【正文】 模塊，內(nèi)部時鐘頻率最高可達(dá) 120M，單片機(jī)中集成了 8 路 8 位獨(dú)立 PWM 通道，通過相應(yīng)設(shè)置可變成 4 個 16 為PWM 通道，每個通道都有專門的計(jì)數(shù)器， PWM 輸出極性和對齊方式可選擇， 8 個通道分兩組，共有 4 個時鐘源控制，在本設(shè)計(jì)中，選用了左對齊方式，該方式下，脈沖計(jì)數(shù)器為循環(huán)遞增計(jì)數(shù)。按充電目的不同，又可分為初次充電、正常充電、補(bǔ)充充電和校驗(yàn)性充電等多種。 雖然電導(dǎo) 增量法的理論推導(dǎo)是完滿的，但此法是以改變光伏電池的輸出電壓來達(dá)到最大功率點(diǎn)，若僅憑微分判斷式來調(diào)整電壓，在外在因素持續(xù)變化的情況下，在最大功率點(diǎn)處，由于傳感器精度原因， 0/ ?dVdP 很難準(zhǔn)確判斷，因此就需要不斷地調(diào)整參考電壓，光伏電池的工作點(diǎn)就會始終在最大功率點(diǎn)附近振蕩，會造成一定的功率損失。 開 始采 樣 U k 、 I k0?dUUIdUdI ?? 0?dIUIdUdI ??UUU ??? e x pe x p UUU ??? e x pe x p UUU ??? e x pe x p UU ??? e x pe x p0?dI11????KKKKIIUU結(jié) 束YYYNNNNNYY 圖 電導(dǎo)增量法流程圖 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 其他 MPPT 算法 MPPT 還包含很多其他方法，其中間歇掃描法實(shí)現(xiàn) MPPT 的核心思想是定時地掃描一段 (一般為 ~ 倍的開路電壓 )陣列電壓，同時記錄下不同電壓下對應(yīng)的陣列電流值，經(jīng)過比較不同點(diǎn)的太陽電池陣列的輸出功率就可以方便地得出最大功率點(diǎn)，而不需要一直處于搜尋狀態(tài)。 表 擾動觀測法擾動方向 擾動方向 功率變化 下次擾動方向 正方向 增大 正方向 正方向 減小 反方向 反方向 增大 反方向 反方向 減小 正方向 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 開 始初值設(shè)定 pvUPVPV IU 和采樣KP計(jì)算1?? KK PP保 持 干 擾 方 向 改 變 干 擾 方 向KK PP ??1NY 圖 擾動觀測法流程圖 在擾動觀測法中，擾動過程將會一直周期進(jìn)行，直到達(dá)到最大功率點(diǎn)，然后光伏電池的工作點(diǎn)將一直在最大功率點(diǎn)附近來回振蕩，并可以通過減小擾動步長來將震蕩減小，但同時也會減慢跟蹤速度。因而，在一定的條件下，恒定電壓跟蹤方法不但可以得到比直接匹配更高的功率輸出，還可以用來簡化和近似最大功率點(diǎn)跟蹤（ MPPT）控制。為了繼續(xù)跟蹤最大功率點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)將系統(tǒng)的負(fù)載特性由負(fù)載 1 變化至負(fù)載 2，以保證系統(tǒng)運(yùn)行在新的最大功率點(diǎn) B。 如圖 和圖 所示，改變?nèi)照諒?qiáng)度而保持其他條件不變，從 1_1I 到 4_1I 光照強(qiáng)度從 2/400 mW 以 200 為步長上升到 2/1000 mW 得到一組不同日照量下的 IV和 PV特性曲線。 M C UP V 輸 入電 壓 電 流 檢 測濾 波 電 路 B U C K 同 步 整 流 輸 出 濾 波死 區(qū) 時間 控 制P W M驅(qū) 動 電 路蓄 電 池保 護(hù) 電 路A / D電 流 檢 測電 壓 檢 測 圖 光伏電池板功率變換器結(jié)構(gòu)框圖 硬件電路主要包括 BUCK 同步整流電路、電源系統(tǒng)、驅(qū)動電路、電壓電流檢測電路和濾波電路，并通過電壓反饋實(shí)現(xiàn)單閉環(huán)控制 ，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。 (4)能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少。 附錄 B 系統(tǒng)實(shí)物照片 ............................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 通過實(shí)驗(yàn)測試，給出了系統(tǒng)實(shí)際使用結(jié)果，并對系統(tǒng)進(jìn)行了功率損耗分析，由結(jié)果可知，系統(tǒng)工作正常，達(dá)到了預(yù)期的性能。而且，在使用太陽能發(fā)電過程中沒有廢 氣、廢水、廢渣排出，不產(chǎn)生噪音，不危害人體。例如光照和溫度變化引起的系統(tǒng)振蕩，局部遮陰時所形成的局部最大功率點(diǎn)和系統(tǒng)真正最大功率點(diǎn)的 判別，再比如系統(tǒng)工作效率的提升，這都表明我們需要通過實(shí)際的硬件和軟件來實(shí)現(xiàn) MPPT 算法，并在此過程中對 MPPT 算法進(jìn)行研究。 圖 光伏板輸出仿真 光伏模塊電器設(shè)定參數(shù)如圖 所示 圖 光伏模塊參數(shù)設(shè)定 太陽電池在某一確定的日照強(qiáng)度和溫度下，太陽電池的輸出電壓和電流之間有如下關(guān)系，如圖 所示。當(dāng)日照強(qiáng)度發(fā)生變化，即光伏陣列的輸出特性由曲線 1 上升為曲線 2。為了彌補(bǔ)阻抗失配帶來的功率損失，可以采用恒定電壓跟蹤方法，在光伏陣列和負(fù)載之間通過一定的阻抗變換，使得系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓器的功能，使陣列的工作點(diǎn)始終穩(wěn)定在 mU 附近。 0 5 1 01 52 0 2 5MPPP AI/MPPU02468 圖 擾動觀察法 通過圖 我們可以看到，當(dāng)處在最大功率點(diǎn)左邊時功率隨著電壓的增大（減?。┒龃螅p?。?，當(dāng)處在最大功率點(diǎn)右邊時候功率隨電壓的增大（減小）而減?。ㄔ龃螅?。若不相等，則要判斷 dUdP/ 或者 dUdI/ 是大于零或小于零。這種方法比干擾觀察法好，因?yàn)樗谙乱粫r刻的變化方向完全取決于在該時刻的電導(dǎo)的變化率和瞬時負(fù)電導(dǎo)值的大小關(guān)系，而與前一時刻的工作點(diǎn)電壓以及功率的大小無關(guān)，因而能夠適應(yīng)日照強(qiáng)度地快速變化，其控制精度較高。 把 公式（ ）的各關(guān)系代入公式（ ），整理得： 0)2()2( 22 ???? bat c o nPVbatbatbatbatc rPrerei ? （ ） 求解得： batPVco nbatbatbatc r Preei 2 42 ????? （ ） 根據(jù)圖 所示 PV 陣列的戴維南等效模型和最大功率傳輸原理，當(dāng) 2/PVin eu ? 時，PV 陣列 輸出功率為最大，即 PVPVPV reP /)2/( 2? （ ） 把公式（ ）代入公式（ ），則在 PV 陣列 MPPT 時的充電電流為 batbatPVc o nPVbatbatbatbatPVPVc o nbatbatbatcrrrereerrereei2)//(2/)2/(42222?????????? （ ） 上述最大功率點(diǎn)充電電流計(jì)算過程是建立在系統(tǒng)參數(shù)為時不變（或靜態(tài)）的基礎(chǔ)上的，但實(shí)際應(yīng)用中 PV 陣列對蓄電池充電過程是一個動態(tài)的 過程，即等效電壓電阻參數(shù)PVe 、 PVr 、 bate 、 batr 、 con? 要隨時間而變化。其 MC34063 引腳圖及原理框圖如圖 所示 123487651 . 2 5 V r e f參 考 電 源+比 較 器C T 振 蕩 器ET 2T 1QSRDBAC開 關(guān) 管 集 電 極開 關(guān) 管 發(fā) 射 極定 時 電 容地驅(qū) 動 管 集 電 極電 流 檢 測V +比 較 器 反 向 輸 入 圖 MC34063 引腳圖及原理框圖 MC34063 芯片特點(diǎn)： （ 1）能在 的輸入電壓下工作 （ 2） 短路電流限制 （ 3） 低靜態(tài)電流 （ 4） 輸出開關(guān)電流可達(dá) （無外接三極管） （ 5） 輸出電壓可調(diào) （ 6） 工作振蕩頻率從 100HZ 到 100KHZ 如圖 為 MC34063 的升壓電路， 4 端接地，芯片內(nèi) 為 參考電壓， 4 端和 5 端由運(yùn)放的虛短虛斷可知， 5 端電壓為 ，由此可以算出輸出電壓 221 )( R RRVout ?? （ ） 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 R4180RR3D11N5819C2221GNDR1R212345678UMC34063C1VinVoutC3GNDL1 圖 MC34063 升壓電路 如圖 為 MC34063 的反向變換電路，此時由于電容 3 使電壓反向，端口 5 的參考電壓為 ，于是得到輸出電壓 221 ) R RRVout ??? （ （ ） 12345678UMC34063L1GNDC1GNDR3D11N5819R1C2221R2C3VoutVin 圖 MC34063 反向變換器 考慮到運(yùn)算放大器芯片需要的供電電流在幾十毫安以內(nèi)，只需要常見的穩(wěn)壓芯片78L15 和 79L15 就可以滿足設(shè)計(jì)要求了，設(shè)計(jì)電路圖如圖，由公式 ()和公式 ()可以求得升壓電路部分輸出電壓為 )( ???outV （ ） 反向變換器的輸出電壓為 )(* ?????outV （ ） 再經(jīng)過芯片 79L15 和 78L15 穩(wěn)壓和 LC 電路濾波，則可以得到穩(wěn)定的 V15? 電壓 ,如圖 所示。 同時使用同步整流還有另外一個更深層次的原因，即同步整流能夠把斷續(xù)模式轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)模式來工作。若串聯(lián)電感 1L 的輸出電流紋波 AdI 2? ，要保證輸出紋波電壓峰峰值 mVVrr 50? ，如果假設(shè)輸出紋波電壓的大部分分量由電阻 0R產(chǎn)生，則可以選擇電容器使得 0R 滿足紋波電壓要求 ???? 0 2 () 由上式可得 FC ?2 00 00 ??? ? () 本章小結(jié) 對于直流功率變換器來說，硬件設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)就是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇、 PWM 和濾波電路的設(shè)計(jì)，在本章中，主要針這三個難點(diǎn)，通過分析確定了主電路的拓?fù)溥x擇和PWM 電路的設(shè)計(jì)， 并對輸出濾波電路的電感電容進(jìn)行了精確的計(jì)算。由最大功率傳輸定理我們可知， 當(dāng)負(fù)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(yàn)中輸出電壓為電源電壓一半，滿足了最大功率傳輸定理。 在本設(shè)計(jì)中，為了提高功率變換器的整體性能，在設(shè)計(jì)過程中，對電導(dǎo)增量法中的一些判定條件都進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母纳?，比如，通過限定 電壓跟蹤精度來保證準(zhǔn)確反饋，通過設(shè)定閥值來改善最大功率點(diǎn)附近的振蕩，這些設(shè)計(jì)都無疑使電導(dǎo)增量法 得到了有力的改善。 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(dǎo)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 。 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(shè)開關(guān)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 onoutdconL /)(/ ??? （ ） 式中 dcV 為開關(guān)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(shè)計(jì)中確定的額定值，則 ondcoutoutdc IV TVVVL )(5 ?? （ ） 設(shè)最大輸出電流為 10A 輸出電壓為 12~，開關(guān)管最大輸出電壓為 22V，開關(guān)頻率為 40KHZ，因此， L 由公式 ()計(jì)算可得 HL ?8240 0001022 12)1222(5 ??? ?? （ ） 而在本設(shè)計(jì)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 ?? 。 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(shè)置死區(qū)時間 t? ，以保證在一只開關(guān)管關(guān)斷后，另一只開關(guān)管才能導(dǎo)通， 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，一般設(shè)定死區(qū)時間為 500ns 至 1us（如圖 ） 。 充電后期（ cd 段），剩下的硫酸鉛已經(jīng)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(chǎn)生氧氣，負(fù)極產(chǎn)生氫氣，有的附著在極板上，有的形成氣泡逸出，當(dāng)氫氣和氧氣附著在極板上時，產(chǎn)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(dāng)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(jié)束了。但是，在較短的工作時間內(nèi)，由上 第二章節(jié) 的分析可知，當(dāng) PV 陣列的工作條件沒有出現(xiàn)大的變化時，認(rèn)為 PV 陣列的輸出電壓保持不變是合理的。電導(dǎo)增量法只需要采樣太陽能電池電壓和電流，最多計(jì)算一次電導(dǎo)增量，它在下一時刻的變化方向