【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 主電路原理 Ｌ Ｄ 太 陽(yáng) 能 電 池 板 蓄 電 池 圖２．３充電電路原理圖 Ｆｉｇ ２．３ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅｒ ９ 第２章太ＲＩ能電池板直流充電系統(tǒng) 圖２．３所示，利用電阻分壓得到太陽(yáng)能電池板輸出電壓檢測(cè)信號(hào)ｕ。和蓄電池 端電壓檢測(cè)信號(hào)Ｕ。，將檢測(cè)信號(hào)送到ＡＶＲ微處理器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，控制開(kāi)關(guān)管Ｇ 對(duì)蓄電池進(jìn)行充電控制及蓄電池充放保護(hù)。 Ｂｏｏｓｔ主電路拓?fù)淙鐖D２．４所示，由太陽(yáng)能電池組件、電感、開(kāi)關(guān)管、二極管、 電容器和負(fù)載構(gòu)成。當(dāng)負(fù)載為蓄電池時(shí)，就構(gòu)成了蓄電池充電電路，將蓄電池直 接接在Ｂｏｏｓｔ電路的輸出端，通過(guò)調(diào)節(jié)蓄電池的端電壓實(shí)現(xiàn)蓄電池的充電控制，使 用單片機(jī)智能控制方法，可以實(shí)現(xiàn)蓄電池的智能化充電控制和充放電能量管理。 圖２．４Ｂｏｏｓｔ電路拓?fù)鋱D Ｆ蟾２．４ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＢｏｏｓｔｃｉｒｃｕｉｔ 工作原理：Ｂｏｏｓｔ電路以電感電流源方式向負(fù)載放電，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓升高的目 的。Ｂｏｏｓｔ電路控制過(guò)程如下：當(dāng)圖２．４中開(kāi)關(guān)管Ｔ在導(dǎo)通時(shí)，Ｂｏｏｓｔ電路等效電路 如圖２．５（ａ），電源只向電感供電，在電感線(xiàn)圈未飽和前，電流ｉ。線(xiàn)性增加，電能以 磁能形式儲(chǔ)存在電感線(xiàn)圈Ｌ中，此時(shí)負(fù)載Ｒ供電靠電容Ｃ放電，Ｒ上流過(guò)電流Ｉ。， Ｒ兩端輸出電壓Ｕ。的極性為上正下負(fù)。由于開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，二極管陽(yáng)極接電源Ｕ。的 負(fù)極，二極管承受反壓不導(dǎo)通，所以電容不能通過(guò)開(kāi)關(guān)管放電。當(dāng)圖２．４中開(kāi)關(guān)管 Ｔ關(guān)斷時(shí)，Ｂｏｏｓｔ電路等效電路圖如圖２．５（ｂ），由于線(xiàn)圈Ｌ中的磁場(chǎng)將改變線(xiàn)圈Ｌ兩 端的電壓極性，這樣線(xiàn)圈Ｌ磁能轉(zhuǎn)化成的電壓Ｕ。與電源Ｕ。串聯(lián)，以高于電源電壓 向電容Ｃ、負(fù)載Ｒ供電，電容器Ｃ流入充電電流，當(dāng)Ｕ。有降低趨勢(shì)時(shí)，電容向負(fù) 載Ｒ放電，維持Ｕ。不變。由于Ｕ，＋ＵＬ向負(fù)載Ｒ供電時(shí)，Ｕ。高于ｕ。，故稱(chēng)它為升 壓變換器，工作中輸入電源供電的電流是連續(xù)的，但流經(jīng)二極管Ｄ，的電流卻是脈 １０ 基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能逆變電源研究 動(dòng)鶼，由手有ｃ熬存在，負(fù)載Ｒ土毫滾ｌ。仍然是連續(xù)戇。 廠(chǎng)一一 ｆ ｃ翻 秭 豳２．５Ｂｏｏｓｔ電路工作過(guò)程 Ｆｉｇ ２．５ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｏｏｓｔ ｃｉｒｃｕｉｔ 羚蘊(yùn)交換器竣邂表達(dá)式為 驢擊ｕ。２丟ｕ。 式中，ｔ為殲關(guān)控制周斕，ｔ時(shí)為每個(gè)羧颥周期內(nèi)＿開(kāi)莢的持續(xù)關(guān)斷辯游，Ｄ為 開(kāi)必管Ｔ導(dǎo)通的婀空比。 Ｂｏｏｓｔ電路霹將太輟斃魄滾輸出毫垂進(jìn)紛拜褰交換，茨效率較高，魄路結(jié)構(gòu)積 控制也較為簡(jiǎn)葷。如將太陽(yáng)髓電泡板直接接到Ｂｏｏｓｔ電路輸入端，可以進(jìn)行太陽(yáng)能 電池的最大功率點(diǎn)跟蹤。 ２。３，２蓄毫洼兗憊控裁策臻熬分磐｝ 在對(duì)蓄電池寬電設(shè)計(jì)時(shí)，即要考慮太陽(yáng)能電池的輸出特性，又要考慮蓄電池 的特性。太陽(yáng)能電池直流充電系統(tǒng)工作在充電狀態(tài)時(shí)，～方面希望能保持太陽(yáng)能 第２章太翻能電＿｝轂薇懿流充電系統(tǒng) 電池輸出功率最大，一方麗又要考慮到蓄電池在不同電量時(shí)的電流接收能力．因 此，究電電路采取蹲種不閼的策略綜合對(duì)譽(yù)電池進(jìn)行充電控制。鬻電濁充電過(guò)程 分兔瓷器抉速寵龜過(guò)程、囊疆浮充除段： （１）當(dāng)蓄電池缺電的時(shí)候采用恒定電壓控制策略，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)鐐脈寬變化使得系 統(tǒng)成為一個(gè)穩(wěn)壓器，即電池扳的輸出工作點(diǎn)總穩(wěn)定在ｕ二附近。在一定條件下近似 于最大功率點(diǎn)跟蹤（ＭＰＰＴ）控制，即在快速寬電階段要盡可能充分利用太陽(yáng)能電 洼鬏激大霹戇懿羧蹬箋爨。這囂侯蓍電遺黲受恕戇力魄較強(qiáng)，攀簽荔蒺蓼。抉邃 充電筲玨達(dá)到蓄電泡麴％～９０％弱額定容羹。 （２）為保護(hù)蓄電池不過(guò)充，在快速充電麓８０％～９０％容量后，轉(zhuǎn)為浮充階段即 恒壓寬電（電壓門(mén)限值為１１ｖ：浮充電壓值設(shè)為１４．４Ｖ），以適應(yīng)充電后期蓄電池可 接受寵電電流的減，ｊ、當(dāng)浮充電壓值與蓄電波螭泡壓扭等時(shí)自動(dòng)俸充。 辯除段式僵蓮充逛耱瞧婦下圈２。６囂示： ＥＡ ⅥＮ 嘲２．６蓄電池兩階段式慨廄充電特性 Ｆｉ９２．６ｄｏｕｂｌｅｐｈａｓｅｓｉｎｖａｒｉａｂｌｅｖｏｌｔａｇｅｃｈａｒｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆ ｓｔｏｒａｇｅｃｅｌｌ 蘩瞧縫充電挖裁凌程潮熱下： 基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能逆變電源研究 圖２．７蓄電池充電控制流程 Ｆｉｇ ２．７ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃｈｆｌｔ ｏｆｓｔｏｒａｇｅ ｃｅｌｌ ｃｈａｒｇｅ 實(shí)際試驗(yàn)中Ｂｏｏｓｔ電路圖２．８如下所示：電路主體由太陽(yáng)能電池板，功率 ＭＯＳＦＥＴ管Ｇ０，二極管Ｄ１，Ｌｌ，Ｃｌ，Ｒ和蓄電池構(gòu)成，即是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的升壓斬波 器。電路中的ｃ２，Ｒ５為二極管Ｄｌ的吸收回路：Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４與Ｃ３，ｃ４，ｋ構(gòu)成功 率ＭＯＳＦＥＴ管的關(guān)斷吸收回路；＆，Ｄ。，ｋ構(gòu)成功率ＭＯＳＦＥＴ的開(kāi)通吸收回路； Ｒ７為限流電阻，為補(bǔ)救恒壓充電的缺點(diǎn)；Ｖｔ表示單片機(jī)輸出的ＰＷＭ脈沖電壓， 控制功率ＭＯＳＦＥＴ管開(kāi)通和關(guān)斷對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。 第２章太167。ｌ能電濁叛直流兗魄系綾 鼙 童 掣 簟 吁 托 嘲２．８實(shí)際充電電路圖 Ｆｉ９２．８ ｔｈｅａｃｔｕａｌ ｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｃｈａｒｇｅｒ １４ 基于葷片梳控制的太陽(yáng)銹邋變電源研究 第３章逆變系統(tǒng) ３．１太陽(yáng)能逆變電源的設(shè)計(jì)要求 逆變電源憝獨(dú)立太陽(yáng)能光茯發(fā)電系統(tǒng)中重要的器件之一，太陽(yáng)縫逆交系統(tǒng)對(duì) 逆變電源要求較高，主要有以下幾點(diǎn)： （１）要求具寅較癱的效率。出于太陽(yáng)熊電池援豹價(jià)格偏離，為了最大限度地利 用太陽(yáng)纜電池投，攝離系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變電源的效率。 （２）要求其有較高的可熬徑。瞬前獨(dú)藏太陽(yáng)能光伏發(fā)電悉統(tǒng)主要應(yīng)用予邊遠(yuǎn)媲 囂，難娃維護(hù)，這就要求邋變電激具有會(huì)遵熬瞧路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)掇的元器俘選擇，勢(shì) 要求逆變電源具備鑫種保護(hù)播施，如蓄電池充放電保護(hù)，系統(tǒng)短路保護(hù)、過(guò)流僳 護(hù)、過(guò)載保護(hù)等。 移）要求慰囊瀛猿入電悉壽較寬豹適斑范溺，由予太靼熬電池扳壤癌端電壓隧 負(fù)簸＿和目照強(qiáng)度瓤變化，蓄電池綴然對(duì)太陽(yáng)能電池板的輸爨電壓具肖籀使作用， 德由于管電池的端電壓隨鬻電池剩余容鬣和內(nèi)阻的變化而波動(dòng)，特別是渴蓄電池 纛純對(duì)莢潰電援豹交純蔻溪綴丈，鍘熱１２Ｖ熬蓉邀瀵，其漩毫壓哥褒１０＋５Ｖ一１５Ｖ 之聞變化，這裁要求逆變電源必須在較大約直流輸入魄聰范疆內(nèi)保誕能歪常工作， 并保證交流輸出電聰?shù)姆€(wěn)定。 ３．２邀變主鬯路架構(gòu)及鞠雒 遞交圭電路舞矜結(jié)擒奎黌鴦壘橋、率褥、攫挽等絡(luò)鐫。半耩績(jī)梅圭豢蘧予酶 聰電路；推挽淺電路需要大容量的功率ＭＯＳＦＥＴ管，而大容量的功率ＭＯＳＦＥＴ 管價(jià)格比較暴燮，并且需要設(shè)計(jì)瀨感渣放遴路。綜合考慮，奉文所設(shè)計(jì)翡太陽(yáng)熊 邋變彀源采麗眾轎綏梅。 ｉ駐過(guò)圖３．１我們可知，逆變電源主要婦全橋逆變電路、黼頻升愿變壓器、周波 交換嗽路及輸離ＬＣ濾波器謄每成。功率ＭＯＳＦＥＴ管Ｇｉ、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４構(gòu)成全橋逆交， 掰子狡鏹每個(gè)殲關(guān)弼頹傳遞到變壓器翮邊的壹流毿量。疰ｌ予逆交奄鼴翡稀式結(jié)擒， 鎪逆變器中的漏感能量具有了泄放通道，降低了功率ＭＯＳＦＥＴ管的電壓威力；嶄 第３章遂交襲絞 頻升膳畿聰器具有電氣隔離、調(diào)整電壓變比和儲(chǔ)黼的作用，把電聰提黼到系統(tǒng)需 要熊嘏雉等級(jí)；毫慧ｈ、彀容Ｑ穩(wěn)成輸窶ＩＸ：濾波器，其俸愛(ài)是濾豫逆燮輸爨ＳＰＷＭ 渡孛戇離凌港滾分量，麓徐邀憊基波形蓬弦緣；濾滾毫鑾毫援羧灝鑲號(hào)魏、濾渡 遣惑彀滋梭溺痿號(hào)ｌ送翔ＡＶＲ徽處理器迸簿模數(shù)轉(zhuǎn)羧勢(shì)霹遞交系纜避錘翔繇控弱。 辯 爨３。１遞交主邀黲輻棼黼 獠３，１ ｔｈｅ ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅ ｌｎｖｅａｅｒ ３．３邀巍控制方式瑚?齜刪 嬲予逆變電路要求輸淺啦愿先正弦波電聰。瓣輸是瞧蓮鮑諧波含爨要求盡《 麓奪，幫鼙瓣舔窶逮囂遂褥羧懿，疆霉羹浚澎繞囊辯歪弦滾毒悉。蕤藩遴交憊爨 控潮窮法露采霜ＳＰＷＭ按粼撬零，ＳＰＷＭ（Ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ＰＷＭ）法怒～耱魄較裁熬 的、目前使用較廣泛的ＰＷＭ法．采樣控制壤論巾的肖一個(gè)重蒙絡(luò)論｛ｉ中鬣相等而 形狀不劂的窄脈沖加在其肖慣燃的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效聚基本相同。ＳＰＷＭ法就是以 該縫論為瀵埝墓疆，翅躲猙賽壤按囊弦壤簿變熱麓秘正弦渡等效的ＰＷＭ渡影幫 ＳＰＷＭ渡形菠裁遂變憊鼴率殲笑器舞弱逶凝，健葜羧篷懿蒎羚毫派魏囂羧與輯豢 鏊輸懣鷯菠弦波在糖瘦囂鶼內(nèi)鶼覆積籀等，遴避敬變清裁波豹皴攀粒幅俊嬲可調(diào) 節(jié)逆炎電路輸出電壓的頻率荊幅值。 ＳＰＷＭ波形的生成磷以掰攘攘邀子電鼯、數(shù)字瞧子電路或?qū)ｌ叩拇笙＜? 毫鼴蕊黲等疆｛擎實(shí)凌，毽掰塔趲徽墅謗霧撬逶澄敬耱釜或ＳＰＷＭ滾蓐。京鼗毫子 蘞零遨瀵黢矮麓今天，兔激瓤海纂蘧熬數(shù)字控測(cè)方法爨菱藪入嬲耩袋縭，鬟遺了 多種ＳＰＷＭ波形的軟件生成方法，例如自然※樣法（Ｎａｔｕｒａｌ ｓａｍｐｔｉｎｇ）、規(guī)則采樣 基≯攀片撬控翻弱太陽(yáng)糍道變電源研究 法（Ｒｅｇｕｌａｒ ｓａｍｐｌｉｎｇ）、指定諧波消除法（Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）等。 本義采用蛇ＳＰＷＭ控俸４技術(shù)為單極性三角波對(duì)稱(chēng)規(guī)則同步采櫸法，這是對(duì)規(guī) 翔采襻法豹算法改遴，冀采群效采接近自然采攆法，又不盛藏費(fèi)過(guò)多諍算囂溺。 這種改讖型對(duì)稱(chēng)規(guī)則算法的精度，明顯高于傳統(tǒng)對(duì)稱(chēng)規(guī)則算法的精度，同時(shí)由于 采用了同步取樣，每半個(gè)周期中各脈寬的一致性得到保證，脈寬中心線(xiàn)為等間隔， 極易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)，并且脈寬系數(shù)可以控制。適渴調(diào)整各脈寬系數(shù)義研控制ＳＰＷＭ 波形孛豹諧波魏揠蓬分霉。≮瑟會(huì)綏其蒙理： 強(qiáng)３．２所示的單極性三角渡對(duì)稱(chēng)規(guī)則同步采樣法，采用單極棟三角波并以三角 波中心線(xiàn)與正弦波交點(diǎn)Ｃ作一水平線(xiàn)，從而得到與三角波的交點(diǎn)Ａ、Ｂ，并以此決 定脈寬。這時(shí)，由于Ａ、Ｂ兩點(diǎn)座落在正弦調(diào)制波的兩側(cè)，因此減少了脈寬生成誤 差，掰褥斡ＳＰＷＭ波形也裁躉準(zhǔn)確７。 ＼，捌 。，√ 正臻奠 ≮／ ｔ２ ｊ 弋７ ｝ ∥ 目 ｌ 一船鏈 《 ■亍 圖３．２單極性三角波對(duì)稱(chēng)規(guī)則同步采樣法 Ｆｉｇ．３．２ Ｒｅｇｕｌａｒ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇＩｃ ｐｏｌｅ城黼ｇｋ ｗａｖｅ 全攜遞交控裁方式圭癸分兔雙援毪控裁方式秘單叛縫控翻方式。雙輟瞧控麓 是對(duì)角的一對(duì)開(kāi)關(guān)為同步殲關(guān)，橋臂上下管之閱除死區(qū)時(shí)間外為甄補(bǔ)開(kāi)關(guān)，控制 相對(duì)簡(jiǎn)齲，但是這種控制方式的開(kāi)關(guān)損耗高，存在很大的開(kāi)關(guān)諧波，電磁干擾大， 在殲哭頻率相同時(shí)，雙極性控制的ＳＰＷＭ產(chǎn)生的正弦波中的諧波盤(pán)嫩比單極性控 制ＳＰＷＭ產(chǎn)生豹正弦渡孛的｛驀波含量大。露攀投瞧控翎裁霹竣綴鮭縫鱔決這些蠡霉 題。犖極性控制餃弱一對(duì)麓頻殲關(guān)，褶對(duì)于雙極性控制其有殲關(guān)損耗低，電磁干 擾小、冤丁Ｆ關(guān)頻率級(jí)諧波鐐優(yōu)點(diǎn)。因此本文采用的全橋逆變控制方式為單極性 第３章逆變系統(tǒng) ＳＰｗＭ控制。 缸衄 鶩３．３攀綴性ＳＰＷＭ調(diào)制方法愛(ài)ＳＰＷＭ渡形 Ｆｉｇ．３．３ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆｓｉｎｇｌｅ ｐｏｌｅ ＳＰＷＭ ｍｏｄｕｌａｔｉｎｇ ａｎｄ ＳＰＷＭ ＷａＶＣ 采囂琢理及詩(shī)算公式：為絳涯主電路彈關(guān)器｛孛豹安余工揮，必綏使掰調(diào)割的 脈沖波有個(gè)最小脈寬與最小聞隙的限制，馘保證脈沖寬度大于開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí) 間ｔ。與關(guān)斷時(shí)湖ｔ。Ｉ｜。這就要求參考信號(hào)的幅值不能超過(guò)三角載波峰慎的某一百分 數(shù)（稼為藜要孬努數(shù)）．一般定義調(diào)裁凄（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）為 Ｍ。墜 Ｕ蜘 （３．１） 式孛Ｕ。釋?zhuān)?。分嗣秀燕弦灞翻渡參考信?hào)與三熱載波鶼峰售?褒理憨饋囂下 Ｍ可在Ｏ～１之間變化，以調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值，實(shí)際上Ｍ總是小予ｌ的。 出援則采樣ｌｌ法定義和圖３．３所示計(jì)算： 第ｉ個(gè)矩形歉沖的寬度６．為 ６。一Ｍ ｓｉｎｏｊ?Ｌ （３．２） 式孛ｔ蔻三麓載波豹蹋麓。 假設(shè)把半個(gè)謳弦波Ｎ等分，在半個(gè)周波內(nèi)有Ｎ個(gè)脈沖，各脈沖不等寬，但中 心瓣蓬是一樣熬，都為吾ｒ耐，等子三熱載波的蠲期? １８ 基予攀片輥控制的太陽(yáng)轆瀵燮電源研究 令第ｉ個(gè)矩形脈沖的寬度為６ｉ ｊ其中心點(diǎn)相位角為０；，由圖上可以看出，０；角 可以霹像； 瓴：三卜三三：一２ｉ－１Ⅱ Ｎ ２ Ｎ （３．３） Ｎ 因輸出電壓波形ｕ（ｔ）謳、負(fù)半波及其左、右均對(duì)稱(chēng)，是一個(gè)奇次周期函數(shù)，按 傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)可表示為 啪。薈ｕ“ｓ幽ｔｔ，ｋ＝１’３、扣… 其中 ｕｈ ２知ｓ訪(fǎng)硒ｔ ｔｄ（∞ｌｔ） 要裁Ｎ令矩影辣？串獲代襲瓣Ｈ◇霞入上式，妊須求褥霉令辣洚瓣麓始與終壹穗 位角。假設(shè)所需全橋逆變電路輸出的正弦波電聰幅值為Ｕ。，受Ｈ根弼矩形脈沖的面 積與該區(qū)段正弦曲線(xiàn)下面積相等的原則，可ｊ璉似寫(xiě)為 ６＾２素ｕ。豳ｅｔ 蔽第ｉ個(gè)矩形脈猙的寬發(fā)６。為 （３?４） ６ｉ２可１ 繁ｉ個(gè)矩形辣｛串懿越戇穩(wěn)使舞爻 ｉｘ Ｏｍ ｓｉｎｏｉ ｏ；一ｋ２。＝百２ｉ－１ｎ一爭(zhēng) 其終止相位角為 ９，＋三ｓ；＝ＺＮｉ－＿墜ｌ囂＋三ｓ； 將起始和終止