【正文】 ......................... 28 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 29 致 謝 .......................................................................................................................... 32 附錄 A 程序主要部分源代碼 .................................................................................... 33 附錄 B 程序使用說(shuō)明書 ............................................................................................ 41 附錄 C 整機(jī)電路圖 .................................................................................................... 42 第一章 緒論 1 第一章 緒論 課題的背景和意義 21 世紀(jì)資源與環(huán)境是關(guān)乎人類自身生存的熱點(diǎn)話題，隨著石油、煤礦等化石資源的不斷枯竭，迫切要求人們加快對(duì)太陽(yáng)能，風(fēng)能，潮汐能等新能源的研究。 using dedicated battery charging chip UC3906DW build the hardware circuit, the battery charge control and protection functions, battery for precision precious device from UC3906DW control the battery charge and discharge, greatly improved battery life, up by the conventional charger voltage current instability caused by the lack of damage to the battery。 光伏發(fā)電 LED控制系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電控制系統(tǒng)、電源管理、智能控制等領(lǐng)域。模塊包括太陽(yáng)能電源電路、充電控制，功率管驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路及光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。 SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 光伏發(fā)電 LED 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 2020 年 6 月摘要 I 摘 要 在傳統(tǒng)的太陽(yáng)能 LED 控制系統(tǒng)中，往往由于太陽(yáng) 能輸入電壓浮動(dòng)范圍大，導(dǎo)致充電電壓和充電電流不穩(wěn)定，甚至由此引起電池?fù)p耗過(guò)大、壽命變短等問(wèn)題，而且驅(qū)動(dòng)輸出部分由于負(fù)載變化，導(dǎo)致系統(tǒng)不能提供穩(wěn)定的電壓和電流，從而使系統(tǒng)不能正常工作。 光伏發(fā)電 LED控制系統(tǒng)主要闡述了整個(gè)控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊。其中太陽(yáng)能電源電路采用 BUCK 電路和閉環(huán) PID 控制電路實(shí)現(xiàn)電壓變換，相對(duì)于在傳統(tǒng)的 DCDC 電路，電路中加入反饋控制，大大提高了輸入電壓的范圍，并且具有電壓輸入范圍寬、模塊電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電壓轉(zhuǎn)換 效率高的特點(diǎn)；采用蓄電池專用充電芯片 UC3906DW 搭建硬件電路，實(shí)現(xiàn)蓄電池的充電控制和保護(hù)功能，蓄電池為精密貴重器件，由 UC3906DW 控制蓄電池充放電，極大地提高了蓄電池的使用壽命，彌補(bǔ)了由傳統(tǒng)充電器電壓電流不穩(wěn)定而引起蓄電池?fù)p壞的不足；功率自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路部分，從分析 LED 特性出發(fā)，利用高密度電源芯片 SA7527A，結(jié)合輸出光強(qiáng)和 LED溫度的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn) LED 的恒流驅(qū)動(dòng)、過(guò)壓保護(hù)和光衰補(bǔ)償?shù)墓δ?；整個(gè)系統(tǒng)采用 PIC16C7116/P 單片機(jī)控制， PIC16C7116/P 自帶了定時(shí)器、 A/D轉(zhuǎn)換、 PWM 模 塊，為整個(gè)系統(tǒng)提供 PWM 控制信號(hào)、模塊片選信號(hào)和其他工作狀態(tài)指示信號(hào)，并且將外部采集的光強(qiáng)信息運(yùn)算處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作狀態(tài)的智能控制。 關(guān)鍵詞 ： LED控制系統(tǒng)， UC3906DW 充電管理，功率自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)Abstract II Abstract In conventional solar LED control system, often due to the floating solar input voltage range, the charging voltage and charging current instability, and even the resulting cell loss is too large, shorter life expectancy and other issues, but also due in part to drive the output load change, can cause the system to provide stable voltage and current, so that the system does not work. PV LED control system mainly on the various modules of the control system. Modules include solar power circuit, the charge control, power tube drive circuit, protection circuit and photovoltaic power generation control system. Wherein the solar power supply circuit BUCK circuit and closedloop PID control circuit for voltage conversion, pared to the conventional DCDC circuit, the feedback control circuit is added, greatly improves the input voltage range, and has a wide input voltage range, the module circuit structure simple voltage conversion efficiency characteristics。 power adaptive drive circuit portion, starting from the analysis of LED characteristics, the use of highdensity power chip SA7527A, with output light intensity and LED temperature detection, to achieve the LED constant current driver, overvoltage protection and optical attenuation pensation function。相對(duì)于風(fēng)能和潮汐能來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能具有綠色環(huán)保、可再生、規(guī)律性易于掌握等特點(diǎn)，并且太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置具有簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，降低其成本和提高發(fā)電的可靠性是業(yè)界關(guān)注的重要技術(shù)問(wèn)題。 隨著“ 節(jié)能增效 ”活動(dòng)的開(kāi)展 ，光伏發(fā)電 的研究 得到了越來(lái) 越多的 社會(huì)各界的 廣泛 關(guān)注， 雖然國(guó)內(nèi) 市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多的太陽(yáng)能產(chǎn)品，但是 總體來(lái)說(shuō) 國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā) 技術(shù)和經(jīng)驗(yàn) 較為欠缺， 研究能力相對(duì)薄弱，加上國(guó)家對(duì)光伏發(fā)電 科研經(jīng)費(fèi) 投入 的不足 等因素 ，導(dǎo)致了 光伏產(chǎn)品可靠性差 和質(zhì)量 低等問(wèn)題 。 因此，自主 通過(guò)研究設(shè)計(jì) 出新一代 光伏發(fā)電控制電路迫在眉睫， 同時(shí)， LED 控制 系統(tǒng)涉及 電壓變換電路的設(shè)計(jì)、蓄 電池 充電特性 研究、 功率驅(qū)動(dòng)研究 、 控制電路設(shè)計(jì) 等方面的內(nèi)容， 因此 對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng) 也具有一定參考價(jià)值 。 我國(guó)的光伏發(fā)電起步較晚，起源于上世紀(jì) 70 年代。到 2020 年我國(guó)累計(jì)裝機(jī)容量為 35兆瓦，隨著對(duì)光伏發(fā)電的進(jìn)一步研究，太陽(yáng)能發(fā)電成本越來(lái)越低，太陽(yáng)能發(fā)電市場(chǎng)將發(fā)生徹底的改變。 本論文的研究?jī)?nèi)容和研究方法 （ 1）研究?jī)?nèi)容 本論文研究直流電壓變換電路， 蓄電池充電控制及其保護(hù)電路；分析研究LED驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路，使用 PIC16C7116/P 單片機(jī)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。其中直流電壓變換電路、PIC16C7116/P 單片機(jī)控制電路采用理論論證結(jié)合實(shí)驗(yàn)仿真的方法，充電電路 和LED驅(qū)動(dòng)電路采用理論計(jì)算和設(shè)計(jì)的方法。控制部分首先在 上開(kāi)發(fā)出 PIC16C7116/P 的控制程序，然后在 平臺(tái)上做測(cè)試。 方案選擇 本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)的各個(gè)部分設(shè)計(jì)成相應(yīng)的模塊，首先實(shí)現(xiàn)模塊應(yīng)有的 功能，最后在將各個(gè)模塊連接起來(lái)組成整機(jī)系統(tǒng)。 太陽(yáng)能電池板輸出額定直流電壓，通過(guò) Buck(降壓 )電路將太陽(yáng)能電池輸入電壓轉(zhuǎn)換為適合蓄電池充電的電壓，其中單片機(jī) PIC16C7116/P 提供 PWM 控制。 方案論證 （ 1）光伏電池：可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，存貯到蓄電池或供負(fù)載直 接使用。 （ 2） Buck 電壓變換：效率對(duì)光伏系統(tǒng)的應(yīng)用是非常重要的，單從 DC變換器的效率方面來(lái)看，各種電路中，單拓?fù)涫诫娐沸适亲罡叩?，?Buck 和 Boost；BuckBoost 結(jié)構(gòu)次之，橋式整流再次。 （ 3）充電控制和保護(hù)電路 ：采用 UC3906DW 實(shí)現(xiàn)充電控制和保護(hù)。其要求可由 UC3906DW 外接少量元件實(shí)現(xiàn)，并且可靠性高，性能優(yōu)良。因?yàn)楹蠹?jí)驅(qū)動(dòng)負(fù)載是 LED（大功率），橫流驅(qū)動(dòng)和過(guò)壓保護(hù)功能可以使用功率校正芯片 SA7527A 外接少量元件實(shí)現(xiàn)。 第二章 整體方案設(shè)計(jì) 4 整機(jī)系統(tǒng)框圖 根據(jù)設(shè)計(jì)方案繪制如下整機(jī)系統(tǒng)框圖。 首先太陽(yáng)能電壓輸入整機(jī)系統(tǒng)，由 BUCK 變換電路實(shí)現(xiàn) 2537V/18V 的 直流變換，再由充電控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電控制和過(guò)電保護(hù)。系統(tǒng)整體由 PIC16C7116/P單片機(jī)控制，其負(fù)責(zé)提供系統(tǒng)的 PWM 控制信號(hào)、各個(gè)模塊的片選信號(hào)以及顯示工作狀態(tài)等功能。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo) (1)DCDC 變換電壓 (前 /后 )： 25V~37V/18V； (2)驅(qū)動(dòng)功率范圍： 0~； (3)LED 驅(qū)動(dòng)能力：輸出電壓 20V，電壓波動(dòng) 2V，輸出電流 320mA，電流波動(dòng)20mA。 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 第三章 電源電路的研究與設(shè)計(jì) 5 第三章 電源電路的研究與設(shè)計(jì) 主電路的設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能輸入具有電壓寬，電流小等特點(diǎn)，為了能保證輸入電壓和蓄電池充電電壓的匹配， DCDC 主電路采用 BUCK 電路實(shí) 現(xiàn)。 m a x m in 18 0 .7 225oUVD ? ? ? （ 31） m in m a x 18 0 .4 937oUVD ? ? ? （ 32） 18 0 .536onomnomUVD ? ? ? （ 33） （ 2）電感 L和電容 C計(jì)算 m a x ( m i n) m a x m i n( ) ( ) on oL L sU U T U U DLHi i f ???? ? ??? (34) 電容耐壓值：由于最大輸出電壓為 37V，則電容耐壓值應(yīng)大于 37V。 （ 3）開(kāi)關(guān)管 Q 的選取 該電路的輸入電壓是 25V~37V，則開(kāi)關(guān)管耐壓值為 37V，電流的最大值為： 2 0 . 2 5 2 . 2 5Q p o LI I i A A? ? ? ? ? ? （ 35） 開(kāi)關(guān)管的頻率為 f = 250KHz ， 這里采用額定工作值是 150V/ 6A 的 MOSFET 管MTD6N15T4G。 傳遞函數(shù)具體參數(shù)為： 221 / 1000000( ) 36 1 / ( 25000) / 25000vd sGs ss??? ? ? ? （ 310） 主電路設(shè)計(jì)如圖 31。 PID 控制器（比例 積分 微分控制器），由比例單元 P、積分單元 I 和微分單