【正文】 參考文獻[1] 魏然然，張存山，. 電子元器件應用, 2010，12(4)[2] 劉剛，王志強，：機械工業(yè)出版社，[3]感謝曾經教育和幫助作者的所有老師。在此向四年同窗好友們表示感謝。同時，在本論文的完成過程中，我同學和各任課老師給予了我無私的幫助，并在平時的學習生活中鼓勵我，協(xié)助我。我的論文能順利完成，離不開他的指導和幫助。并且在我的畢業(yè)設計期間為我提供了大量有價值的參考資料。也讓我對今后的學習生活，有了你更深的期望和憧憬。致謝本論文是在我的導師蔣偉博士、江東流碩士的悉心指導下完成的。從長遠、大規(guī)?？紤]，光伏水泵系統(tǒng)的整體效率其實并不是單臺水泵控制系統(tǒng)，而應是大規(guī)模的、集群式的?？紤]到實際天氣情況，有時連續(xù)陰雨天，無蓄電池的光伏系統(tǒng)不能充分服務于廣大群眾?？紤]DC/DC電路使用升降壓電路，為以后使用大負載提供可能，便于最大功率點跟蹤實現(xiàn)。對于硬件平臺還可以繼續(xù)改進，優(yōu)化電路布局。本課題研究的光伏水泵驅動器器，基本達到預期目標，但作為成熟產品還有很長路要走，需要做很多細節(jié)工作，以及理論研究，下一步工作大致如下：進一步測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及控制器的光伏性能。總體來說，設計制作的樣機基本達到預期目標。從前期調研，按功能環(huán)節(jié)有步驟的對各模塊研究、設計；到原理敲定，畫原理圖，購買、制做相關元件，用面包板搭接電路，完成各部分的調試工作；此外軟件流程圖設計、程序編程也一同展開，軟件調試有時會與硬件結合起來一起調試；最后通過實驗證明，系統(tǒng)啟動后，無位置無刷直流電機能夠很好的平穩(wěn)起動，并且其調速系統(tǒng)能夠實現(xiàn)其應有的作用。為保證單位時間抽水量最大，等同來說是電機轉速要高，也就是逆變橋PWM占空比要大，電機母線電壓要高。 轉速調節(jié)電路光伏水泵調速的目的就是為了適應光伏陣列輸出電能的變化，又要將電能轉換為機械能，減少系統(tǒng)損耗，達到節(jié)能的效果。主要是因為滑動變阻器所給定的阻值，既電機的給定轉速，當電阻增大給定轉速變大，經過比較控制調節(jié)電機轉速使其達到給定轉速。當仍可通過觀察看出，波形脈寬又逐漸增大的趨勢。同時也給調式帶來很大的難度。結果與分析本課題方案選擇的是保證光伏陣列輸出功率最大，不斷調節(jié)電機的轉速。對于離心式水泵，其輸出功率和轉速的三次方成正比，而轉速又與其輸入電壓成正比，所以電機的輸出功率與其輸入電壓成正比。PI調節(jié)器的輸出為PWM控制信號，該信號驅動逆變全橋的下橋臂開關管，調節(jié)水泵電機的輸入端電壓，由此達到控制水泵電機轉速的目的。在光伏水泵系統(tǒng)中，電機轉速與其輸出功率成三次方關系(離心式潛水電泵)，即功率 轉速n與輸出功率戶的函數(shù)關系呈單調上升，驅動能量由太陽電池陣列提供，因此電機轉速的大小控制必須與太陽電池提供的功率相匹配，而太陽電池提供的功率卻與溫度、日照強度有密切關系，同時與負載電流也有強烈的非線性關系，由此電機輸出轉速的調節(jié)控制也必須包含對太陽電池陣列工作點的控制，而這里首先必須保證太陽電池陣列穩(wěn)定工作，并使其工作于最大功率點，只有這樣才能使水泵電機在同樣溫度、照度條件下獲得最大輸出轉速，亦即獲得最大功率?？刂葡到y(tǒng)框圖,。 MPPT程序流程圖本課題的控制系統(tǒng)將分成光伏陣列控制和無刷直流電機控制。在反復的擾動、觀察與比較中，通過C來調節(jié)收斂性，使太陽能電池基本達到其最大功率點附近，實現(xiàn)最大功率輸出。子程序在定時器的控制下，每隔一定時間進入該程序，并引入一個小的電壓變化（增加或減?。?，然后進行觀察，并與前一個狀態(tài)進行比較，根據(jù)比較的結果調節(jié)太陽能電池的工作點。該措施的引入，有助于在系統(tǒng)初期快速接近最大功率點附近，即步長較大；當功率差值下于一定值時，自動按級變化步長，這樣使系統(tǒng)最終在小范圍內略有振蕩。但其缺點是：達到穩(wěn)態(tài)時，只能在最大功率點附近振蕩運行；存在著因功率跟蹤過程中非單調性造成的誤差。圖 太陽能電池受日照強度擾動時的輸出電壓和輸出功率波形經過研究發(fā)現(xiàn)Pamp。日照強度減小，電壓降低，功率迅速減小，最后達到相對穩(wěn)定時，變化前后電壓和功率未發(fā)生多大改變。，太陽能電池電壓與功率的變化波形。由上圖可知，在一定溫度下，當日照強度改變時，最大功率隨之改變。圖 MPPT內部結構，1kW/m2，太陽能電池溫度為25℃時，、。圖 太陽能電池陣列特性曲線圖 調節(jié)負載電壓實現(xiàn)最大功率點跟蹤首先檢測陣列輸出電壓和輸出電流并且計算出該時刻的功率，然后與前一點的功率大小進行比較，再根據(jù)該時刻的電壓與前一時刻電壓比較確定是何種狀況引起的功率的改變，最后控制MOS管的導通占空比。在實際應用中，可以通過調節(jié)負載兩端的電壓來實現(xiàn)太陽能電池的MPPT。實現(xiàn)使太陽能電池始終工作在逼近最大功率點位置的過程，即為太陽能電池最大功率點跟蹤。 驅動電路原理圖 基于單片機的最大功率追蹤為了使太陽能電池在任意的日照強度和溫度下，都有最大的輸出功率，首先要確定最大功率點在太陽能電池伏安特性曲線上的位置。放大器U5A可提供速度控制回路的小信號補償。該電路通過三片IR2110與功率MOSFET相連。本文選用一片無刷直流電機控制器UCC3626，三片IR2110驅動芯片和三相MOSFET逆變電路構成其控制驅動電路。并可供保護電路和反饋環(huán)使用。在四象限控制時，電動機流過傳感電阻的電路在續(xù)流期間，其電壓極性可能會相反，采用絕對值放大器電路可解決這個問題。如果傳感器需要調整。圖 2．5電流檢測電路UCC3626的電流檢測電路包括一個固定增益為5的差動電流傳感放大器和一個絕對值電路。(c)所示電路適用于需要制動功能且為四象限控制的場合。對于不需要制動功能但需要兩或四象限控制的情況，(a)所示的電路。當QUAD為0時，為兩象限控制，此時UCC3626只對功率開關的低側進行PWM控制；而當QUAD為1時，為四象限控制，此時高側開關和低側開關同時進行PWM控制。故可提高系統(tǒng)運動的快速性。由于兩象限工作的無刷直流電機控制器，除了摩擦力之外，沒有使負載減速的能力。表4l 換相邏輯真值表制動BRAKE啟停COAST方向DIR_N位置信號輸入輸出（高側）輸出（低側）HALLAHALLBHALLCAHIBHICHIALOW BLOWCLOW0011011000100011001000010011100100010010100101000010110011000010010010100001010101000000010100010000111000010000101000100001100010100001000011001000000100001110011100000000000000000（2） 兩象限或四象限運行控制電動機一般有四個可能的工作象限。測速信號TACH—OUT經過濾波后所得到的速度大小模擬信號。如果需要用在60℃電動機位置傳感器結構的場合， 所示的方法將B相霍爾信號經反向后連接到HAUA端。三個霍爾位置傳感器產生的位置信號，經上拉電阻和RC低通濾波后，可連接到UCC3626的HAUA、HALLB、HALLC信號輸入端，并且濾波器應盡可能靠近UCC3626，表4l給出了UCC3626的換相邏輯真值表．同時給出了六個輸出(AHI、BHI、CHI、ALOW、BLOW、CLOVO隨輸入(BRAKE、DIR_lN、DIR_OUT、HAUA、HALLB和HALLC)的變化而改變的譯碼邏輯。圖 UCC3626的內部結構圖 位置傳感器與RC濾波器的連接電路 60度位置傳感器結構的連接電路。DIR_IN和DIR_OUT為轉向輸入輸出控制。它的TACH_OUT速度信號是一個變占空比的頻率輸出信號，可直接用于數(shù)字速度控制，或經濾波后提供一個模擬速度反饋信號。UCC3626中的差動電流傳感放大器和絕對值電路可為電動機的控制建立一個正確的電流并提供逐周的電流保護。此外，UC3626還設有一個QUAD選擇端。圖 MOSFET逆變電路 本設計選用UCC3626集成控制芯片作為光伏水泵的控制電路。在硬件PCB制版時，該部分電路比較難布線，這主要是因為該部分電路電流較大，同時考慮到散熱性能，布線時，整個線路均加寬。三路上下橋臂的中間分別輸出U、V、W三根導線連接無刷直流電機（BLDCM），從而帶動水泵。三個上橋臂MOS開關管漏極一起連至DC/DC電路輸出端正極，三個下橋臂MOS開關管的源極一起連至DC/DC電路輸出端負極。三相逆變橋由6個MOS開關管、6個快速恢復二極管構成，行成三路上下橋臂。當然，這種方法只能定性的修正磁通不平衡。主功率管選取為避免由于主功率開關管存儲時間不一致而造成主功率變壓器磁通不平衡的現(xiàn)象，選擇沒有存儲時間的MOSFET作為變換器的功率開關管，MOSFET具有導通壓降低、開關速度快、易于控制等特點。其次要提高跨導gm和減少柵極下面的柵溝MOS電容CG。在這里，給出MOSFET的最高工作頻率的一個定性公式，不過此公式是在不考慮其它因素的情況下(如工作溫度，開關損耗，主電路諧振方式等)的MOSFET的最高工作頻率，借用此公式可計算出所選取的MOSFET最高工作頻率。輸入輸出電容是漏源電壓的非線性函數(shù)。在下降時間tf中，輸出電容Cos，隨著漏極電壓的上升迅速下降，實際上幾乎不需要漏極電源給Cos，充電，UDS快速上升到UDD(如果是感性負載，這個過程將延緩)。漏極電源通過負載充電。漏極電流從零開始增大，接近最大值。MOSFET的開關過程示意圖。圖 開關波形，驅動電路給輸入電容保持在UDD(保持不變)。它的開通關斷只和寄生電容的充放電有關，它的開關只是驅動這些非線性電容。相對于其它類型的開關元器件來說功率MOSFET的開關速度是非常快的。全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點,功率晶體管調節(jié)輸出脈沖寬度,即使對感性負載,、下橋臂的功率晶體管不共地,為防止上、下橋臂發(fā)生共同導通,必須設計先關斷后導通電路,即必須設置死區(qū)時間,其電路結構較復雜。 中、小容量逆變器一般有推挽逆變電路、全橋逆變電