【正文】 極管在電器應(yīng)用特別是家電應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。由于 PORTA內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻，因此要在外電路連接上拉電阻，如圖 65。可以用光敏電阻直接和 PIC16C7116/P 的 RA0RA3 相連接。電阻值隨著入射光的增強(qiáng)，電阻值不斷下降；入射光消失后，電阻值逐漸加大，因此導(dǎo)致 ADIN1ADIN4 的采樣電壓也不短變化，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。圖 63 光敏電阻模塊其中 R8R11 為四個(gè)光敏電阻，通過(guò) 5V 電阻接 VCC（5V） ，ADIN1ADIN4 連第六章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 接到對(duì)應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換器。光敏電阻的工作原理很簡(jiǎn)單，不同強(qiáng)度光照會(huì)引起電阻阻值發(fā)生變化，其根本為內(nèi)光電效應(yīng)?？刂颇K如圖 62。光強(qiáng)檢測(cè)部分采用光敏電阻，輸出信號(hào)經(jīng)放大電路放大后，直接傳送至單片機(jī)，PIC16單片機(jī)對(duì)送入的光強(qiáng)信息進(jìn)行處理，控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并通過(guò)顯示狀態(tài)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。第六章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 控制系統(tǒng)硬件框圖控制模塊核心采用 PIC16C7116/P 單片機(jī)。內(nèi)部的有 3 個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（2 個(gè)位8 位定時(shí)器，一個(gè)位 16 位自動(dòng)重載定時(shí)器） ，還集成有增強(qiáng)型捕捉/比較模塊和PWM 生成模塊，芯片管腳圖如圖 61。身為 PIC 單片機(jī)家族的一員，PIC16C7116/P 自帶有豐富的片上資源，如片上 A/D 轉(zhuǎn)換器、增強(qiáng)型捕捉/比較、PWM 生成。雖然時(shí)鐘頻率在一定程度上可以說(shuō)明單片機(jī)的功能，但不能僅依靠時(shí)鐘頻率來(lái)評(píng)價(jià)其性能，因?yàn)椴煌w系的 CPU 機(jī)構(gòu)也會(huì)影響處理能力。PIC16 單片機(jī)有計(jì)算功能和內(nèi)存管理，像 CPU 一樣，由軟件控制運(yùn)行。第六章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 第六章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PIC16C7116/P介紹PIC 單片機(jī)是一種用來(lái)廣泛開(kāi)發(fā)和控制外圍設(shè)備的集成電路，同時(shí)也是一款具有分散作用功能的多任務(wù)處理器，典型應(yīng)用于電源管理領(lǐng)域。由于輸圖 55 功率自適應(yīng)模塊電路第五章 驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì) 19 出負(fù)載為 LED 陣列，考慮到負(fù)載由于工作狀態(tài)引起輸出功率變動(dòng)，采用了光照補(bǔ)償技術(shù)和溫度補(bǔ)償技術(shù)。(4)模塊電路圖根據(jù)預(yù)期目標(biāo)以及以上參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出如圖 55 的功率自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路。其工作工程為，LED 燈珠長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致溫度升高，SA7527A 的 3 管腳由于RRRT 的作用，對(duì)地等效電阻變小，因此導(dǎo)致 3 管腳的輸入信號(hào)變小，從第五章 驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì) 18 而通過(guò) SA7527A 調(diào)節(jié) PWM 輸出，再經(jīng)過(guò)變壓器次極端，使輸出電流減小，從而有效的克服了由于溫度引起的 LED 光衰問(wèn)題。(3) 光強(qiáng)度和溫度自動(dòng)補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)根據(jù)模擬電路的相關(guān)知識(shí)結(jié)合 PN 結(jié)溫度特性可知，LED 長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)發(fā)光會(huì)導(dǎo)致輸出 LED 燈珠光通量減小、溫度升高，甚至引起輸出光通量減低，但是這種問(wèn)題可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整輸出的驅(qū)動(dòng)電流而改善。該穩(wěn)壓管的基準(zhǔn)電壓為 ，且工作電流 IRC大于 1mA，功率驅(qū)動(dòng)模塊正常工作時(shí)，輸出電壓為。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(guò) Q3 以及反饋線圈繞組，控制流過(guò) 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(guò) 時(shí)，流過(guò) PC817 的電流，主要由驅(qū)動(dòng)電路輸出電流的大小來(lái)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)電路工第五章 驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì) 17 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(guò)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(guò)把輸出的檢測(cè)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(guò) 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(guò)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(duì)穩(wěn)定的輸出。蓄電池 開(kāi)關(guān)管 高頻變壓整流SA7527A光電隔離 輸出電流電壓檢測(cè)光衰/溫度補(bǔ)償輸出圖 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)：Φ10LED, 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) 15 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(guò)充電狀態(tài)下，電池電壓繼續(xù)升高，隨著電池電壓上升至過(guò)充電閾值時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行恒壓充電，并且輸出電壓穩(wěn)定在過(guò)第四章 充電電路的設(shè)計(jì) 14 充電閾值。當(dāng)在 25℃時(shí)，基準(zhǔn)電壓 Vref為 時(shí)： (41)34(1)67Rocref?? (42))F (43) (44)3?當(dāng)電池開(kāi)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(kāi)始蓄電池電量低，充電電路以較大值的電流對(duì)電池進(jìn)行充電，同時(shí)對(duì)電池電壓進(jìn)行不間斷檢測(cè)。UC3906DW 對(duì)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(duì)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第四章 充電電路的設(shè)計(jì) 13 致，可以彌補(bǔ)蓄電池對(duì)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) 12 表 41 電池主要特性表20HR 200Ah10HR 190Ah5HR 164Ah容量(25℃)1HR 110Ah內(nèi)阻(完全充電狀態(tài)) ?(25℃)40℃ 109%25℃ 100%0℃ 88%不同溫度下蓄電池的容量15℃ 76%容量保存率(25℃) 儲(chǔ)存期 3 個(gè)月 92%循環(huán) ,不大于 40A充電特性(25℃)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(zhǎng)、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(guò)開(kāi)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(guò)分壓得到，控制開(kāi)關(guān)管的 PWM 信號(hào)由 PIC16C7116/P 單片機(jī)產(chǎn)生。第三章 電源電路的研究與設(shè)計(jì) 10 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(guò)公式求得：C1=，C2=，C3=，R2=，R3=。所以 （314）6018(90)148)b????????由公式 （315）2(arctn)arctn(/)K得 K= 。當(dāng) fC為 時(shí)，G vd(s)的相位為148176。因此 fC要綜合考慮，取 fC=。 （311）12()/)(/)bczzc ppss????其中： （312）12122,ccczpcff fKK???????第三章 電源電路的研究與設(shè)計(jì) 9 （313）1212,1(3)31(2)c zz pbpKGRCRCRC?????????硬件電路圖如圖 33。設(shè) PWM 的載波幅度為 1，那么開(kāi)環(huán)系統(tǒng)函數(shù)為：F(s)=G vd(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(duì)固定的輸入電壓，起到直流變換作用，由于太陽(yáng)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： （36）21/()zvdinoossUQ???第三章 電源電路的研究與設(shè)計(jì) 7 其中， （37）e1(R/)osrLC??? （38）e(/)osrQ （39）e1RzsrC?取 R=，R esr =50mΩ，因?yàn)?L=，C=120uF，可求得ω 0=25000rad/s，f 0=ω 0/2π=，Q=，ω z=1000000rad/s，f z=ωz/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，V MIN=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。 第二章 整體方案設(shè)計(jì) 5 (4)光強(qiáng)弱信息采樣率：40 次/分；5．抗干擾能力：1~20s。 PIC16F716 單片機(jī)控制光強(qiáng)采樣充電控制和保護(hù)太陽(yáng)能電壓輸入鉛蓄電池狀態(tài)指示 LED 驅(qū)動(dòng)電路DCDC 變換圖 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(yáng)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(guò) SA7527A 控制實(shí)現(xiàn)功率自適應(yīng)調(diào)整。如圖 21。第二章 整體方案設(shè)計(jì) 4 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