太陽(yáng)能最大功率跟蹤控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-25 13:01 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。根據(jù)式21，因此在最大功率點(diǎn)處有：=I + U * = 0 (式22)即 = （式23）式23就是達(dá)到最大功率點(diǎn)的條件，如果 （式24）則光伏電池的工作點(diǎn)在最大功率的右邊，此時(shí)應(yīng)減小輸出電壓；如果 （式25） 則光伏電池的工作點(diǎn)在最大功率的左邊，此時(shí)應(yīng)增大輸出電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，方程式23很難滿足，工程應(yīng)用中引入一個(gè)誤差因子E，當(dāng) E （式26）滿足式26，就可認(rèn)為式23成立，從而得出最大功率點(diǎn)。 方案比較和選取前面列出了目前的幾種最大功率跟蹤的方法，對(duì)它們進(jìn)行了理論介紹。接下來(lái)對(duì)這幾種方法的各自優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比，最終選擇出本設(shè)計(jì)的最佳方案。方式恒壓法擾動(dòng)觀察法電導(dǎo)增量法工作原理斷開太陽(yáng)能電池板負(fù)載，測(cè)量開路電壓，將輸出電壓設(shè)置在78%開路電壓處擾動(dòng)太陽(yáng)能電池板的工作電壓，并監(jiān)測(cè)功率的變化擾動(dòng)太陽(yáng)能電池板的工作電壓，并監(jiān)控工作點(diǎn)處電導(dǎo)與電導(dǎo)變化率的關(guān)系優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，復(fù)雜度低硬件成本低，算法實(shí)現(xiàn)容易誤判率低，跟蹤精度高缺點(diǎn)功率浪費(fèi)嚴(yán)重，跟蹤精度低，不能適應(yīng)環(huán)境的變化不能判定何時(shí)達(dá)到最大功率點(diǎn)，因此會(huì)存在震蕩硬件要求高，算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 幾種方案系統(tǒng)比較結(jié)合實(shí)際情況需要以及各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選取擾動(dòng)觀察法來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)跟蹤。這種方法硬件成本低、算法實(shí)現(xiàn)容易。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖通過之前的方案討論與分析，最終選取了擾動(dòng)觀察法來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。根據(jù)此方案的原理，本系統(tǒng)既需要硬件電路對(duì)太陽(yáng)能電池板的信號(hào)進(jìn)行處理，也需要程序來(lái)進(jìn)行擾動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)算法。 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)是通過監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池板的實(shí)時(shí)輸出功率。由式21，要想得到功率，就需要知道電壓與電流。所以硬件的設(shè)計(jì)包括控制核心、DCDC、電壓采樣、電流檢測(cè)等幾個(gè)大的模塊。 轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路是用于太陽(yáng)能電池板和負(fù)載之間，通過控制電壓，將不控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏斎?。電路中開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間比例的改變，對(duì)太陽(yáng)能電池板而言表現(xiàn)為輸出阻抗的改變，從而影響其輸出特性。 轉(zhuǎn)換部分硬件原理圖太陽(yáng)能電池板的參數(shù)在前面已經(jīng)給出，硬件電路圖各元器件參數(shù)的選擇就是根據(jù)太陽(yáng)能電池板的參數(shù)來(lái)決定的。，太陽(yáng)能電池板輸出的是直流電壓，電容CC2用來(lái)防止輸出的電壓干擾，降低輸出紋波，由于輸出的電壓最大能達(dá)到25V，因此，電容的耐壓值選擇50V，留有一定余量。電感L1用于濾除電壓信號(hào)的交流分量，降低來(lái)自PWM控制信號(hào)的干擾、提高A/D采樣結(jié)果的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定輸出。此處的電流檢測(cè)采用的是電流檢測(cè)模塊ACS712ELC20A，模塊以+5V供電，可以測(cè)量正負(fù)20安電流，對(duì)應(yīng)模擬量輸出100mV/A，其輸出的信號(hào)為電壓信號(hào)，通過A/D采樣將其轉(zhuǎn)換為電流；沒有檢測(cè)電流通過時(shí)，輸出的的電壓是VCC/2。由于太陽(yáng)能電池板的輸出電壓最大能夠達(dá)到22V，所以用兩電阻R1=270kΩ、R2=30kΩ進(jìn)行分壓，測(cè)R2兩端的電壓，由于10倍關(guān)系，從而可以得到太陽(yáng)能電池板的輸出電壓。選取電阻阻值大主要是考慮到不影響負(fù)載的功率。電流檢測(cè)與電壓采樣的處理都由軟件實(shí)現(xiàn)。Q1為IRFZ48N，N型場(chǎng)效應(yīng)MOSFET，導(dǎo)通電阻RDS（on）=；柵級(jí)和源級(jí)最大承受電壓為VDSS=55V；柵極最大承受電流ID=64A，導(dǎo)通電阻小，可以減少在導(dǎo)通時(shí)的功率損耗，其它參數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求。在此接在電壓的低側(cè)作為開關(guān)用，使用PWM控制通斷從而控制輸出電壓值。此處電阻R3=10kΩ用于泄流，防止控制信號(hào)的電流過大而損壞場(chǎng)效應(yīng)管。由于控制部分電路的供電電壓為+5V，為了方便起見，采用三端集成穩(wěn)壓片LM7805將太陽(yáng)能電池板輸出的電壓轉(zhuǎn)換為+5V，LM7805輸出穩(wěn)定的+5V電壓，[10]。此處采用三端集成穩(wěn)壓LM7805雖然給整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了方便，但是其功耗相對(duì)DCDC變換來(lái)說大了不少，最主要的是熱損耗。所以，此處也成為了系統(tǒng)的一個(gè)缺陷。從整個(gè)轉(zhuǎn)換部分電路的設(shè)計(jì)來(lái)看，其最大的缺陷就是在于LM7805上面的功率損耗嚴(yán)重，但是相對(duì)系統(tǒng)效率的提升來(lái)說還是很小的。簡(jiǎn)潔的電路囊括了濾波、采樣、開關(guān)等幾部分，使得整個(gè)電路的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、目的非常明確。 控制模塊電路設(shè)計(jì)控制部分電路的MCU采用51系列單片機(jī)，外部擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543，同時(shí)接入液晶顯示屏，以便直觀了解整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)輸出信息。產(chǎn)生脈寬調(diào)制波控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通占空比，實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓的可調(diào)節(jié)。 控制部分原理圖STC89C52RC它擁有8K字節(jié)Flash；512字節(jié)RAM；內(nèi)置4K的EEPROM；四個(gè)IO口。由于這款單片機(jī)內(nèi)部沒有A/D，所以只能夠通過外部擴(kuò)展，采用TI（美國(guó)德州儀器）的12位A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543，11個(gè)模擬輸入通道，SPI接口。為了更加直觀地了解系統(tǒng)控制的輸出結(jié)果，控制部分還接入了n5110液晶屏，+，有背光，功耗低。采樣電壓包括輸出電壓與電流，電壓采用電阻分壓，電流使用模塊檢測(cè)，其輸出的也為電壓信號(hào)。其信號(hào)分別從A/D轉(zhuǎn)換器的0和1通道輸入。，~、I/Oclk、Din、Dout、~。電容C1=30pf、C2=30pf與晶振Y1共同組合構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的振蕩電路，兩個(gè)電容用于電路的起振，給MCU提供系統(tǒng)時(shí)鐘，單片機(jī)指令的執(zhí)行都是需要時(shí)鐘信號(hào)的激勵(lì)才能完成，此電路就好比人類的心臟一樣。 軟件設(shè)計(jì)程序編寫使用的是Keil軟件，它是美國(guó)Keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過
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