【正文】 22 0U FL122 0 U HD11N 58 2 2 R110KR3S U NF E E D B A C K4O U T P U T2V I N1GND3ON/OFF5U2L M 25 76 A D J+ C225 V 10 00 U F+C425 V 22 0U FL222 0 U HD21N 58 2 2R210KR4W IN DO U T + 15 VD31N 41 4 8D41N 41 4 8五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 以下移至32VCC 以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。當(dāng) 定 時(shí)器在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下 ，此 輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。它通常 被接到正電源或忽略不用 。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約 200 mA 。 Pin 3（ 輸出 ） 當(dāng)時(shí)間周期開始 555 的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少 V的高電位。 Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn) ) 這個(gè)腳位是觸發(fā) NE555 使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期 。 NE555 各 引腳的詳細(xì)介紹如下。只需添加有限的外圍元器件，就可以極其方便地構(gòu)成許多實(shí)用的電子電路。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 32 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中的電源原理圖 對(duì)于蓄電池的充電采用恒壓限流法，主要由 NE555定時(shí)器完成“滯回比較器”的設(shè)計(jì)，同時(shí)用 TL431設(shè)定閥 值電壓來對(duì)蓄電池進(jìn)行欠壓（過放）保護(hù)。 因此， 在 DC/DC變換電路中，采用 開關(guān)穩(wěn)壓集成芯片 LM2576ADJ調(diào)節(jié)電壓的穩(wěn)定輸出。 COUT用來 輸出濾波以及提高環(huán)路的穩(wěn)定性。 （ 4） 輸出端電容 COUT 使用 1μF~470μF之間的低 ESR的鉭電容。 （ 3） 儲(chǔ)能電感 要求有高的通流量和對(duì)應(yīng)的電感值，電感的直流通流量直接影響輸出電流。千萬不要選用瓷片電容，會(huì)造成嚴(yán)重的噪聲干擾， Nichicon的鋁電解電容不錯(cuò)。 太陽能發(fā)電 風(fēng)力發(fā)電 鉛酸蓄電池充電以及欠壓保護(hù) 單片機(jī) STC12C5A60S2 控制 LED 燈亮度 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 31 LM2576ADJ 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 外圍元件的選擇： （ 1） 輸入電容 CIN 要選低 ESR（ Equivalent Series Resistance，譯為“ 等效串聯(lián)電阻 ”） 的鋁或鉭電容作為旁路電容，防止在輸入端出現(xiàn)大的瞬態(tài)電壓。 （ 3） GND— 電路地 ； （ 4） FEEDBACK— 反饋端 ； （ 5） ON——/OFF— 控制端 ， 高電平有效 ， 待機(jī)靜態(tài)電流僅為 50181。 LM2576ADJ的管腳 （ 1） VIN— 輸入電壓端 ， 最高輸入電壓： LM2576系列的輸入 范圍 是 ～ 37V，LM2576HV系列的輸入電壓 范圍是 ～ 60V， 為減小輸入瞬態(tài)電壓和給調(diào)節(jié)器提供開關(guān)電流 ， 此管腳應(yīng)接旁路電容 CIN。 應(yīng)用范圍：簡單高效的壓降（ BUCK）穩(wěn)壓器，線性穩(wěn)壓器的高效預(yù)穩(wěn)壓器，卡上開關(guān)穩(wěn)壓器，正到負(fù)的變換器（ BUCKBOOST），負(fù)升壓變換器，為電池充電器做電源，與 National Semi, On Semi的 LM2576完全互換。A（典型值）待機(jī)電流。10%誤差。其他特征包括：在指定輸入電壓和輸出條件下保證輸出電壓的 177。已經(jīng)優(yōu)化可和 LM2576一起使用的標(biāo)準(zhǔn)系列電感由好幾個(gè)不同的電感生成商提供。 LM2576系列 的穩(wěn)壓器是單片集成電路，能提供壓降開關(guān)穩(wěn)壓電源（ BUCK）的各種功能，這些器件的固定輸出電壓有 ，5V， 12V， 15V，還有可調(diào)輸出的型號(hào)。 LED路燈控制部分選用的單片機(jī)是 帶 10位 A/D轉(zhuǎn)換以及 PWM輸出的 STC12C5A60S2， LED驅(qū)動(dòng)電路由帶 PWM調(diào)光功能的驅(qū)動(dòng)芯片 PT4115組成。風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中采用穩(wěn)壓芯片 LM2567ADJ輸出穩(wěn)定的電壓。對(duì)于蓄電池容量的計(jì)算以及發(fā)電系統(tǒng)功率的匹配設(shè)計(jì)，由于本課題所設(shè)計(jì)的裝置僅僅是實(shí)現(xiàn)模擬的功能，因此在理論計(jì)算方面的誤差可能比較大，但是 對(duì)于模擬裝置的 影響不大。 h，其 開路電壓為 20V，短路電流為 75mA；代替風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直流電源的輸出功率 選定 為 4W， 工作時(shí)間 ，對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓不 穩(wěn)定的情況， 電壓 范圍設(shè)定為 20V~30V。由于 LED路燈的平均耗電量為 10W （ 3） 以風(fēng)電、太陽能分別單獨(dú)作為用戶提供日最低用電量估算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與太陽能電池組件的功率。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率與太陽能電池組件功率的匹配設(shè)計(jì) （ 1） 匹配結(jié)果應(yīng)使發(fā)電量最低月的日平均發(fā)電量 Q大于或等于系統(tǒng)總用電量。 （ 2） 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組供電能力的測(cè)算方法。為了計(jì) 算方便，可采用下述簡易方式進(jìn)行估算。 （ 1） 太陽能電池方陣發(fā)電能力估算。 太陽能和風(fēng)能的資源狀況及發(fā)電能力的測(cè)算 依據(jù)太陽能和風(fēng)能的資源狀況選擇太陽能電池組件和風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量，一般是在按用戶的日用電量確定容量的前提下再考慮容量系數(shù)，而日平均量則是風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能組件的發(fā)電能力及當(dāng)?shù)仫L(fēng)光資源狀況決 定的。 系統(tǒng)的總用電量按下式計(jì)算 mQ =?iP iN it (25) 式中 mQ 為系統(tǒng)負(fù)荷最大用電量（ kW 用電負(fù)荷的特征及設(shè)備日用電計(jì)算 發(fā)電系統(tǒng)是為滿足用戶的用電要求而設(shè)計(jì)的。 由于太陽能電池板的價(jià)格較貴，目前 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)電與光電的匹配比例一般為 3:1左右。 h。蓄電池選用鉛酸蓄電池，壽命為 3~5年，放電率 30%。 h的鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能 設(shè)備 ，根據(jù)市面上所提供的蓄電池種類，只需一個(gè)蓄電池就足以滿足要求。 h。 h（ 工作 5小時(shí)功耗 2W） 左右。 式 (21)一般用于 24h工作的負(fù)載，式 (22)一般用于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站，式 (23)一般用于估算。 CB =A 1Q 1N 0T / C (22) 式中 A 為安全系數(shù)，取 ~； 1Q 為日耗電量，即工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)； 0T 為溫度系數(shù)， 0℃以上為 1， 10℃以上取 ， 10℃以下取 ； C 為放電深度，一般鉛酸蓄電池 取 。最大放電深度的選擇由廠商給定，一般有 80%放電深度（ DOD）和 50%DOD。 （ 1） 將每天負(fù)載需要的用電量乘以根據(jù)實(shí)際情況給定的自給天數(shù)就可以初步得到蓄電池的容量。選擇的蓄電池容量大于太陽能電池組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電峰值電流和的 25倍。對(duì)于日負(fù)載穩(wěn)定且要求不高的場(chǎng)合，日放電周期深度可限制在蓄電池 所剩容量占額定電容的 80%。在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達(dá)到蓄電池所剩容量占正常額定容量的 20%。其容量 由下列因素決定。 （ 2） 太陽能電池組件和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能極為不穩(wěn)定，配備蓄電池后，用電負(fù)載才能穩(wěn)定正常工作。 （ 1） 太陽能電池組件和風(fēng)力發(fā)電機(jī)只有在日照輻射和風(fēng)速大于風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速時(shí)才能進(jìn)行光 /電和風(fēng) /電轉(zhuǎn)換。它的容量比負(fù)載所需的電量大得多。 蓄電池容量的計(jì)算 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)采用的儲(chǔ)能裝置是蓄電池。 在采樣光敏電阻兩端電壓 中，選用獨(dú)立的 模數(shù)（ A/D） 轉(zhuǎn)換芯片以及 單片機(jī)（ MCU）處理數(shù)字輸出 PWM的話需要接光耦進(jìn)行隔離來消除干擾，使電路變得更加復(fù)雜。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM進(jìn)行編碼。電壓或電流源是以一種通（ ON）或斷（ OFF）的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 上去的。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比 被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。 因此本課題選用 PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn) LED路燈的智能調(diào)光控制。 目前，針對(duì)光度控制方面，主要的兩種解決方案為線性調(diào)節(jié) LED的電流（模擬調(diào)光）或在肉眼無法察覺的高頻下，讓驅(qū)動(dòng)電流從 0到目標(biāo)電流值之間來回切換（數(shù)字調(diào)光）。第二種， 恒流電源調(diào)控 ，主要是 用模擬線性技術(shù)輕易調(diào)整電流 的大小 ，從而改變燈的亮度 。 對(duì) 光敏電阻 兩端的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的采樣，然后根據(jù)光強(qiáng)來調(diào)節(jié) LED路燈的亮度，有效地減少功率的損耗。 因此，降低 電路中 功耗的損失是必須要考慮的 問題。由于 風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中一般是無配電設(shè)備的，為了更方便地管理蓄電池的充電，選用限流的充電方法可以減少電能的損失，從而提高能源的利用率。各階段充電時(shí)間的長短，各種蓄電池的具體要求和標(biāo)準(zhǔn)不一樣。這種 充電法能延長蓄電池使用壽命，并節(jié)省電能，充電又徹底，所以是當(dāng)前常用的一種充電方法。 階段等流充電法所需充電時(shí)間短，充電效果也好。 （ 3） 階段等流充電法 綜合恒流和恒壓充電法的特點(diǎn)，蓄電池在充電初期用較大的電流，經(jīng)過一段時(shí)間改用較小的電流，至充電后期改用更小的電流，即不同階段內(nèi)以不同的電流進(jìn)行恒流充電的方法，叫做階段恒流充電法。而在充電后期充電電流又過小，使極板深處的活性物質(zhì)得不到充電 反應(yīng)，形成長期充電不足，影響蓄電池的使用壽命。由此可五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 見，采用恒壓充電法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以避免充電后期充電電流過大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失。但隨著充電的進(jìn)行，蓄電池端電壓逐漸升高，充電電流逐漸減小。 （ 2） 恒定電壓充電法 在充電過程中，充電電壓始終保持不變，叫做恒定電壓充電法， 簡稱恒壓充電法或等壓充電法。但在充電后期若充電電流仍不變，這時(shí)由于大部分電流用于電解水上，電解液出氣泡過多而顯沸騰狀，這不僅消耗電能，而且容易使極板上活性物質(zhì)大量脫落，溫升過高，造成極板彎曲，容量迅速下降而提前報(bào)廢。恒流充電法，在蓄電池最大允許的充電電流情況下，充電電流越大，充電時(shí)間就可以縮短。 蓄電池常用的充電方法 有以下三種 : （ 1） 恒定電流充電法 在充電過程中充電電流始終保持不變，叫做恒定電流充電法，簡稱恒流充電法或等流充電法。蓄電池充電和放電狀況的好壞，將直接影響到蓄電池的電性能及使用壽命。充電的目的是使蓄電池貯存電能及時(shí)地恢復(fù) 容量，以滿足用電設(shè)備的需要。 對(duì)于發(fā)電用電能的儲(chǔ)存，我們選擇儲(chǔ)能用的鉛酸蓄電池。 鉛酸蓄電池 產(chǎn)品 主要有下列幾種 。 蓄電池通常是指鉛酸蓄電池，它是電池中的一種，屬于 二次電池 。 因此選用集成開關(guān)電源 功能 的芯片來實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出。 假定風(fēng)速恒定不變， 那么 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 的 輸出功率 將 保持不變。本課題選用直流發(fā)電機(jī) 作為五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的電能來源， 原因是省略了 AC/DC轉(zhuǎn)換這一部分，節(jié)省了資源。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理比較簡單，風(fēng)輪在風(fēng)力的作用下 旋轉(zhuǎn)，它把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為風(fēng)輪的機(jī)械能。本課題太陽能電池板的 額定 功率屬于低功率 組件 ，所以不采用 BUCK型或 BOOST型電路，而選 用 效率為 75%~90%的集成開關(guān)電源芯片來完成 DC/DC變換。 在 DC/DC變換電路中，一般為 BUCK型或 BOOST型電路，要求有較高的轉(zhuǎn)換效率，在85%或 90%以上，但小功率的 DC/DC電路其效率比較低，僅 有 60%～ 75%。也就是說要使輸出功率最大，必須使陣列的電導(dǎo)變化率等于負(fù)的電導(dǎo)值。 （ 3） 增量電導(dǎo)法 電導(dǎo)增量法也是最大功率跟蹤的常用方法。這種方法控制比較簡單， 但是只適合于那些光照強(qiáng)度變化很緩慢的場(chǎng)合，當(dāng)外部環(huán)境變化較快時(shí)，此法則會(huì)損失較大功率，很可能發(fā)生誤判，且最大功率點(diǎn)有小范圍的振 蕩。 （ 2） 擾動(dòng)觀察法 擾動(dòng)觀察法是目前實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤常用的方法之一。 圖 22 不同光照下太陽能電池 PU 特性曲線 （ 1） 恒 定電壓跟蹤法（ CVT） 由圖 22所示 ，在日照強(qiáng)度較高時(shí)，各曲線的最大功率點(diǎn)幾乎分布于一條垂直直線的兩側(cè)，這說明了陣列的最大功率輸出點(diǎn)大致對(duì)應(yīng)于某個(gè)恒定電壓，這就大大簡化了系統(tǒng) MPPT的控制設(shè)計(jì)，即人們只需從生產(chǎn)商處獲得最大功率點(diǎn)輸出對(duì)應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)，并時(shí)陣列的輸出電壓鉗位于 VPmax（ 虛線 B與圖中曲線的交點(diǎn)） 值即可，實(shí)際上是把 MPPT控制簡化為穩(wěn)壓控制，這 就構(gòu)成了 CVT式的 MPPT控制。其實(shí)， MPPT的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上是一個(gè)動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)過程，通過對(duì)陣列當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測(cè)，得到當(dāng)前陣列輸出 功率，再與已被存儲(chǔ)的前一時(shí)刻陣列功率相比較，舍小存大，再檢測(cè)，再 比較，如此不停地周而復(fù)始，便可使陣列太陽能電池伏安特性曲線0510152025303540450 5 10 15 20 25U/VI/mA五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 動(dòng)態(tài)地工作在最大功率點(diǎn)上。圖 22中 光照強(qiáng)度由 KW/m2的值決定，曲 線的拐彎處附近就是其最大功率的位置， 即 為“最大功率點(diǎn)”。 表 21 相同光強(qiáng)不同負(fù)載時(shí)的電流電壓值 2021年 3月 2日下午 4點(diǎn) 15分左右的光照強(qiáng)度下 電壓 U(V) 0 1 6 8 10 12 13 電流 I(mA) 42 42 42 42 42 42 42 42 電壓 U(V) 19 19 19 19 19 19 19 19 電流 I(mA) 31 26 23 20 18 15 12 9 其顯示的伏安特性曲線如圖 21 所示，它具有強(qiáng)烈的非線性。由于單晶硅的效