【正文】 4 VR? ? 。 因此，整個(gè)恒流反饋電路由三極管 Q取樣電阻 R12 和 PC817 組成，輸出負(fù)載發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)輸出電流會(huì)相應(yīng)增大或減小，引起 R12 的取樣電壓發(fā)生改變，同時(shí)通過 Q3 以及反饋線圈繞組，控制流過 PC817 的電流發(fā)生相應(yīng)改變，最終使輸出電流穩(wěn)定在預(yù)定值。 圖 53 功率驅(qū)動(dòng)主電路 光電耦合器 PC817 具有電流傳輸比為 1:1 的工作特性，其正向?qū)〞r(shí)的電流IF大于 1mA，正常工作時(shí)的電壓 VCE大于 1V。當(dāng)輸出電流取樣電阻上的壓降值超 過 時(shí)，流過 PC817 的電流，主要由驅(qū)動(dòng)電路輸出電 流的大小來控制，并且此時(shí)驅(qū)動(dòng)電路工作在恒流輸出狀態(tài)；反之，驅(qū)動(dòng)電路工作在恒壓輸出狀態(tài)，而且輸出電壓的大小由 TL431 穩(wěn)壓器決定。因此取 R3=750kΩ， R2=150kΩ。 通過分析可知 SA7527A 的 MUL 引腳可承受輸入電壓值為為 之內(nèi)，為 得到比較寬的電壓輸入范圍，此處設(shè)定工作時(shí)電壓值： 2V。 電路設(shè)計(jì) (1)輸入部分設(shè)計(jì) 通過把輸出的檢測電壓信號(hào)和 12V 直流輸入信號(hào)，分別輸入到芯片的乘積運(yùn)算兩輸入，即 MUL 端和 EO端，通過 SA7527A 運(yùn)算產(chǎn)生 PWM 控制信號(hào)，由于負(fù)載特性，輸入電壓會(huì)有小的波動(dòng)，當(dāng)輸入到驅(qū)動(dòng)電路的直流電壓變小時(shí)，芯片通過運(yùn)算，使 PWM輸出脈寬變大，從而保證了在不穩(wěn)定輸入條件下，能夠有相對穩(wěn)定的輸出。 圖 52 功率驅(qū)動(dòng)電路框圖 本設(shè)計(jì)功率 25W，輸入電壓為 12V 輸出為 20V。 LED 使用總量為 100 顆，型號(hào)：Φ 10LED, LED 聯(lián)接采用串聯(lián)和并聯(lián)混合連接的形式（ 20 顆串聯(lián)， 5串并聯(lián)）。主要包括以下幾個(gè)特性：（ 1）寬電壓輸入特性；（ 2）溫度補(bǔ)償和光 衰補(bǔ)償特性；（ 3）恒流和恒壓特性。管腳描述如表 51。同時(shí) SA7527A具有低功耗特性，加上其小體積非常適合應(yīng)用于高密度電源的制作，末端的輸出驅(qū)動(dòng)器鉗位電路，還能偶限制功率管的驅(qū)動(dòng)閾值，因此電路具有很高的可靠性。 圖 42 充電控制電路 第五章 驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì) 14 第五章 驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì) SA7527A功率校正芯片介紹 SA7527A 芯片內(nèi)部集成有校正電路，可以校正輸出功率。過充電狀態(tài)下，電池電壓繼續(xù)升高，隨著電池電壓上第四章 充電電路的設(shè)計(jì) 13 升至過充電閾值時(shí)，開始進(jìn)行恒壓充電，并且輸出電壓穩(wěn)定在過充電閾值。 當(dāng)在 25℃時(shí)，基準(zhǔn)電壓 Vref為 時(shí)： 3 4 3 4(1 )67R R R RV o c V re f RR??? ? ? (41) 34(1 )6F RRV Vre f R??? (42) 12 Voc? (43) 13 FVV? (44) 當(dāng)電池開始充電時(shí)，即充電電路由于電池電量不足或者輸出電壓下見到了浮充閾值電壓，充電電路立刻向電池提供很定大電流，使電池進(jìn)入充電狀態(tài)，隨著充電過程的不斷進(jìn)行，電池也由于電量增加其兩端的電壓也慢慢升高，再經(jīng) RR4 與 R6 分壓電阻分壓后加到引腳 13（即比較器反向輸入端）。 充電電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選用的是 12V200Ah 的鉛蓄電池，根據(jù)上節(jié)論述的原理，設(shè)計(jì)出如圖42的充電電路。在過充電狀態(tài)下，電路輸出電壓基本恒定不變，此時(shí)充電電流會(huì)不斷變小。 剛開始蓄電池電量低，充電電路以較大值的電流對電池進(jìn)行充電，同時(shí)對電池電壓進(jìn)行不間斷檢測。 UC3906DW 對溫度特性的補(bǔ)償可以使蓄電池工作溫度范圍變得更寬，甚至能達(dá)到 0 ~ 70℃ 之大，大大提高了充電電路對環(huán)境溫度的適應(yīng)性。然而因?yàn)?UC3906DW 的溫度特性與蓄電池一致，可以彌補(bǔ)蓄電池對環(huán)境溫度比較敏感這一缺陷。 能夠提供精準(zhǔn)的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓是 UC3906DW 最大的特點(diǎn)，而且其可以根據(jù)外界環(huán)境溫度的改變發(fā)生變化。 第四章 充電電路的設(shè)計(jì) 11 表 41 電池主要特性表 容量 (25℃ ) 20HR 200Ah 10HR 190Ah 5HR 164Ah 1HR 110Ah 內(nèi)阻 (完全充電狀態(tài) ) ?(25℃ ) 不同溫度下蓄 電池的容量 40℃ 109% 25℃ 100% 0℃ 88% 15℃ 76% 容量保存率 (25℃ ) 儲(chǔ)存期 3個(gè)月 92% 充電特性 (25℃ ) 循環(huán) ,不大于 40A 浮充 ,不大于 40A 表 42 恒定功率放電時(shí)刻表 終止電壓 (伏 /單體 ) 30M 40M 50M 60M 2H 3H 5H 8H 10H 20H 316 260 226 206 125 334 276 238 216 129 348 288 248 222 132 364 298 258 224 134 376 302 262 228 135 408 308 268 234 136 充電原理 傳統(tǒng)的充電器由于充電電流不穩(wěn)定，有時(shí)候甚至充電電流很太，容易損壞電池。 6GFM200 蓄電池 還具有使用 壽命長 、 自放電低 、 安全 系數(shù)高、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。 圖 41 UC3906DW內(nèi)部結(jié)構(gòu) 6GFM200特性分析 6GFM200 是 GS(M)系列 高性能電池，它同時(shí)也是 經(jīng) ISO9001 認(rèn)證的 高可靠性電池，按照額定電壓分類，則可以分為 6V 和 12V 兩種 ， 個(gè)鐘型號(hào)的 容量從10Ah200Ah 不等。圖 41 為芯片 UC3906DW 內(nèi)部結(jié)構(gòu)，作為專用電源管理芯片，其內(nèi)部集成限流電路和控制電路。 圖 35 電源模塊電路 主電路通過開關(guān)管、電容、電感實(shí)現(xiàn)降壓變換，將輸入電壓變換至 18V 左右，補(bǔ)償電路采用兩個(gè) 1KΩ的電阻實(shí)現(xiàn)， PID 控制器的基準(zhǔn)電壓為 9V，由蓄電池通過分壓得到，控制開關(guān)管的 PWM 信號(hào)由 PIC16C7116/P 單片機(jī)產(chǎn)生。 電源電路的設(shè)計(jì) 電源電路整機(jī)采用 BUCK 主電路和反恐控制電路實(shí)現(xiàn)。 取 Rbias=1KΩ， R1=1KΩ ,以上元件的具體參數(shù)可以通過公式求得：C1=， C2=， C3=， R2=， R3=。所以 6 0 1 8 0 ( 9 0 ) ( 1 4 8 ) 1 1 8b? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 314） 由公式 2 ( a r c t a n ( ) a r c t a n (1 / ) )b K K? ?? （ 315） 得 K= 。當(dāng) fC為 時(shí)， Gvd(s)的相位為148176。因此 fC要綜合考慮，取 fC=。 12( ) (1 / ) (1 / )() (1 / ) (1 / )b c z zcppG s s sGs K s s s? ? ?????? （ 311） 其中 ： 1 2 1 222 , , 2cc c z z p p cff f KK?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 312） 1 2 121 1 1, , , ,1 ( 1 3 ) 3 3 1 ( 1 2 ) 2 1123323c z z pbpKG R C C R C C R R R CCCRCC? ? ? ??? ? ? ?? ? ???（ 313） 第三章 電源電路的研究與設(shè)計(jì) 8 硬件電路圖如圖 33。 設(shè) PWM 的載波幅度為 1，那么開環(huán)系統(tǒng)函數(shù)為： F(s)=Gvd(s)*H(s)*Gc(s)。閉環(huán)反饋原理如圖 32。反饋校正裝置則根據(jù)輸入電壓的變化，自動(dòng)穩(wěn)定輸出電壓和電流。一個(gè) PID 反饋回路可以讓系統(tǒng)的輸出維持在設(shè)定值，可以證明在輸出變化迅速的情況下，其他控制可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定的誤差。其目的就是可以讓系統(tǒng)的輸出固定或者維持在某個(gè)值。它的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，主要適用于時(shí)不變的線性系統(tǒng)。 圖 31 電源電路主電路 反饋電路的設(shè)計(jì) 由于 BUCK 電路只能對固定的輸入電壓，起到直流變換作用，由于太陽能電壓穩(wěn)定性變化較大，單純的 BUCK 電路，輸出電壓會(huì)隨著出入電壓的變化而變化，并不能起到穩(wěn)定輸出電壓的作用，因此需要加入閉環(huán)反饋校正。 電路設(shè)計(jì) 主電路的系統(tǒng)函數(shù) Gvd(s)為： 221/() 1 / /zv d in oosG s U s Q s????? ?? （ 36） 第三章 電源電路的研究與設(shè)計(jì) 6 其中， e1(1 R / )osrLC R? ? ? （ 37） e1( / R )o srQ L R C?? ? （ 38） e1RzsrC? ? （ 39） 取 R=， Resr =50mΩ，因?yàn)?L=， C=120uF，可求得 ω 0=25000rad/s， f0=ω 0/2π=， Q=，ω z=1000000rad/s， fz=ω z/2π≈。設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)要留有一定的設(shè)計(jì)裕量，這里取電容規(guī)格 120uf/50V。 電路參數(shù)計(jì)算 （ 1）占空比 D 計(jì)算 由設(shè)計(jì)指標(biāo)可以確定 VMAX=37V 為最大電壓， VMIN=25V 為最小輸入電壓，占空比 D 可以根據(jù)電路輸入電壓和輸出電壓之間比例關(guān)系確定。 (4)光強(qiáng)弱信息采樣率： 40次 /分； 5．抗干擾能力： 1~20s。 圖 21 整機(jī)系統(tǒng)框圖 預(yù)期目標(biāo)與系統(tǒng)指標(biāo) 設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo) (1)實(shí)現(xiàn)太陽能輸入電壓自適應(yīng)匹配； (2)實(shí)現(xiàn)鉛蓄電池的智能充電和充放電保護(hù)； (3)設(shè)計(jì)出外接負(fù)載可變的 LED 驅(qū)動(dòng)電路 ； (4)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能隨外界光強(qiáng)變化達(dá)到整機(jī)工作的智能控制。功率驅(qū)動(dòng)模塊輸入電壓為 18V，通過 SA7527A 控制實(shí)現(xiàn)功率自適應(yīng)調(diào)整。如圖 21。 綜合上訴論證，本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)。 （ 4） LED 驅(qū)動(dòng)電路 : 功率驅(qū)動(dòng)電路使用 SA7527A 搭建。由于課題項(xiàng)目采用 6GFM200 蓄電池，額定電壓為 12V，充電特性 為 :充電是~40A,浮充 ~ /40A。因此此次設(shè)計(jì)使用 Buck 結(jié)構(gòu)電路?？紤]到項(xiàng)目采用的是 CNPV180M 光伏組件，其峰值工作電壓時(shí) ，因此本設(shè)計(jì)考慮使用 2537V 可變電壓輸入 。充電控制和保護(hù)電路采用鉛蓄電池充電專用芯片 UC3906DW 控制，后級(jí) LED 驅(qū)動(dòng)電路采用使用 SA7527A 設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路。 采用模塊設(shè)計(jì)，首先可以保證各個(gè)模塊的耦合度，提高模塊的獨(dú)立性，同時(shí)也提升了各個(gè)模塊以及系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。 第二章 整體方案設(shè)計(jì) 3 第二章 整體方案設(shè)計(jì) 方案選擇與論證 光伏發(fā)電 LED控制系統(tǒng)主要包括直流電壓變換電路、電池充電控制部分、功率驅(qū)動(dòng)部分和系統(tǒng)控制部分。 電源電路使用 軟件對基于 PID 控制器設(shè)計(jì)的 DCDC 電路進(jìn)行仿真，并作數(shù)據(jù)分析。 （ 2）研究方法 本設(shè)計(jì)主要研究方法包括理論論證和實(shí)驗(yàn)仿真。據(jù)統(tǒng)計(jì) 2020 到 2020 年，我國的光伏發(fā)電成本約為每千瓦時(shí) 元，隨著技 術(shù)的不斷成熟，預(yù)計(jì)到 2020 年，我國光伏發(fā)電將會(huì)徹底由獨(dú)立發(fā)電轉(zhuǎn)換到并網(wǎng)發(fā)電，成本也會(huì)降到每千瓦時(shí) ， 我國光伏技術(shù)水平 也 有望 進(jìn)入 世界 領(lǐng)先 行列 。截止到 2020 年底，我國安裝的光伏電池約為 5兆瓦，并且應(yīng)用領(lǐng)域主要是邊遠(yuǎn)地區(qū)、交通控制以及遠(yuǎn)程第一章 緒論 2 通信中繼等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍面比較窄，而且主要是集中在了偏遠(yuǎn)地區(qū)，主要是由于設(shè)備技術(shù)價(jià)格昂貴，無法大面積進(jìn)行推廣。 國內(nèi)外光伏發(fā)電研究現(xiàn)狀 當(dāng)前階段 國際上光伏 發(fā)電技術(shù)成熟的國家包括 日本、歐盟和美國 等國 ， 截止2020 年 ，全球 光伏發(fā)電 的 裝機(jī)總?cè)萘?為 兆瓦 ， 預(yù)計(jì) 2020 年， 更是 兆瓦 ， 歐美國家的 光伏發(fā)電 總量 約占 全 世界光伏發(fā)電 總 量的 80%，其不僅占據(jù)了過半的全球發(fā)電量，而且在其國家， 光伏發(fā)電技術(shù)研究都比較成熟，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，并且實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電。 光伏發(fā)電關(guān)鍵 技術(shù) 無法突破，造成很多計(jì)劃無法進(jìn)行 ， 不僅 造成 國內(nèi) 相關(guān)項(xiàng)目的 終止，而且 ， 由于國內(nèi)技術(shù)瓶頸等問題的存在 ， 很多 企業(yè) 開始 從國外 購買 技術(shù)， 更甚至 直接 購買成品的 控制電路， 這對本國名族工業(yè)的沖擊巨大，對國內(nèi)自主創(chuàng)新造成了嚴(yán)重的威脅，加之國外相關(guān)控制產(chǎn)品的質(zhì)量也不是非?？煽浚@就迫切要求在廣發(fā)發(fā)電控制領(lǐng)域 做出突破?？煽康目刂葡到y(tǒng)對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響巨大，因此，太陽能控制系統(tǒng)一直是業(yè)界關(guān)