【正文】 當(dāng) PD5=0 時(shí)，光耦不導(dǎo)通，2 個(gè)繼電器沒有得電，觸。123半導(dǎo)體制冷器D S 1 8 B 2 0G N DP C 6P D 5V C CV E EG N DA T m e g a 1 6光 耦繼電器 1繼 電 器 2G N DG N DG N DV C C12 圖 49 溫控電路 溫度采樣與控制過程如下：DS18B20 數(shù)字溫度傳感器獲取太陽光模擬器的溫度信號(hào)并輸出給 ATmega16 的 PC6 端口。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)。℃。使你可以充分發(fā)揮“一線總線”的優(yōu)點(diǎn)。全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。因此本文采用了美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器 DS18B20 芯片。因此必須控制測(cè)試系統(tǒng)的溫度在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度25℃附近，以保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。+ 1 5 V 1 5 V12345678G N DG N DA D 6 2 0 A NV C CG N DV D AO U T B48 電壓自動(dòng)跟蹤電路原理圖 溫度采樣控制電路溫度對(duì)太陽電池的輸出特性有很強(qiáng)的影響，隨著溫度的升高，短路電流增大，開路電壓減少，輸出功率下降，轉(zhuǎn)換效率降低 [20]。輸出端6接三極管的基極。P由圖可知電壓自動(dòng)跟蹤電路主要由AD620AN組成。反之亦然。（3）電壓自動(dòng)跟蹤電路電壓自動(dòng)跟蹤電路有兩個(gè)輸入端 和 ，輸出 正比與gPUK?fUout，其中t為調(diào)節(jié)時(shí)間。VCC1CH02CH13CH24CH35COM6SHDN7VREF8 VCC 9GND 10GND 11DOUT 12BUSY 13DIN 14CS 15DCLK 16ADS8341NC1VIN2Temp3GND4 Trim 5VOUT 6NC 7NC 8REF02T0PB0T1PB1AIN0PB2AIN1PB3SSPB5ATmega16VCCVCC+15VC18C19C20 VCC圖 47 ADS8341 在測(cè)試系統(tǒng)中的連接在本測(cè)試系統(tǒng)中，ADS8341使用了MAXIM公司的高精度、低漂移的REF02電壓基準(zhǔn)。綜上，系統(tǒng)選擇TI(Texas Instruments 得克薩斯儀器)公司推出的具有串行接口的16位高速逐次逼近式 轉(zhuǎn)換器ADS8341，分辨率為 ,它具有4通道單獨(dú)/AD162輸入或2通道差動(dòng)輸入；如果基準(zhǔn)電壓是5V的話，模擬電壓變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后的LSB最小有效位為 5，即 =，如果電壓基準(zhǔn)減小，模擬電壓變16/2為數(shù)字信號(hào)后的權(quán)也會(huì)減小，但是當(dāng)基準(zhǔn)電壓減小后，一些內(nèi)部的偏移和增益錯(cuò)誤將會(huì)出現(xiàn)增加,因此我們選擇的基準(zhǔn)電壓為5V ；在5V 供電和100KHz采樣率的條件下典型功率損耗為8mW，基準(zhǔn)電壓 可以在500mV~VCC 之間變化，REFV相應(yīng)的輸入電壓、被轉(zhuǎn)換電壓變化范圍在0V~ 之間。并行 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，各位的轉(zhuǎn)換幾乎是同時(shí)完成的，而/A且增加輸出的位數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)換速度影響很小，但是其缺陷是分辨率受到量化電平劃分精度制約，位數(shù)增加時(shí)，電路的精度要求和復(fù)雜性迅速增加。逐次逼近式 轉(zhuǎn)換器的高速、可靠、廉價(jià)以及與單片機(jī)方便連接的端口，/使它被更廣泛的應(yīng)用在單片機(jī)系統(tǒng)中，在一般的單片機(jī)系統(tǒng)中，常會(huì)用到8~12位的逐次逼近式 轉(zhuǎn)換器，高分辨率的逐次逼近式 轉(zhuǎn)換器既解決了轉(zhuǎn)/AD/AD換的速度的問題，又達(dá)到了精度要求。常用的 轉(zhuǎn)換器有并行、串行、逐次逼近、積分型 轉(zhuǎn)換器以及/AD/ADΣ△ 轉(zhuǎn)換器。由于MCl403 的輸出電壓較低，因此在給定電壓較低時(shí)， 可以獲得較高的分辨率。如圖46是定電壓給定電路。TLV5618的微分非線性度，它的，并且支持SPI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信協(xié)議。因而選擇了美國(guó)TI公司生產(chǎn)的具有掉電模式的雙通道12位電壓輸出數(shù)/模轉(zhuǎn)換器 TLV5618，通過CMOS兼容的3線串行總線，可對(duì)TLV5618實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。其次，如果 轉(zhuǎn)換器線性度不理想，有可能使相鄰的離散電平重/A疊或交錯(cuò)，此時(shí)再增加位數(shù)已毫無意義。本測(cè)試系統(tǒng)中， 轉(zhuǎn)換器主要的作用是將上位機(jī)給定的定電/DA壓值轉(zhuǎn)化為模擬量，輸入到電壓自動(dòng)跟隨電路中，實(shí)現(xiàn)定電壓輸入。PI以下對(duì)定電壓給定(D/A轉(zhuǎn)換)、A/D轉(zhuǎn)換、電壓自動(dòng)跟蹤電路進(jìn)行進(jìn)一步的介紹。被測(cè)太陽電池兩端電壓經(jīng)過隔離放大gKU?K 倍后反饋至電壓自動(dòng)跟蹤電路另一端 ，電壓自動(dòng)跟蹤電路根據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)原f理自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓 的大小， 的大小正比于 ，out out tKUtPfg)()(???其中 t 為調(diào)節(jié)時(shí)間。計(jì)算機(jī)數(shù)字量輸出卡數(shù)字量輸入卡電 壓 自 動(dòng)跟 蹤 電 路三 極 管D / A電 壓 放大 電 路電 壓 隔離 電 路采 樣保 持電 路補(bǔ) 償 電 源被 測(cè) 太 陽電 池A / D采 樣 使能 信 號(hào)UU RU c gU f = K U定 電 壓 U g電 流 采 樣采樣電阻 圖 45 電子負(fù)載測(cè)試電路程控原理：該電路為電壓自動(dòng)跟蹤電路，其主要部分是時(shí)間常數(shù)較小的自動(dòng)調(diào)節(jié)器。測(cè)試電路如圖 45 所示。實(shí)驗(yàn)表明，2SB757 三極管完全符合本測(cè)試系統(tǒng)的要求。因?yàn)楸緶y(cè)試系統(tǒng)要求最大可測(cè)10A 的電流，所以該三極管可通過的最大電流要大于10A。PC3 端口接多路電子開關(guān)CD4051BE的控制INH端，作為它的一個(gè)“使能”端。當(dāng)PC0=0，PC1=1，PC2=0時(shí)，可測(cè) 0～25V的電壓。在本設(shè)計(jì)中，只用了其中的三個(gè)電阻，其它的留做系統(tǒng)功能擴(kuò)展備用。 “INH”是禁止端，當(dāng)“INH ”=1時(shí)，各通道均不接通。其電路原理如圖44所示。因此，必須用精密電阻將太陽電池先進(jìn)行分壓。因?yàn)?2R3145RAD620AN 只能放大輸入電壓，如果不分壓的話，太陽電池電壓經(jīng)過放大后將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 5V，而放大后的輸出電壓是輸出到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的。15V電源，5腳接地作為6腳的參考基準(zhǔn)，1腳和8 腳接一組電阻，其中 =/(G1)，G是AD620AN 的放大倍數(shù)，G的取值為 1～1000。因此在系統(tǒng)中選用了AD公司的儀表放大器AD620AN，它具有低成本、低功耗、高精度、低失調(diào)電壓、低失調(diào)電壓漂移和低噪聲等特點(diǎn)，在工作過程中，只需根據(jù)工作原理，接一只外部電阻就能設(shè)置l～1000的放大倍數(shù)，典型接法如圖42所示，其在測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖43所示。放大器是一種高增益、直流耦合放大器，它具有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗和高共模抑制比、低噪音等特點(diǎn)。太陽電池的輸出電流經(jīng)過采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換芯片的模擬輸入通道，在單片機(jī)的控制下經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后輸出到單片機(jī)的電流值緩沖區(qū)。這樣就實(shí)現(xiàn)了不同規(guī)格的太陽電池測(cè)試時(shí)的量程自適應(yīng)的切換。電流電壓采樣電路溫度采樣 控制電路光強(qiáng)采樣電路A T m e g a 1 6單片機(jī)上位機(jī)脈沖光源 圖 41 系統(tǒng)框圖 數(shù)據(jù)采集控制電路設(shè)計(jì) 電壓、電流采樣電路設(shè)計(jì)本測(cè)試系統(tǒng)要滿足測(cè)試量程的自適應(yīng)變換，系統(tǒng)可以根據(jù)不同規(guī)格的太陽電池自動(dòng)調(diào)節(jié)不同的檔位，這可以有效地提高測(cè)試精度，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格太陽電池的參數(shù)測(cè)量。數(shù)據(jù)傳輸部分就是完成上位機(jī)與下位機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸，我們采用的是全雙工異步串口通訊。數(shù)據(jù)采集部分主要包括電流／電壓、溫度及光強(qiáng)采樣電路，這部分的主要功能是采集電流、電壓的信號(hào)，以及通過傳感器采集溫度信號(hào)等，并將這些信號(hào)傳送到數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的處理。第四章 太陽電池測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)的硬件部分，按照要求的功能分三部分設(shè)計(jì)。即使太陽光模擬器的光譜分布和標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜（）有一定偏差，測(cè)量的結(jié)果也不會(huì)有太大的光譜失配誤差，既滿足了測(cè)試要求，又大大節(jié)省了成本。 光譜失配誤差C 由下式計(jì)算： （31scoICF??7）由式（35 ）、（36 ）式可以看出，當(dāng) = ，即太陽光模擬器的()oE?s光譜和標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜（）完全一致時(shí)，或者當(dāng) = )，即被測(cè)電()oSc?池的光譜響應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)電池的光譜響應(yīng)完全一致時(shí)，光譜修正因子F=1，光譜失配誤差C=0 。在相同的輻照度下，定義被測(cè)太陽電池在標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜（）下的短路電流為ISO，在被測(cè)太陽光源下的短路電流是ISC，則 與 的關(guān)系為 [18,19]：soIc （3soscIF??5） （3()()ocsocESdESd?????6）式中：F為光譜修正因子； 為標(biāo)準(zhǔn)電池的光譜響應(yīng)； 為被測(cè)電池的()oS()cS?光譜響應(yīng)； 為標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜（）分布； 為被測(cè)太陽光譜分布。上述這兩類偏差一般總稱為光譜失配誤差。采用太陽光模擬器在室內(nèi)測(cè)量太陽電池的特性能避免由自然太陽光譜受地理位置、氣候、季節(jié)和時(shí)間所帶來的影響。[17]。當(dāng)太陽光垂直入射時(shí)，大氣質(zhì)量為1，記作AM1。 光譜失配誤差太陽輻射穿越地球大氣時(shí)，由于瑞利（Rayligh）散射、大氣微粒以及灰塵粒子的散射和大氣的吸收作用，其能量會(huì)衰減至少30% [16]。in39。 10%E??????式中： 為在全部有效測(cè)試面積內(nèi)，在一定時(shí)間內(nèi)測(cè)得的最大輻照度；max39。39。3%。由于輻照不均勻度與有效面積的大小有關(guān)，因此必須要保證有效測(cè)試面積。e? 輻照不均勻度 輻照不均勻度反映了有效測(cè)試面上各個(gè)點(diǎn)的輻照強(qiáng)度的不同程度。太陽電池測(cè)試過程中，在有效測(cè)試平面內(nèi)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到要求的條件下，才能保證所測(cè)定的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。采用脈沖方式控制太陽光模擬器減少了溫升，節(jié)約了耗電。表31太陽光模擬器性能比較序號(hào)比較項(xiàng)目 穩(wěn)態(tài)太陽光模擬器 脈沖太陽光模擬器1 模擬太陽光特性 穩(wěn)態(tài) 暫穩(wěn)態(tài)脈沖式2 對(duì)測(cè)試板溫度影響 影響大，需溫控系統(tǒng) 影響小，不需溫控系統(tǒng)3 對(duì)光源要求 功率大，壽命長(zhǎng) 瞬時(shí)功率大、壽命長(zhǎng)4 光譜失配誤差 不容易選擇光譜失配誤差小的光源燈容易選擇光譜失配誤差小的光源燈5 耗電量 大 小6 光譜與電流的關(guān)系 不密切 密切7 成本 一般高 一般低根據(jù)上述比較得出：穩(wěn)態(tài)太陽光模擬器與脈沖太陽光模擬器的最大區(qū)別是穩(wěn)態(tài)太陽光模擬器產(chǎn)生的溫度對(duì)測(cè)試的影響大且耗電量高，雖然電路設(shè)計(jì)等方面，穩(wěn)態(tài)太陽光模擬器有著較大的優(yōu)勢(shì)，但是龐大的溫控系統(tǒng)加大了測(cè)試系統(tǒng)的體積及成本。通過對(duì)國(guó)內(nèi)的寧波太陽電池廠、哈爾濱太陽電池廠、北京太陽能研究所、上海太陽能科技有限公司等使用的各種進(jìn)口測(cè)試儀進(jìn)行調(diào)查。 常用的太陽光模擬器根據(jù)地面太陽電池測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，太陽光模擬器的光譜特性要接近于地面太陽光的光譜特性；，輻照度要能達(dá)到 1KW/ ；對(duì)太陽電池溫度的2m影響要能控制在177。使用太陽光模擬器能夠克服由于太陽輻射不可預(yù)測(cè)的變化和局限性所造成的不便，可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)任意改變測(cè)試條件下反復(fù)對(duì)被測(cè)電池進(jìn)行測(cè)試。第三章 太陽光模擬器太陽光模擬技術(shù)是研究模擬太陽光輻照特性的一門專業(yè)技術(shù)，其中包括不同大氣質(zhì)量條件下的太陽光譜、太陽光總輻照度、輻照不均勻度、輻照不穩(wěn)定度等。測(cè)試完成后，還需對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分析以確定測(cè)試的不確定度。 下 位 機(jī) 系 統(tǒng) 基 于 A t m e g a 1 6 單 片 機(jī) I V 曲 線 擬 合 及 顯 示 數(shù) 據(jù) 庫 存 取P C 機(jī) 參 數(shù) 設(shè) 置 顯 示 及 人 機(jī) 交 互 太陽光模擬器太 陽 電 池太 陽 電 池 電 流/ 電 壓 采 樣太 陽 光 模 擬 器光 強(qiáng) 和 溫 度 采 樣太 陽 光 模 擬 器 光 源和 溫 度 控 制測(cè) 試 參 數(shù)經(jīng) 轉(zhuǎn) 換 后的 數(shù) 字 量控 制指 令R S 2 3 2 口測(cè) 試 參 數(shù)經(jīng) 轉(zhuǎn) 換 后的 數(shù) 字 量控 制指 令圖210 太陽電池測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖測(cè)量時(shí)，將主電路的測(cè)試探頭跨接在太陽電池的正負(fù)極之間，電流、電壓信號(hào)經(jīng)過多級(jí)變換、程控放大等環(huán)節(jié)被送至數(shù)據(jù)采集控制單元中，在其內(nèi)部完成A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理等工作，最后經(jīng)通訊接口送至上位機(jī)，顯示太陽電池的IV 曲線、太陽電池的其它參數(shù)及太陽光模擬器的溫度等數(shù)據(jù)處理結(jié)果及曲線圖形?；谝陨显虮疚脑O(shè)計(jì)了由上位機(jī)和下位機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)。單片機(jī)體積小，速度快 ,非常適合用于太陽電池和太陽光模擬器相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。測(cè)試系統(tǒng)也要實(shí)時(shí)顯示太陽電池的IV曲線及各個(gè)測(cè)試參數(shù)，并且要存儲(chǔ)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)等功能。 [12] 測(cè)試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要由太陽光模擬器、基于ATmegal6 單片機(jī) 的數(shù)據(jù)采集與控制單元和基于PC的數(shù)據(jù)處理等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)總圖如圖 210所示。用自動(dòng)裝置對(duì)電子負(fù)載控制極的電壓進(jìn)行控制，即可調(diào)節(jié)負(fù)載電流的大小，從而調(diào)節(jié)被測(cè)太陽電池端電壓的大小，使被測(cè)太陽電池工作在IV 曲線上的任何一點(diǎn)，并測(cè)出其對(duì)應(yīng)的電流和電壓值。如果調(diào)節(jié)電子負(fù)載控制端，使得補(bǔ)償電源的電壓等于MOS 管和采樣電阻上的壓降，則太陽電池兩端電壓VT等于零，這時(shí)測(cè)得的電流為短路電流 。用MOS管做可變電阻具有工作速度快，可靠性好和控制