【文章內(nèi)容簡介】 州和南昌7個產(chǎn)業(yè)化基地。長江三角洲、珠江三角洲、北方地區(qū)以及閩三角成為了我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集地。 當(dāng)今，我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)保持著良好的發(fā)展方向，外延片生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極為迅速、芯片封裝產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)保持較快增長、產(chǎn)品應(yīng)用取得很大改善。二零零七年我國LED應(yīng)用產(chǎn)品銷售額已超過三百億元，已成為世界景觀照明、太陽能LED應(yīng)用產(chǎn)品最大的制造和出口國，正在逐步形成以半導(dǎo)體為核心的照明產(chǎn)業(yè)。我國在照明領(lǐng)域已經(jīng)具有一定風(fēng)格，以戶外照明的發(fā)展較為明顯，雖然已有近100家LED路燈照明制造企業(yè)建設(shè)了一些示范性道路，但室內(nèi)照明產(chǎn)業(yè)仍然處于落后局面。2008年北京奧運會對LED照明的集中展示，讓人們對LED有了全新的認識，有力推動了中國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2010年上海世博會的籌辦，半導(dǎo)體LED照明作為一種新型“綠色”照明光源，受到了市政府相關(guān)部門及上海世博會事務(wù)協(xié)調(diào)局領(lǐng)導(dǎo)的高度重視，LED照明在世博會上得到了廣泛應(yīng)用。LED照明所起到作用推動了自身產(chǎn)業(yè)的快速成長，尤為重要的是起了很好的帶頭作用[[] 馮垛生.《太陽能發(fā)電原理與應(yīng)用》.北京：人民郵電出版社，. ]。從整體看，現(xiàn)在我國的LED照明還是處在起步時期，多數(shù)照明工程仍然被飛利浦、GE等國外實力較強的照明企業(yè)起主導(dǎo)地位。擺在國內(nèi)企業(yè)面前的迫在眉睫的是擴大規(guī)模、提高生產(chǎn)技術(shù)水平進而提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高授權(quán)要價和研發(fā)核心專利的能力。只有這樣，中國LED照明才能會以較快的步伐向前邁進。被稱為第四代照明光源的LED，憑借節(jié)能、無污染、使用時間長、體積小等優(yōu)勢，在各種指示、顯示、裝飾、一般照明和夜景照明等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。最近幾年，國際上部分發(fā)達國家在LED的研究和生產(chǎn)方面進行了激烈的科技競賽。美國從兩千年起花費五億美元啟動了“國家半導(dǎo)體照明計劃”，歐盟也在二零零七年七月宣布實施了“彩虹計劃”。中國科技部在二零零三年六月份第一次提出發(fā)展半導(dǎo)體照明計劃。多年來，LED照明憑借其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點，倍受國家以及各級政府的關(guān)注，各地相繼實施相關(guān)法規(guī)和采取措施促進LED照明燈具市場的擴展；廣大消費者也對這類新興LED照明燈具產(chǎn)生了濃厚的興趣。然而，由于在改善技術(shù)和推廣上的投入成本始終較高，使得讓眾多消費者渴求已久的LED照明產(chǎn)品一直無法問世！[[] 郭曼.《愛護地球從綠色光源開始—記國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟》[J].北京：2011年7期。]隨著我國一些制造商技術(shù)的發(fā)展以及不斷的降低生產(chǎn)成本，LED照明局面勢必改變。廉價優(yōu)質(zhì)的LED照明商品，行將為我國的照明產(chǎn)業(yè)帶來質(zhì)的飛躍，廣大使用者必將在使用時感受到它的內(nèi)在優(yōu)越性！第2章 MPPT控制部分與DC/DC變換光伏陣列輸出是非線性的，而且它的輸出在不同的光照強度下、環(huán)境溫度下和負載情況變化時變化。根據(jù)太陽電池的工作原理，處于不同光照強度，溫度等環(huán)境條件下，光伏電池的輸出便隨著改變，輸出功率包括最大功率點也隨著相應(yīng)改變。在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，太陽光的輻射強度和大氣的透光率都是動態(tài)變化的，這就給建設(shè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)帶來了困難。在環(huán)境溫度以及太陽光輻射強度不變的情況下，光伏電池的工作電壓是變化的，然而只有輸出電壓是一個恰當(dāng)?shù)闹禃r，光伏電池才可以輸出最大功率，這時太陽能光伏電池的工作點即是最大功率點(Maximum Power Point)。最大功率點跟蹤(MPPT)即指實時調(diào)節(jié)光伏電池的輸出功率，讓它一直在最大功率點附近工作的過程?？紤]到光伏電池的特殊性，如何準(zhǔn)確地設(shè)置它的工作電壓、電流來找到最大功率點是非常重要的。目前，通常采用DC/DC變換實現(xiàn)，DC/DC變換的形式主要有升壓式（Boost）、降壓式（BUCK）、升降壓式(BUCKBoost)、庫克式（CUK）四種。最大功率點跟蹤的算法是光伏發(fā)電系統(tǒng)的另一個關(guān)鍵問題，在當(dāng)前提出的眾多的控制方法里，主要包括擾動觀察法、恒壓跟蹤法、電導(dǎo)增量法、模糊邏輯控制法等[[] 任柱.《基才AVR單片機的光伏系統(tǒng)充電器的設(shè)計》[J]. 北京：人民郵電出版社，2008. ]。光伏電池的等效簡化的線性電路如圖21所示，R0上的功率可表示為： 圖21 光伏電池簡化電路圖由于U、均是常數(shù),因此對上式兩邊求導(dǎo)，便可以得到：只有當(dāng)式（22）中的=時，才會取得最大值。因此，針對光伏電池等效簡化的線性電路，當(dāng)負載電阻和電源內(nèi)阻相等時，負載便可以獲得最大功率。盡管DC/DC變換電路以及光伏電池都是非線性的，然而在短時間里，可以把它們看作是線性的。由光伏電池的簡化電路可知：當(dāng)=時，和兩端的電壓均是電壓U的一半，此時取得最大值。由上所述可知，采取調(diào)節(jié)DC/DC變換電路的等效電阻，便可以一直使光伏電池的內(nèi)阻和轉(zhuǎn)化電路的等效電阻保持一致，從而實現(xiàn)光伏電池的最大功率點跟蹤，也就是光伏電池的MPPT。與此類推，實際應(yīng)用時可以采取調(diào)節(jié)負載兩端的電阻值，來使負載獲得最大功率。圖22 最大功率跟蹤示意圖光伏電池最大功率點跟蹤的示意圖如上圖22所示。圖中直線表示負載電阻；虛曲線表示等功率線；表示光伏電池的短路電流；表示光伏電池的斷路電壓；表示光伏電池的最大功率點。由圖可知，光伏電池最大功率跟蹤原理為：光伏電池工作于M點時，光伏電池的輸出功率要比在最大功率點處小很多。采取改變輸出電壓的方法，把負載電壓調(diào)節(jié)到U01處，讓負載的功率從M點向N點移動。因為N點與光伏電池的最大功率點處于同一點上，所以此時光伏電池獲得最大功率。最大功率點跟蹤的關(guān)鍵問題是研究跟蹤的算法，目前應(yīng)用較廣泛的幾種為：恒①壓跟蹤法、②擾動觀察法、③電導(dǎo)增量法等。處于不同光照強度下的光伏電池功率電壓特性曲線如圖23。由圖可知，同一溫度條件下，不同的光照強度，光伏電池的最大功率點差不多分布在某一固定垂線的兩側(cè)附近。于是我們可以認為，恒壓跟蹤法就是把某個特定輸出電壓的垂直線近似看成最大功率線，讓光伏電池輸出一個特定的電壓，便可以找到最大功率點。顯然，此方法是一種近似的最大功率點跟蹤算法。圖23 不同光照強度下光伏電池功率電壓特性曲線此方法具有容易實現(xiàn)、控制方便、可靠性以及穩(wěn)定性高的優(yōu)點；但是該方法沒有考慮溫度對太陽能電池斷路電壓的影響，因此控制精度差。譬如每當(dāng)安裝地點的溫度增加1℃，不為負載供電時，%%?，F(xiàn)在已研究出部分改善的恒壓跟蹤算法，可以通過改變電位器的值輸出不同電壓值，通過溫度查表改變電壓等等。伴著數(shù)字信號處理技術(shù)在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，恒壓跟蹤法將會逐步被取代。擾動觀察法原理圖如圖24，首先獲取當(dāng)前陣列輸出功率P1，當(dāng)在原輸出電壓的基礎(chǔ)上增加或減少很小電壓分量△u時，輸出功率可能發(fā)生改變，測量電壓改變后的輸出功率P2，然后計算出P2－P1，得出功率差△P。當(dāng)△P0時，光伏電池位于上升側(cè)，即最大功率點左側(cè)，需再升高電壓值，使功率自左向最大功率點持續(xù)逼近，維持原方向繼續(xù)擾動；當(dāng)△P0時，光伏電池位于下降段，即最大功率點尺的右側(cè)，即改變擾動方向，降低工作電壓值，自右向最大功率點靠近；若△P=0，電池位于最大工作點（或附近），此時不需要改變輸出電壓[[] 馮垛生、張淼、趙慧、林珊. 《太陽能發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用》.北京：人民郵電出版社，.]。這種方法的優(yōu)勢在于原理簡單，容易實現(xiàn)；不足之處是當(dāng)光照強度改變很快時，容易造成誤判，導(dǎo)致工作點更加遠離最大功率點，控制無效。圖24 擾動觀察法原理圖電導(dǎo)增量法又被稱為導(dǎo)納增量法，是通過最大功率點的電壓來調(diào)節(jié)光伏電池輸出電壓的方法。根據(jù)光伏電池的功率電壓特性曲線可知在最大功率點處存在：又通過公式得：從而可得：一旦上式存在，光伏電池的輸出就會處于最大功率點。因此，根據(jù)確定電壓與電流的關(guān)系，便可確定當(dāng)前狀態(tài)能否達到最大功率點，即：(1)若，位于最大功率點處，不要改變參考電壓；(2)若，位于最大功率點的左側(cè)，須要升高參考電壓；(3)若，位于最大功率點的右側(cè)，須要降低參考電壓。 DC/DC變換器DC/DC變換器，又稱直流斬波器，它的工作方式是根據(jù)改變占空比來控制輸出DC電壓的均值。該電壓的均值由可調(diào)寬度的脈沖構(gòu)成，脈沖的平均值就是DC輸出電壓。在配置合適的LC濾波器把方波脈沖轉(zhuǎn)換成無紋波DC輸出，裝置中的二極管為續(xù)流二極管。根據(jù)功率開關(guān)器件的電流（電壓）的波形的形式，可以把DC/DC變換劃分為正弦型、方波型。正弦型是因為在穩(wěn)態(tài)運行中，這種開關(guān)變換器功率開關(guān)器件中的電流（電壓）波形本質(zhì)上是正弦波。方波型是因為在穩(wěn)態(tài)運行中，這種變換器中的開關(guān)器件的電流（電壓）波形本質(zhì)上是方波；DCDC變換器的按其結(jié)構(gòu)分類為：圖26降壓式電路。當(dāng)IGBT開關(guān)元件V導(dǎo)通時，二極管VD工作于截止?fàn)顟B(tài)，電源E為負載供電，與此同時電感L不斷的儲存能量，這時u0=E，電感電流i0按照指數(shù)曲線升高；當(dāng)V截止時，流過電感的電流i0經(jīng)VD續(xù)流，u0約等于0，i0按指數(shù)曲線降低，為使i0連續(xù)且脈動變小，習(xí)慣方法是增大L值。當(dāng)電流連續(xù)時，負載兩端的電壓的均值可表示成： ()α表示導(dǎo)通占空比，簡稱導(dǎo)通比或者占空比u0最大為E，α變小，u0跟著變小，叫做降壓斬波電路，又稱Buck Converter。其在PWM中是最基本、使用最方便的一種變換結(jié)構(gòu)。它的優(yōu)勢為電路結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)性能好。不足之處在于：①輸入電流的脈動將造成對輸入電源的電磁干擾，因此在實際應(yīng)用時常在電源與變換器之間配置一個輸入濾波電容；②穩(wěn)態(tài)電壓比一直比1小，因此只能降低電壓；③開關(guān)器件發(fā)射極沒有接地，增加了驅(qū)動電路復(fù)雜程度。，當(dāng)IGBT開關(guān)元件V接通時，電源E作為能量源向電感L儲存能量，電感L電流i1增加，二極管VD關(guān)斷，電容C為負載R供電，這時u0=E。當(dāng)V關(guān)斷時，電感電流i1減小，放出能量，因為電感電流不可以突變，便會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢左邊是負極右邊為正極，二極管被迫導(dǎo)通，并和電源一起通過二極管為負載供電，與此同時對電容C充電，這時存在u1=E－u0，根據(jù)能量守恒得： 整理得： () (25)因為，輸出電壓大于電源電壓，因此該變換器又被稱作升壓斬波電路，其又被叫做Boost變換器。由于，因此改變它便能改變u0與導(dǎo)通占空比的關(guān)系：于是，式(25)可整理為：圖27 升壓式電路V關(guān)斷VD導(dǎo)通V導(dǎo)通VD關(guān)斷ttiVT圖28 電路連續(xù)導(dǎo)電模式下的穩(wěn)態(tài)波形升壓變換器在蓄電池電壓高并且光伏電池的輸出電壓低的場合應(yīng)用較廣。它的優(yōu)勢在于：①輸入的電流是連續(xù)的，對電源只有較小電磁干擾；②開關(guān)器件IGBT的發(fā)射極接地，簡化了驅(qū)動電路。其不足之處在于：①輸出端的二極管的電流不是