【正文】 （ ） 其中 300dcUV? ， 0 100PW? ， 2%?? ， ?? ， 510sTs?? 代入上式（ ）得： 51 0 0 0 .7 1 0 1 1 6 .6 6 70 .0 2 3 0 0dcCF ??????? （ ） 在實際的系統(tǒng)設(shè)計中，當開關(guān)管給電感充電時，后級逆變部分所需要的能量是由電容提供的，所以給設(shè)計的電容留下充足的裕量，所以給電容留一定的 5倍以上的容量，本文采用 600F? 的電容。 二、直流母線穩(wěn)壓電容參數(shù)的設(shè)計 升壓斬波電路輸出 端電容的作用：①給直流母線穩(wěn)壓②盡可能的濾除紋波電壓。但工作頻率過高則功率開關(guān)管的發(fā)熱和和損耗都會增加。開關(guān)頻率的選取時，應(yīng)該綜合考慮。 有以上各式可得電感的大小 ： 220(1 ) dc sUTL P????? （ ） 其中 0 100PW? 為輸出功率。 整理可得： 11dcPVUU ?? ? （ ） 本系統(tǒng)中，太陽能電池板陣列輸入電壓是 60V，直流母線電壓 dcU 范圍是250V～ 300V，由上式（ ）可得 ： m a x 3 0 0 6 0 0 .8300d c P VdcUUU? ? ?? ? ?，m in 2 5 0 6 0 0 .7 6250d c P VdcUUU? ? ?? ? ? 所以本系統(tǒng)中 boost 升壓斬波電路中占空比 ? 的范圍是 ～ 。根據(jù)伏秒平衡的定理，電感電壓在開關(guān)管的一個周期內(nèi)對時間的積分為零。因此，設(shè)計中選擇濾波元件總是盡量選取小的寄生電阻元件，且實際應(yīng)用中，是占空比調(diào)節(jié) ?? 。 其電路結(jié)構(gòu)原理圖如下 圖 ： LV D負 載CV TILi0U0abE 圖 BOOST電路結(jié)構(gòu) 一、 Boost 升壓電感參數(shù)的設(shè)計 對于一般的變換器來說，由于電感和電容寄生電阻的影響，隨負載電流增加，輸出電壓會下降，輸出電壓對占空比 ? 的敏感度下降，控制特性變差。 LCC 4abQ 2Q 3Q 4Q 5Z負載C 5D 1C 1ISILR 1C 2D 2蓄電池C 3L 2Q 1D 3P V 圖 主電路拓撲 DCDC 部分的電路拓撲 適用于直流轉(zhuǎn)換部分的電路拓撲有：降壓斬波電路（ busk 電路），升壓斬波電路（ boost 電路），升降壓斬波電路（ buckboost 電路）等等。 圖 RAM 4 主電路拓撲及電路主要參數(shù)設(shè)計 主電路拓撲 主電路拓撲如圖 所示 。本設(shè)計選用 CY7C1021（ 64K）的片外 RAM，只需將它的 A0A15 引腳直接和 DSP 的 XA0XA15 數(shù)據(jù)線相連， IO0IO15 與 DSP 的XD0XD15 地址線相連。 圖 緩沖電路的作用是用來解決電路中信號可能受到大的干擾，產(chǎn)生大的脈沖波，用來消除干擾，減少對控制芯片內(nèi)部器件沖擊，其連接電路如圖 所示。 由于 TMS320F2812采用的是 ，所以 MAX202E與 TMS320F2812 芯片之間必須加電平轉(zhuǎn)換電路。 圖 A/D轉(zhuǎn)換電路 四、電平轉(zhuǎn)換和緩沖電路 在新一代電子電路設(shè)計中 ， 隨著低電壓邏輯的引入 ， 系統(tǒng)內(nèi)部常常出現(xiàn)輸入/輸出邏輯不協(xié)調(diào)的問題 ， 從而提高了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。通常模擬信號的采集需要用到電壓互感器、電流互感器、壓力傳感器、霍爾元件等把大的信號轉(zhuǎn)化為弱電信號，然后經(jīng)過調(diào)理電路才能送入DSP。其接線如圖 所示。 SCI 模塊采用標準非歸 0數(shù)據(jù)格式，可以與 CPU 或其他通信數(shù)據(jù)格式兼容的異步外設(shè)進行數(shù)字通信。 圖 輔助電源電路 三、 2路串行通信 SCI 接口電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路 2 路串行通信接口（ SCI）是采用雙線通信的異步 串行通信接口，即通常所說的 UART 口。為 TPS767D318 提供 5V輸入，就可以得到輸出電壓分別為 和 ，每路的最大輸出電流為 750mA，并且提供兩個寬度為 200ms 的低電平復(fù)位脈沖。與 供電相比， 供電大大降低功耗。 圖 JTAG接口電路 TMS320F2812 采用了雙電源供電機制，以獲得更好的電源性能，其工作電壓為 和 。 JTAG 接口用于連接 DSP 系統(tǒng)板和仿真器，實現(xiàn)仿真器 DSP 訪問， JTAG 的接口必須和仿真器的接口一致，否則將無法連接上仿真器。標準的 JTAG 接口是 4 線 —— TMS、 TDI、 TDO、 TCK，分 別是模式選擇、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出和時鐘。其電路原路如圖 。當按鈕松開時，由于電容上的電壓不能突變，所以通過電阻 R22 進行充電，充電時間由 R22 和 C26的乘積值決定，一般要求大于 5個外部時鐘周期。 圖 DSP芯片和時鐘晶振 通過按鈕實現(xiàn)復(fù)位操作。因為晶振的頻率越高 DSP 運行速度就越快，越能夠滿足 DSP 處理能力的要求。連接起振電容是為了保證正常的起振，對振蕩頻率的影響極小。 圖 DSP外圍設(shè)備 DSP 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 一、時鐘晶振電路和復(fù)位電路 通過晶振電路的作用為 DSP 系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。每個外設(shè)被分配一段相應(yīng)的地址空間，主要包括配置寄存器、輸入寄存器和狀態(tài)寄存器。 二、 DSP 外圍設(shè)備 TMS320F2812 數(shù)字信號處理器集成了很多內(nèi)核可以訪問和控制的外部設(shè)備，內(nèi)核 需要某種方式來讀 /寫外設(shè)。 位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊， 2 8 通道復(fù)用輸入接口、兩個采樣保持電路、單 /連續(xù)通道轉(zhuǎn)換、流水線最快轉(zhuǎn)換周期為 60ns,單通道最快轉(zhuǎn)換周期 200ns、可以使用兩個事件管理器順序觸發(fā) 8 對模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ，每一個事務(wù)管理器包括：兩個 16 位的通用定時器； 8通道 16 位的 PWM；不對稱、對稱或者四個矢量 PWM 波形發(fā)生器；死區(qū)產(chǎn)生和配置單元；外部可屏蔽功率或驅(qū)動保護中斷；三個完全比較單元；三個捕捉單元，捕捉外部事件；同步模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。 ，支持動態(tài)改變鎖相環(huán)節(jié)的倍頻系數(shù)、片上振蕩器、看門狗。 ，最多達 128K 16 位的 Flash 存儲器 。 JTAG 邊界掃描接口。其功能結(jié)構(gòu)框如圖 所示。 DSP 概述 一、 DSP 內(nèi)部結(jié)構(gòu) TMS320F2812 處理器有較高的運算精度（ 32 位）以及系統(tǒng)的處理能力（達到150MIPS）。這種采用哈佛結(jié)構(gòu)的處理器能夠在一個周期內(nèi)完成乘法累加運算，與采用馮數(shù)字信號處理器的實現(xiàn)是以計算機技術(shù)和信號處理理論發(fā)展為基礎(chǔ)的 ，在其發(fā)展歷程中，有兩件事加速了 DSP技術(shù)的發(fā)展。本設(shè)計采用 TI公司推出的 TMS320F2812芯片。 基于 DSP 的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 自 20世紀 60年代以來，數(shù)字信號處理器（ Digital Signal Processing， DSP）日漸成為一項比較成熟的技術(shù)，并在多項應(yīng)用領(lǐng)域逐漸取代傳統(tǒng)了傳統(tǒng)模擬信號處理系統(tǒng)。 （ 3）有機半導(dǎo)體光伏電池：用含有一定數(shù)量的碳 — 碳鍵，導(dǎo)電能力介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成。而砷化鎵具有較好的溫度特性，理論效率高，較適合于制成太空光伏電池。主要有硫化鎘光伏電池和砷化鎵光伏電池。其造價低低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅光伏電池，目前主要用于弱光性電源，如手表、計算器等的電池。而非晶硅光伏電池是采用內(nèi)部原子排列“短程有序而長程無序”的非晶體 硅材料（簡稱 α — Si）制成。多晶硅材料又分為帶狀硅、鑄造硅、薄膜多晶硅等多種類型。由于在這種材料中的正負電荷有一部分會因晶體晶界連接的不規(guī)則性而損失，所有不能全部被PN 結(jié)電場分離，使之效率一般要比單晶硅光伏電池低。其中單晶硅材料結(jié)晶完整，載流子遷移率高，串聯(lián)電阻小，光電轉(zhuǎn)換效率高，可達 20%左右，但成本比較昂貴。這種形式的電池不但可以減少半導(dǎo)體材料的消耗，還未建筑物和太陽能應(yīng)用的一體化設(shè)計創(chuàng)造了條件。 （ 6）濕式光伏電池。指將兩種對光波吸收能力不同的半導(dǎo)體材料疊在一起構(gòu)成的光伏電池。可用于構(gòu)成薄膜光伏電池的材料有很多種，主要包括多晶硅、非晶硅、碲化鎘以及 CIS 等，其中以多晶硅薄膜光伏電池性能較優(yōu)。指利用薄膜技術(shù)將很薄的半導(dǎo)體光電材料撲在非報道提的襯底上而構(gòu)成的光伏電池。這種結(jié)構(gòu)的電池現(xiàn)已發(fā)展成為金屬 — 氧化物 — 半導(dǎo)體光伏電池（ MOS 光伏電池）、金屬 — 絕緣體 — 半導(dǎo)體光伏電池（即 MIS 光伏電池）等。指用金屬和半導(dǎo)體接觸組成一個“肖特基勢壘”的光伏電池（又稱 MS 光伏電池）。像砷化鎵光伏電池、硅光伏電池都為同質(zhì)光伏電池。 （ 2）同質(zhì)結(jié)光伏電池。由兩種不同禁帶寬度的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，在相接的界面上形成一個異質(zhì) PN 結(jié)。按電池結(jié)構(gòu)分類如下。這樣如果用導(dǎo)線連接兩個電極，就會有“光生電流”流過，從而產(chǎn)生電能。當太陽光照射到 PN 結(jié)時，就會產(chǎn)生一定量的電子和空穴對， N 區(qū)就有過剩的電子，這樣就形成了光生電動勢，其方向與勢壘電場方向相反。 3 光伏電池 光伏電池的工作原理 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池般是實現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換成電能的器件，光伏電池陣列是多個特性相同的電池單體經(jīng)過串并聯(lián)后構(gòu)成的，一是由半導(dǎo)體材料制成的，其特性與二極管類似。顯然風(fēng)能發(fā)電與太陽能發(fā)電具有很好的互補性，其優(yōu)點顯見：利用太陽能、風(fēng)能的互補特性可以產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出，提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性；在保證供電情況下，可以大大減少儲能蓄電池的容量；對混合發(fā)電系統(tǒng)進行合理的設(shè)計和匹配，可以基本上由風(fēng) /光系統(tǒng)供電，無須啟動備用電源和備用發(fā)電機，以此獲得較好的經(jīng)濟效益。較為常見的混合系統(tǒng)是風(fēng)一光互補系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 23所示。根據(jù)負載及系統(tǒng)的供電可靠性的需要，在 DC/DC 變換器輸出端連接蓄電池組。帶蓄電池組是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為可調(diào)度式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有不間斷電源的作用，還可以充當功率調(diào)節(jié)器，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、消除高次諧波分量，從而提高電能質(zhì)量；不帶蓄電池組的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)稱為不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，逆變器將光伏電池陣列提供的直流電能逆變成為和電網(wǎng)電 壓同頻、同相的交流電能，送往公共電網(wǎng)；當光伏電池陣列提供的電能不能滿足負載需要時，電網(wǎng)自動向負載補充電能。當太陽能光伏發(fā)電進入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)成為電力工業(yè)重要的組成部分，是太陽能光伏發(fā)電的重要方向和主流趨勢。圖 21 所示是典型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。還有像邊防哨所、氣象臺站、通信中繼站、大型海洋浮標等特殊場所也使用獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運行環(huán)境情況、輸出容量的大 小、本地負載容量的大小以及交流電網(wǎng)的情況，分別可工作于獨立運行模式、并網(wǎng)發(fā)電運行模式和混合運行模式三種。這 種包括蓄電池作為儲能環(huán)節(jié)的光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為“可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)”。目前我國在小功率逆變器上與國外處于同一水平，但在大功率逆變器上有較大的差距。它的功能是受控制系統(tǒng)控制，從而將直流轉(zhuǎn)變?yōu)榕c交流電網(wǎng)或本地交流負載相匹配的交流電。為此，控制系統(tǒng)除了完成對 DCDC 變換和 DCAC變換所需的基本控制外，還需在 DC— DC變換環(huán)節(jié)中增加 MPPT 控制，以實現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出。同時由于光伏陣列輸出特性的特殊性，其輸出功率為日照強度和模塊溫度的非線性函數(shù)，存在著最大輸出功率跟 (Maximum Power Point Tracking— MPPT)問題。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)中所需功率超過光伏模塊功率，則需要根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率要求，將同規(guī)格的光伏模塊串聯(lián)起來構(gòu)成光伏陣列 (PV Array)為系統(tǒng)提供更高的輸出功率和輸出電壓。 （ 1） 光伏電池陣列： 光伏電池是組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的最小單位，單個光伏電池功率較小，最大輸出功 率不超過 5Wp，為滿足不同等級負載供電需要，人們將光伏電池串并聯(lián)后統(tǒng)一封裝構(gòu)成光伏模塊 (Photovoltaic Module— PV)，這是目前光伏器件