【正文】 芯片的功耗很小。 根據(jù)式 (33)和式 (34)可知， Imax 和 IOCT 分別由電流限制放大器和電流檢測(cè)比較器的偏置電壓和檢測(cè)電流的電阻 Rs 決定，從式（ 31）、（ 32）可知， VF、 VOC的值由內(nèi)部參考電壓 Vref 和外部電阻 Ra、 Rb、 Rc 組成的分壓網(wǎng)絡(luò)所決定[12]。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過(guò)充、過(guò)放性能，但由于其價(jià)格較高，僅適用于較為特殊的場(chǎng)合。本文給出高頻變壓器計(jì)算?？刂破鞑粌H擔(dān) 負(fù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)控制，還得確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 TLC2543 的引腳排列如圖 38 所示。圖 37 是 ATMEGA16 的引腳圖。 太陽(yáng)能路燈控制器是太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中最重要的部件，也是與各種路燈系統(tǒng)最大的區(qū)別所在。然后，選擇集成電路，設(shè)計(jì)輸入部分電路、高頻變壓器和輸出整流濾波電路，而最中心的工作就是設(shè)計(jì)計(jì)算高頻變壓器。為了與太陽(yáng)能電池匹配，要求蓄電池工作壽命長(zhǎng)且維護(hù)簡(jiǎn)單。 Vref 的溫度系數(shù)為 ℃， Imax、IOCT、 VOC、 VF 可以獨(dú)立設(shè)置。另外，當(dāng)芯片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器無(wú)輸出時(shí)，該比較器還能輸出 25mA涓流充電電流。 快速充電由專(zhuān)用的充電器提供脈沖電流，它能保證充電時(shí)既不產(chǎn)生大量氣體又不發(fā)熱，從而達(dá)到縮短充電時(shí)間的目的。通常按照光伏照明系統(tǒng)的要求以及蓄電池的特性來(lái)確定充電電流的大小、時(shí)間、轉(zhuǎn)換電流的時(shí)刻以及充電終止的判斷依據(jù)等。 6．蓄電池功率與比功率 蓄電池的功率是指在一定放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)所給出能量的大小，單位為 W(瓦 )或 KW(千瓦 )。 太陽(yáng)能電池組件由以 下材料組成 [6]： 電池片、鋼化玻璃、 EVA、 TPT、鍍錫銅帶、密封膠、接線(xiàn)盒、邊框。 (1)晶體硅太陽(yáng)能電池發(fā)展 1839年，法國(guó) Becqueral第一次在化學(xué)電池中觀察到光伏效應(yīng)。太陽(yáng)能電池同樣是利用了 PN結(jié)的光伏效應(yīng)。從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能照明系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行與準(zhǔn)確切換的要求提高太陽(yáng)能照明系統(tǒng)效率，延長(zhǎng)蓄電池的壽命。太陽(yáng)能路燈由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：太陽(yáng)能電池組件、太陽(yáng)能控制器、蓄電池、太陽(yáng)能路燈光源、燈桿及燈具外殼、線(xiàn)纜和連接緊固輔件。 法國(guó)的太陽(yáng)能設(shè)計(jì)師們，正在用“綠色設(shè)計(jì)”原則代替“太陽(yáng)能”設(shè)計(jì)原則 ， 就是要統(tǒng)籌考慮能源性能、安全材料的應(yīng)用、日光照明、居住的舒適度和健康等因素。借助蓄電池，太陽(yáng)能 LED照明項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)在于：將太陽(yáng)能、LED光源按照實(shí)際需求進(jìn)行結(jié)合使用，因地制宜，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，發(fā)揮最大的能效。傳統(tǒng)的能源，尤其是煤炭、石油、天然氣三大化石燃料更是有限，不合理地使用傳統(tǒng)能源，它 們?cè)?21世紀(jì)內(nèi)就會(huì)瀕臨枯竭，產(chǎn)生能源危機(jī)，還會(huì)造成全球的 環(huán)境問(wèn)題。傳統(tǒng)的光伏照明系統(tǒng)存在很多不足，如何應(yīng)用新技術(shù)進(jìn)行革新是本論文所要解決的問(wèn)題。本人授權(quán) 大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 綜上，太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是：能量隨處可得，可循環(huán)使用；無(wú)污染，無(wú)噪音，屬于清潔能源；建設(shè)周期短，維護(hù)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。芬蘭人每年也購(gòu)買(mǎi)幾千套小型 (40～ 100W)光伏裝置 ， 用于消夏小屋 。反激式拓?fù)涞男室话銢](méi)有升壓或者降壓電路高，如果要提升系統(tǒng)的效率，可以通過(guò)優(yōu)化蓄電池電壓與 LED電壓的關(guān)系，采用升壓或降壓電路，以提升效率并可能進(jìn)一步減低成本。 蓄電池作為太陽(yáng)能照明系統(tǒng)的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，白天將太陽(yáng)能電池輸出的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，到夜間再轉(zhuǎn)換回電能輸出到照明負(fù)載。 下面就硅晶體做成的半導(dǎo)體加以說(shuō)明。然后在 PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。 太陽(yáng)能電池組件可組成各種大小不同的太陽(yáng)能電池方陣，亦稱(chēng)太陽(yáng)能電池陣列。蓄電池內(nèi)阻是一個(gè)綜合參數(shù)，是活性物質(zhì)、電介質(zhì)、隔膜、電極接頭等所有蓄電池內(nèi)部電阻之和。一般免維護(hù)的蓄電池不宜于使用此方法。該方法的缺點(diǎn)是串聯(lián)電阻將消耗部分電能。該驅(qū)動(dòng)器的輸出電流可達(dá) 25mA，可直接驅(qū)動(dòng)外部串聯(lián)調(diào)整管，從而調(diào)整充電器的輸出電壓和電流。 17C / S1C / S 2C / S +3C / L4+ V i n5G N D6PI7O C T8S I N K16S O U R S E15C O M P E N14VS13CE12TB11S L C10O C L9U C 3 9 0 6輸入電壓監(jiān)控RsRbRaQ1輸入+Rc+電池 24V 圖 3–2 充電器基本電路 VRLA 鉛酸蓄電池的一個(gè)充電周期按時(shí)間可分為三種狀態(tài)，即大電流快速充電狀態(tài)、可控過(guò)充電狀態(tài)和浮充電狀態(tài)。與太陽(yáng)能電池方陣配套的蓄電池通常工作在浮充狀態(tài)下，其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化。 UC3842 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 35 所示。 此方案由光電耦合器送給控制芯片，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)整，并使輸出電壓穩(wěn)定，由于采用了光電隔離器件，使輸出部分與輸入部分線(xiàn)路完全實(shí)現(xiàn)了隔離。 （ 5）運(yùn)行速度方面：與 89S52 不同， ATMEGA16 不對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行 12 分頻，也就意味著 ATMEGA16 可以取得更高的運(yùn)行速度。 D 1 0T L 4 3 1R 1 11 0KR 1 21 0KQ69 01 2V R E FB A T T E R Y 圖 39 基準(zhǔn)電壓電路 電路前端通過(guò)低通濾波通道接入芯片 2 管腳采集電壓 [18]， 3 管腳采集電流。 基于 AVR 單片機(jī)的智能控制器 1. AVR 單片機(jī)的優(yōu)勢(shì) 51 單片機(jī)是 ATMEL 公司推出的經(jīng)典產(chǎn)品，在控制領(lǐng)域被廣泛的使用，是大家廣泛熟悉的機(jī)型， 89S52 就是其代表產(chǎn)品。 第 2 步：確定最小占空比 max? 最大輸入直流電壓經(jīng)直直變 換后的電壓為： VVin 30max ? （ 37） 23 inm a x ??? ininVVK （ 38） 根據(jù)公式 ? ?m a xm a xm a xm in 1 ?? ?? ??? K計(jì)算 min? ： ? ? ? ? m a xm a x m a xm i n ???????? ?? ?? K （ 39） 所以，當(dāng)輸入直流電壓在 Vin30V 范圍內(nèi)，變換器將工作在占空比的范圍是： δ 之間 第 3 步：計(jì)算變壓器初級(jí)電感量 由公式fIVL PinP ??? m axm in ?可得： )( 3m a xm i n mHfIVL PinP ??? ????? ? （ 310） 所以，初級(jí)電感量為 68181。所以方陣發(fā)電量的不足和過(guò)剩值，是確定蓄電池容量的依據(jù)之一。在 蓄電池容量不足， 太陽(yáng)能電池不受光照射時(shí)， Q4 截止而 Q3 導(dǎo)通，交流電經(jīng)常開(kāi)觸點(diǎn)送出 [13]。 指示輸入電源已經(jīng)接通。直流斬波電路的種類(lèi)較多，包括 6種基本的斬波電路：降壓斬波電路 (Buck Chopper)、升壓斬波電路 (Boost Chopper)、升壓降壓斬波電路、 Cuk斬波電路、 Sepic 斬波電路和 Zeta斬波電路，其中前兩種是最基本的電路。電池組充電；同時(shí)，蓄電池端電壓的 變化很難補(bǔ)償，充電過(guò)程中對(duì)低電 壓蓄電池的完全充電也很難完成。傳統(tǒng)的充電方式可分為恒流充電、恒壓充電及其它類(lèi)型 [8][9]。其值等于蓄電池的電動(dòng)勢(shì)。晶體硅太陽(yáng)能電池由一個(gè)晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線(xiàn)，下表面是金屬層。 N型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而 P型半導(dǎo)體中含有較多的電子。 7 太陽(yáng)能電池原理及構(gòu)造 (1)太陽(yáng)能電池光伏效應(yīng) 太陽(yáng)能不像 煤和石油一樣用交通工具進(jìn)行運(yùn)輸，而是應(yīng)用光學(xué)原理，通過(guò)光的反射和折射進(jìn) 行直接傳輸，或者將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量進(jìn)行間接傳輸。因此，根據(jù)蓄電池的不同狀態(tài)，充電電路應(yīng)采取不同策略進(jìn)行充電控制。連續(xù)陰雨天以及蓄電池電能不足的情況下，為了防止蓄電池過(guò)放電，控制器會(huì)發(fā)出控制信號(hào)切斷 LED燈的供電回路。它的利用有助于降低 CO2的排放 ， 因而達(dá)到保護(hù)環(huán)境，很多國(guó)家，如丹麥、芬蘭、德國(guó)和瑞士 ， 都認(rèn)為氣候變暖是推動(dòng)太陽(yáng) 能研究開(kāi)發(fā)、發(fā)展和銷(xiāo)售活動(dòng)的主要因素。近年來(lái)太陽(yáng)能的利用得到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，美國(guó)、日本、德國(guó)相繼提出了“陽(yáng)光計(jì)劃”、“節(jié)能計(jì)劃”等大力發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù) [1]。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué) IV ?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。太陽(yáng)能是各種可再生能源中 最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、水能等都來(lái)自太陽(yáng)能，廣義地說(shuō)，太陽(yáng)能包含以上各種可再生能源。 在歐洲大部分地區(qū) ， 環(huán)保的思路推動(dòng)著替代能源技術(shù)的開(kāi)發(fā) ， 太陽(yáng)能被公認(rèn)為是一種極好的替代能源。 LED燈的工作是通過(guò)控制器進(jìn)行的，控制器在保證 LED燈恒流工作的同時(shí)，也會(huì)監(jiān)測(cè) LED燈的狀態(tài)以及控制工作時(shí)間長(zhǎng)短。太陽(yáng)能照明系統(tǒng)工作在充電狀態(tài)時(shí)，一方面希望能保持太陽(yáng)能電池輸出功率最大，一方面又要考慮到蓄電池不同容量時(shí)的充電電流承受能力。白天，當(dāng)陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能電池組件表面時(shí)，太陽(yáng)能電池的光伏效應(yīng)產(chǎn)生電能通過(guò)控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；夜晚，光線(xiàn)逐漸減弱，太陽(yáng)能電池的工作電壓、工作電流不斷下降，當(dāng)工作電壓小于控制器設(shè)定電壓時(shí)，控制器啟動(dòng)負(fù)載，此時(shí)太陽(yáng)能燈點(diǎn)亮，當(dāng)設(shè)定的時(shí)間到達(dá)或環(huán)境光線(xiàn)過(guò)強(qiáng)時(shí)控制器自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載，太陽(yáng)能電池充電開(kāi)始，由此不斷循環(huán)。實(shí)際用于太陽(yáng)能電池的硅是經(jīng)過(guò)特殊處理的，也就是采取了摻雜工藝。 9 單體 組件 方陣 圖 21 太陽(yáng)能電池單體、組件和方陣 常用的太陽(yáng)能電池主要是硅太陽(yáng)能電池。 2．開(kāi)路電壓與工作電壓 蓄電池在開(kāi)路狀態(tài)下的端電壓稱(chēng)為開(kāi)路電壓。充電設(shè)備和充電技術(shù)是做好充電工作的重要技術(shù)基礎(chǔ)。其缺點(diǎn)是：在充電初期，如果蓄電池放電深度過(guò)深，充電電 13流會(huì)很大，不僅危及充電器的安全，蓄電池也可能因過(guò)流而受到損傷；另一方面，如果充電電壓選擇過(guò)低，后期充電電流又過(guò)小，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適宜串聯(lián)數(shù)量多的蓄。 蓄電池的充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 直流斬波電路，即 DC/DC變換器的功能是通過(guò)控制主回路中的電子開(kāi) 14關(guān)的通斷，將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)的直流電。當(dāng)電源接通后，欠壓檢測(cè)電路還能使邏輯電路輸出信號(hào) 。 切換電路：太陽(yáng)能電池接在常閉觸點(diǎn) ，繼電器線(xiàn)圈受三級(jí)管 Q4 控制，當(dāng)太陽(yáng)能電池受光照時(shí)， Q4 導(dǎo)通而 Q3 截止，使得繼電器線(xiàn)圈絕大部分時(shí)間不耗電。方陣的發(fā)電量在不能滿(mǎn)足用電需要的月份，要靠蓄電池的電能給以補(bǔ)足；在超過(guò)用電需要的月份，是靠蓄電池將多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)。 所以，根據(jù)變壓器初級(jí)電流的峰值公式m a xm in2 ????inoutCP V PII 計(jì)算峰值電流為 AV PII in outCP 2022 m a xm i n ??????? ? （ 36） 這個(gè)初級(jí)電感的峰值電流也為我們確定功率開(kāi)關(guān)晶體管的最大集電極電流提供了依據(jù)。 太陽(yáng)能 LED 路燈控制器的主要功能包括兩個(gè)方面：蓄電池充電以及蓄電池給 LED 供電 [17]。 A I N 01A I N 12A I N 23A I N 34A I N 45A I N 56A I N 67A I N 78GND10A I N 89V C C20E O C19I / O C L O C K18D A T A I N P U T17D A T A O U T16CS15R E F +14R E F 13A I N 1 012A I N 911T L C 2 5 4 3 U3 V C CCSD A T A I NC L O C KD A T A O U TO U T _ E N 圖 38 TLC2543 引腳圖 采用 TLC2543 進(jìn)型模數(shù)轉(zhuǎn)換， A/D 轉(zhuǎn)換需要基準(zhǔn)電壓，本文采用TL431 進(jìn)行設(shè)計(jì)， TL431 三端穩(wěn)壓，基準(zhǔn)電壓電路如圖 39 所示。 （ 6）代碼可維護(hù)性方面： 89S52 支持 ISP（在系統(tǒng)可編程）下載程序，而 ATMEGA16 不僅支持 ISP，還支持 BOOTLOADER 方式裝載程 序，可以配合無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)程序的遠(yuǎn)程更新，方便了設(shè)備的維護(hù)。 25 基于 AVR 的太陽(yáng)能 LED