【導(dǎo)讀】伏能源的一個(gè)重要應(yīng)用。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。現(xiàn)蓄電池充電電路，獨(dú)立的BOOST電路分別驅(qū)動(dòng)兩組LED。試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能夠?qū)崱，F(xiàn)按照預(yù)定參數(shù)在三個(gè)階段以不同方式對(duì)蓄電池充電，能夠準(zhǔn)確控制路燈的開(kāi)啟。導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。電子版，允許論文被查閱和借閱?？梢詫⒈緦W(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。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 x? =，由于最低輸入電壓為 ，所以， in ???inV （ 35） 其中 2V 為輸出電壓紋波和整流器壓降。 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)。 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。H（式中 Hzf 31068 ?? 是根據(jù)公 式rT CRf ?? 及圖中給出的數(shù)值計(jì)算出來(lái)的）。 第 4 步：選擇磁芯及確定骨架尺寸 在這里，我們可以參照下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，一般磁芯輸出功率和磁芯截面積的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為： te PA ? 設(shè) Pt=20W 則 Ae=（ cm2） Ae 為變壓器磁芯的有效截面積； Pt 為高頻變壓器的輸入輸出功率的平均值。 選擇 TDK E128 型磁芯、其 Ae=（ cm2），可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 第 5 步：計(jì)算空氣隙 Lg 通過(guò)查 TDK E128 型磁材的飽和系統(tǒng)密度 Bsat=4000104T， 100℃時(shí)，為了使變壓器工作在低磁損狀態(tài)，選工作最大磁通密度 Bmax=1100104T。 由公式2m axBA ILL e PPg ? ?? ?可得： 24 )( 82232m a x2 cmBA ILL e PPg ??? ?????? ?? ??? （ 311） 第 6 步：計(jì)算變壓器初級(jí)線圈匝數(shù) N1 由公式 ? ?m a x41 10BA ILN e PP ? ???可得： ? ? ? ? 285 443m a x41 ??? ????? ??? ??BA ILN e PP （ 312） 第 7 步：利用公式 ? ?? ?m a xm inm a x1 1? ?? ???inDoutn V VVNN 計(jì)算各次級(jí)線圈繞組 （ 1） 計(jì)算自饋繞組 N2 ? ?? ? ? ?? ? )( 8 51m a xm i nm a x12 匝?? ????? ??? ? ?inDoutV VVNN （ 313） （ 2） 計(jì)算 5V 直流輸出繞組 N3 ? ?? ? ? ?? ? )( 8 51m a xm i nm a x13 匝?? ????? ??? ? ?inDoutV VVNN （ 314） （ 3） 計(jì)算 15V 直流輸出繞組 N4 ? ?? ? ? ?? ? )( 8 51m a xm i nm a x14 匝?? ????? ??? ? ?inDoutV VVNN （ 315） 15V 選擇與此相同匝數(shù)。 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路完全實(shí)現(xiàn)了隔離。 25 基于 AVR 的太陽(yáng)能 LED 路燈控制器的設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能 LED 路燈控制器的功能 太陽(yáng)能電池將吸收的光能轉(zhuǎn)換成電能而通過(guò)充放電控制器對(duì)蓄電池充電，同時(shí)供給負(fù)載用電。充放電控制器的功能主要有兩個(gè)：一個(gè)是對(duì)蓄 電池的充放電過(guò)程進(jìn)行保護(hù)，以避免蓄電池有過(guò)充或過(guò)放的情形發(fā)生，而蓄電池的任務(wù)則是儲(chǔ)能，以便在夜間或陰雨天供給負(fù)載用電；另一個(gè)是提供穩(wěn)定的直流電壓源給直流負(fù)載使用。 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。控制器設(shè)計(jì)的性能如何，決定了一個(gè)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)運(yùn)行情況的優(yōu)劣。所以設(shè)計(jì)功能完備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的智能光伏路燈控制器是非常重要的 [16]。 控制器需要實(shí)現(xiàn)的功能有：天黑時(shí)自動(dòng)關(guān)燈；在蓄電池電量不足時(shí)，自動(dòng)斷開(kāi)負(fù)載，防止蓄電池過(guò)放電；并要具有短路保護(hù)，反接保護(hù)等?？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。控制器的合理設(shè)計(jì)，既是完美充電過(guò)程的保證，也是系統(tǒng)壽命的保障，同時(shí)還為系統(tǒng)提供保護(hù)功能。 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]。 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。 本系統(tǒng)采用的 ATMEGA16 是 AVR 的 8 位單片機(jī)家族中的一款，將它的性能與廣為人知的 89S52 作如下對(duì)比： （ 1）架構(gòu)方面： 89S52 是 CISC（復(fù)雜指令集）架構(gòu)， ATMEGA16 是AVR 系列單片機(jī)產(chǎn)品的一款高檔機(jī)， RISC(精簡(jiǎn)指令集 )架構(gòu)能實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的代碼。 26（ 2）存儲(chǔ)器資源方面： 89S52 具有 8KB 的 ROM（程序存儲(chǔ)器）和256B 的 RAM（片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），具備外部總線可以方便的擴(kuò)展外部 ROM和外部 RAM； ATMEGA16 具有 16KB 的 ROM 和 1KB 的 RAM，不具備外部總線使得擴(kuò)展 ROM 和 RAM 受到很大的限制，但是以本系統(tǒng)的規(guī)模，片內(nèi)存儲(chǔ)器資源已經(jīng)足夠，不需要擴(kuò)展。 （ 3）片載功能單元方面： 89S52 不具備片 上 AD 和 PWM（脈沖寬度調(diào)制）單元； ATMEGA16 具備最高 10 位的片上 AD 和靈活的 PWM 單元，另外， ATMEGA16 具備的 SPI 接口方便了大容量存儲(chǔ)器 SD 卡的直接擴(kuò)展，為本系統(tǒng)的本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)提供了方便。 ATMEGA16 使用內(nèi)建 PWM 模塊直接生成 PWM 波，在 8MHz 內(nèi)部 RC 振蕩器下， ATMEGA16 的內(nèi)建 PWM模塊能夠工作在 7 位精度下產(chǎn)生最高約 64KHz 的 PWM 波，精度和速度能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。 （ 4）穩(wěn)定性方面： 89S52 不具備片上 WatchDog（看門(mén)狗），需要外部晶振； ATMEGA16 具備片上 WatchDog（看門(mén)狗），一旦發(fā)生死機(jī)能有效重啟，而且 ATMEGA16 不需要外部晶振就可以工作，不使用外部晶振就杜絕了外部干擾對(duì)單片機(jī)核心系統(tǒng)的影響，這很大程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適合本系統(tǒng)這種控制器與開(kāi)關(guān)電源單元在同一電路板上共存的應(yīng)用。 （ 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。 （ 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)。 總體來(lái)講， ATMEGA16 性?xún)r(jià)比高，更適合在強(qiáng)干擾環(huán)境下作為開(kāi)關(guān)電源控制器應(yīng)用。圖 37 是 ATMEGA16 的引腳圖。 27P B 0 ( X C K / T 0 )40P B 1 ( T 1 )41P B 2 ( A I N 0 / I N T 2 )42P B 3 ( A I N 1 / O C 0 )43P B 4 ( S S )44P B 5 ( M O S I )1P B 6 ( M I S O )2P B 7 ( S C K )3R E S E T4P D 0 ( R X D )9P D 1 ( T X D )10P D 2 ( I N T 0 )11P D 3 ( I N T 1 )12P D 4 ( O C 1 B )13P D 5 ( O C 1 A )14P D 6 ( I C P )15P D 7 ( O C 2 )16X T A L 27X T A L 18G N D6P C 0 ( S C L )19P C 1 ( S D A )20P C 2 ( T C K )21P C 3 ( T M S )22P C 4 ( T D O )23P C 5 ( T D I )24P C 6 ( T O S C 1 )25P C 7 ( T O S C 2 )26A R E F29A V C C27G N D28P A 7 ( A D C 7 )30P A 6 ( A D C 6 )31P A 5 ( A D C 5 )32P A 4 ( A D C 4 )33P A 3 ( A D C 3 )34P A 2 ( A D C 2 )35P A 1 ( A D C 1 )36P A 0 ( A D C 0 )37V C C5V C C17G N D18V C C38G N D39U9A T m e g a 1 6 1 6 A CCSD A T A I NC L O C KD A T A O U TO U T _ E NV C CS C KI / OR E TB A T _ s w i t c h 1B A T _ s w i t c hL I G H Tk e y 1k e y 2k e y 3k e y 4P 2 .2P 2 .3P 2 .4P 2 .5 圖 37 ATMEGA16 的引腳圖 2. 電流電壓采集 TLC2543 是 TI 公司的 12 位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成 A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省單片機(jī) I/O 資源。其特點(diǎn)有： （ 1） 12 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換器； （ 2）在工作溫度范圍內(nèi) 10μs 轉(zhuǎn)換時(shí)間； （ 3） 11 個(gè)模擬輸入通道； （ 4） 3 路 內(nèi)置自測(cè)試方式； （ 5）采樣率為 66kb/s； （ 6）線性誤差 +1LSB（ max）； （ 7）有轉(zhuǎn)換結(jié)束（ EOC）輸出； （ 8）具有單、雙極性輸出； （ 9）可編程的 MSB 或 LSB 前導(dǎo)； （ 10）可編程的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。 TLC2543 的引腳排列如圖 38 所示。圖中 AIN0~AIN10 為模擬輸入端； CS 為片選端； DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入端； DOUT 為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三臺(tái)串行輸出端； EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束端； CLK 為 I/O 時(shí)鐘； REF+為正基準(zhǔn)電壓 28端； REF為負(fù)基準(zhǔn)電壓端； VCC 為電源； GND 為地。 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。 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。采集電流采用霍爾傳感器小阻值的高精度電阻取樣，電阻分壓（如圖310 所示）。 29A I N 01A I N 12A I N 23A I N 34A I N