圖 所示，在理想情況下， 1Q 和 2Q 這兩個晶體管都是理想元件，則 1Q 關(guān)斷時，其承受最大電壓 PV，但電流為零，因此損耗為零； 1Q 導(dǎo)通時，有點流流過，但是它的電壓降為零，同時 2Q 承受 PV 反向電壓，但是流過的電流為零，因此損耗也為零。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 33 帶負載測試 在實際測試階段，首先對驅(qū)動電路進行了測試，主回路所使用的的同步整流功率變換器要由驅(qū)動電路產(chǎn)生的 PWM 波形來控制開關(guān)管，而且驅(qū)動電路還是軟硬件的銜接點，所以 PWM波形的好壞決定了主電路輸出是否能達到預(yù)期目的。 表 電導(dǎo)增量法 MPPT 充電效率 輸入電壓)(VUPV 輸入電流)(AIPV 輸入功率)(WPIN 輸出電壓)(VUB 輸出電流)(AIB 輸出功率 )(WPOUT 效率 ? 82% 83% 83% 86% 86% 86% 本章小結(jié) 由功率損耗分析和表 可知，實際帶負載測試所得的功率變換器效率，和理想情況下計算所得的效率任然存在差