畢業(yè)論文--光伏發(fā)電led控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

1、<p>　　SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ?。希啤。裕牛茫龋危希蹋希牵?lt;/p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　光伏發(fā)電LED控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)：

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2013年 6月</b></

3、p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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。</p><p>　　光伏發(fā)電LED控制系統(tǒng)主要闡述了整個(gè)控制

4、系統(tǒng)的各個(gè)模塊。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)。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DC-DC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(zhuān)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

5、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埽徽麄€(gè)系統(tǒng)采用PIC16C71-16/P單片機(jī)控制，PIC16C71-16/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

6、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。</p><p>　　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。 </p><p>　　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)</p><p><b>　　Abstract</b><

7、/p><p>　　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, shor

8、ter 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.</p><p>　　PV LED contr

9、ol 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. Where

10、in the solar power supply circuit BUCK circuit and closed-loop PID control circuit for voltage conversion, compared to the conventional DC-DC circuit, the feedback control circuit is added, greatly improves the input vol

11、tage range, and has a wide input voltage range, </p><p>　　PV LED control system has a simple hardware structure, high stability, low price and can be widely used in photovoltaic power generation control syst

12、em, power management, intelligent control and other fields.</p><p>　　Keywords: LED control system, UC3906DW charge management, power adaptive drive</p><p><b>　　目 錄</b></p><

13、;p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄II</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的背景和意義1</p><p

14、>　　1.2 國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容和研究方法2</p><p>　　第二章 整體方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 方案選擇與論證3</p><p>　　2.1.1 方案選擇3</p><p>　　2.1.2 方案論證3</p>&l

15、t;p>　　2.2 整機(jī)系統(tǒng)框圖4</p><p>　　2.3 預(yù)期目標(biāo)與系統(tǒng)指標(biāo)4</p><p>　　2.3.1 設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)4</p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)4</p><p>　　第三章 電源電路的研究與設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 主電路的設(shè)計(jì)5</p>

16、<p>　　3.1.1 電路參數(shù)計(jì)算5</p><p>　　3.1.2 電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.2 反饋電路的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2.1 電路參數(shù)計(jì)算7</p><p>　　3.2.2 電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.3 電源電路的設(shè)計(jì)8</p><

17、p>　　第四章 充電電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1 充電電路原理概述10</p><p>　　4.1.1 UC3906DW介紹10</p><p>　　4.1.2 6-GFM-200特性分析10</p><p>　　4.1.3 充電原理11</p><p>　　4.2 充電電路設(shè)計(jì)12&l

18、t;/p><p>　　第五章 驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì)14</p><p>　　5.1 SA7527A功率校正芯片介紹14</p><p>　　5.2 原理概述與電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　5.2.1 原理概述14</p><p>　　5.2.2 電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　第六章

19、 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)18</p><p>　　6.1 PIC16C71-16/P介紹18</p><p>　　6.2 控制部分軟硬件設(shè)計(jì)18</p><p>　　6.2.1 控制系統(tǒng)硬件框圖19</p><p>　　6.2.2.1 光強(qiáng)檢測(cè)部分19</p><p>　　6.2.2.2 MCU模塊設(shè)計(jì)20<

20、/p><p>　　6.2.2.3 狀態(tài)顯示電路設(shè)計(jì)20</p><p>　　6.2.2.4 供電電路設(shè)計(jì)21</p><p>　　6.2.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　第七章 結(jié)論與展望25</p><p>　　7.1 誤差分析與結(jié)論25</p><p>　　7.1.1誤差

21、分析25</p><p>　　7.1.2 結(jié)論26</p><p>　　7.2 有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題27</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p>　　附錄A 程序主要部分源代碼32<

22、/p><p>　　附錄B 程序使用說(shuō)明書(shū)40</p><p>　　附錄C 整機(jī)電路圖41</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的背景和意義</p><p>　　21世紀(jì)資源與環(huán)境是關(guān)乎人類(lèi)自身生存的熱點(diǎn)話(huà)題，隨著石油、煤礦等化石資源的不斷枯竭，迫切要求

23、人們加快對(duì)太陽(yáng)能，風(fēng)能，潮汐能等新能源的研究。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?？煽康目刂葡到y(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響巨大，因此，太陽(yáng)能控制系統(tǒng)一直是業(yè)界關(guān)注的研究領(lǐng)域。</p><p>　　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)

24、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。</p><p>　　光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)無(wú)法突破，造成很多計(jì)劃無(wú)法進(jìn)行，不僅造成國(guó)內(nèi)相關(guān)項(xiàng)目的終止，而且，由于國(guó)內(nèi)技術(shù)瓶頸等問(wèn)題的存在，很多企業(yè)開(kāi)始從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)技術(shù)，更甚至直接購(gòu)買(mǎi)成品的控制電路，這對(duì)本國(guó)名族工業(yè)的沖擊巨大，對(duì)國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新造成了嚴(yán)

25、重的威脅，加之國(guó)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。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。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電研究現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng)前階段國(guó)際上光

26、伏發(fā)電技術(shù)成熟的國(guó)家包括日本、歐盟和美國(guó)等國(guó)，截止2004年，全球光伏發(fā)電的裝機(jī)總?cè)萘繛?65.5兆瓦，預(yù)計(jì)2005年，更是4963.52兆瓦，歐美國(guó)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(guò)半的全球發(fā)電量，而且在其國(guó)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。</p><p>　　我國(guó)的光伏發(fā)電起步較晚，起源于上世紀(jì)70年代。截止到2003年底，我國(guó)安裝的光伏電池約為5

27、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(wú)法大面積進(jìn)行推廣。到2004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。據(jù)統(tǒng)計(jì)2005到2010年，我國(guó)的光伏發(fā)電成本約為每千瓦時(shí)1.2元，隨著技術(shù)的不斷成熟，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)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

28、也會(huì)降到每千瓦時(shí)0.6元，我國(guó)光伏技術(shù)水平也有望進(jìn)入世界領(lǐng)先行列。</p><p>　　1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容和研究方法</p><p><b>　　（1）研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　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PIC16C71-16/P單片機(jī)設(shè)計(jì)光伏發(fā)電控制系統(tǒng)。&

29、lt;/p><p><b>　?。?）研究方法</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要研究方法包括理論論證和實(shí)驗(yàn)仿真。其中直流電壓變換電路、PIC16C71-16/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。</p><p>　　電源電路使用PSIM9.0軟件對(duì)基于PID控制器設(shè)計(jì)的DC-DC電

30、路進(jìn)行仿真，并作數(shù)據(jù)分析?？刂撇糠质紫仍贛PLAB_IDE_v8.85上開(kāi)發(fā)出PIC16C71-16/P的控制程序，然后在Proteus7.0平臺(tái)上做測(cè)試。</p><p>　　第二章 整體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 方案選擇與論證</p><p>　　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。</

31、p><p>　　2.1.1 方案選擇</p><p>　　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)。</p><p>　　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。</p><p>　　太陽(yáng)能電池板輸出額定

32、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)PIC16C71-16/P提供PWM控制。充電控制和保護(hù)電路采用鉛蓄電池充電專(zhuān)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。 </p><p>　　2.1.2 方案論證</p><p>　?。?）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。考慮

33、到項(xiàng)目采用的是CNPV-180M光伏組件，其峰值工作電壓時(shí)37.2V，因此本設(shè)計(jì)考慮使用25-37V可變電壓輸入。</p><p>　?。?）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?，如Buck和Boost；Buck-Boost結(jié)構(gòu)次之，橋式整流再次。因此此次設(shè)計(jì)使用Buck結(jié)構(gòu)電路。</p><p>　?。?）

34、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)。由于課題項(xiàng)目采用6-GFM-200蓄電池，額定電壓為12V，充電特性為:充電是14.50~14.90V/<40A,浮充13.60~13.80V /<40A。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。</p><p>　?。?）LED驅(qū)動(dòng)電路: 功率驅(qū)動(dòng)電路使用SA7527A搭建。因?yàn)楹蠹?jí)驅(qū)動(dòng)負(fù)載是LED（大功率），橫

35、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)。</p><p>　　綜合上訴論證，本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　2.2 整機(jī)系統(tǒng)框圖</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案繪制如下整機(jī)系統(tǒng)框圖。如圖2-1。</p><p>　　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)25-37V/18V的直流變換

36、，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)。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。系統(tǒng)整體由PIC16C71-16/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。</p><p>　　圖2-1 整機(jī)系統(tǒng)框圖</p><p>　　2.3 預(yù)期目標(biāo)與系統(tǒng)指標(biāo)</p><p>　　2.3.

37、1 設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)</p><p>　　(1)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能輸入電壓自適應(yīng)匹配；</p><p>　　(2)實(shí)現(xiàn)鉛蓄電池的智能充電和充放電保護(hù)；</p><p>　　(3)設(shè)計(jì)出外接負(fù)載可變的LED驅(qū)動(dòng)電路；</p><p>　　(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。</p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

38、指標(biāo)</p><p>　　(1)DC-DC變換電壓(前/后)：25V~37V/18V；</p><p>　　(2)驅(qū)動(dòng)功率范圍：0~2.4KW；</p><p>　　(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。 </p><p>　　(4)光強(qiáng)弱信息采樣率：40次/分；5．抗干擾能力：1~20s。

39、</p><p>　　第三章 電源電路的研究與設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　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，DC-DC主電路采用BUCK電路實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.1.1 電路參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　（

40、1）占空比D計(jì)算</b></p><p>　　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。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p&

41、gt;<b>　?。?-3）</b></p><p>　　（2）電感L和電容C計(jì)算</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　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。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。</p><p>

42、;　?。?）開(kāi)關(guān)管Q的選取</p><p>　　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：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　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。</p><p>

43、　　3.1.2 電路設(shè)計(jì)</p><p>　　主電路的系統(tǒng)函數(shù)Gvd(s)為：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>

44、　　（3-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　取R=4.8Ω，Resr =50mΩ，因?yàn)長(zhǎng)=79.2uH，C=120uF，可求得ω0=25000rad/s，f0=ω0/2π=3978.87Hz，Q=2.2641，ωz=1000000rad/s，fz=ωz/2π≈159235.4Hz。</p>&l

45、t;p>　　傳遞函數(shù)具體參數(shù)為：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　主電路設(shè)計(jì)如圖3-1。</p><p>　　圖3-1 電源電路主電路</p><p>　　3.2 反饋電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于BUCK電路只能對(duì)固定的輸入電壓，起到直流變換作用

46、，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。</p><p>　　PID控制器（比例-積分-微分控制器），由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。它的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，主要適用于時(shí)不變的線(xiàn)性系統(tǒng)。PID 控制器常常作為反饋元件在工業(yè)控制中出現(xiàn)，它的工作過(guò)程可以分為：（1）收集反饋信息數(shù)據(jù)；（2）與設(shè)定基

47、準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且用差值計(jì)算下一刻的輸入值。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。PID調(diào)節(jié)器自身的特點(diǎn)可以概括為：為了使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來(lái)糾正系統(tǒng)下一刻的輸入值。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。</p><p>　　3.2.1 電路參數(shù)計(jì)算</p><p>　　根據(jù)

48、設(shè)計(jì)指標(biāo)，電源電路應(yīng)具有25-37V/18V電壓變換功能。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。為后接模塊提供穩(wěn)定的電壓和電流。閉環(huán)反饋原理如圖3-2。</p><p>　　圖3-2 閉環(huán)反饋原理圖</p><p>　　采樣值輸出電壓和基準(zhǔn)電壓值的差值傳送到誤差放大器，經(jīng)過(guò)PID控制器、PWM調(diào)制控制開(kāi)關(guān)管的工作，從而維持輸出電壓穩(wěn)定在預(yù)定值，還在一定范圍內(nèi)有去除小干擾

49、的功能。</p><p>　　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)=Gvd(s)*H(s)*Gc(s)。</p><p>　　補(bǔ)償環(huán)節(jié)GZ(s)的設(shè)計(jì)采用K因子法，GC(s)采用PID調(diào)節(jié)器。</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　其中：</b>

50、;</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　硬件電路圖如圖3-3。</p><p><b>　　圖3-3 補(bǔ)償回路</b></p><p>　　fC的大小與系統(tǒng)的響應(yīng)速度快慢

51、有關(guān)， fC的值越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度就會(huì)越快；但是為了抑制開(kāi)關(guān)頻率而產(chǎn)生的的干擾，fC應(yīng)該取較小值。因此fC要綜合考慮，取fC=24.592KHz。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選取基準(zhǔn)參考電壓Vref 為9V，那么由Gb = 1/(Gvd(fc)*H(fc))可得Gb 值為1.9；補(bǔ)償系統(tǒng)函數(shù)：H(s)取值 1/2。當(dāng)fC為24.592kHz 時(shí)，Gvd(s)的相位為-148°，此處取相位裕度為60

52、76;。所以</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p><b>　　由公式</b></p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　得K= 13.04。</p><p>　　根據(jù)式3-12確定零極點(diǎn)值，結(jié)果為

53、：c=948280，z1=z2=223124.7，p1=p2=4.30190。</p><p>　　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=44.234nF，C2=6.91pF，C3=35.576nF，R2=58.6Ω，R3=803.766Ω。</p><p>　　3.2.2 電路設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)上節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)反饋系

54、統(tǒng)電路圖，如圖3-4。</p><p>　　3.3 電源電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電源電路整機(jī)采用BUCK主電路和反恐控制電路實(shí)現(xiàn)。主電路實(shí)現(xiàn)可變輸入電壓下的電壓變換，在輸入電壓發(fā)生變化的情況下，反饋回路自動(dòng)校正輸出電壓</p><p>　　圖3-4 反饋系統(tǒng)電路</p><p>　　和電流，使電壓輸出穩(wěn)定在18V，電流輸出穩(wěn)定在2A，

55、電路如圖3-5。</p><p>　　圖3-5 電源模塊電路</p><p>　　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PIC16C71-16/P單片機(jī)產(chǎn)生。</p><p>　　第四章 充電電路的設(shè)計(jì)</p>

56、<p>　　4.1 充電電路原理概述</p><p>　　4.1.1 UC3906DW介紹</p><p>　　充電電路基于UC3906DW設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。圖 4-1為芯片UC3906DW內(nèi)部結(jié)構(gòu)，作為專(zhuān)用電源管理芯片，其內(nèi)部集成限流電路和控制電路。由于芯片驅(qū)動(dòng)管腳輸出電流可以大于25mA，因此能夠驅(qū)動(dòng)外接的開(kāi)關(guān)管，從而控制電路的輸出電壓和電路，電池的充電狀態(tài)可以通過(guò)內(nèi)部檢測(cè)比較器來(lái)

57、檢測(cè)。</p><p>　　圖 4-1 UC3906DW內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.1.2 6-GFM-200特性分析</p><p>　　6-GFM-200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(lèi)，則可以分為6V和12V兩種，個(gè)鐘型號(hào)的容量從10Ah-200Ah不等。其應(yīng)用分布廣泛，例如可應(yīng)用于應(yīng)急照明領(lǐng)域、

58、光伏發(fā)電存儲(chǔ)系統(tǒng)、通信信息系統(tǒng)領(lǐng)域、應(yīng)急UPS系統(tǒng)、航空工業(yè)領(lǐng)域等。</p><p>　　6-GFM-200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)。</p><p>　　其電池特性如表4-1，恒定功率放電時(shí)刻表如表4-2。</p><p>　　表4-1 電池主要特性表</p><p>　　表4-2 恒定功率放電時(shí)刻表&l

59、t;/p><p>　　4.1.3 充電原理</p><p>　　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。當(dāng)充電電路檢測(cè)到電池的電壓或放電電流小于放電設(shè)定值的時(shí)候,充電器通過(guò)控制比較器調(diào)節(jié)電路，使之變?yōu)槌潆姞顟B(tài)；而且，該比較器還能在驅(qū)動(dòng)器截止時(shí)輸出25~30mA的充電小電流，因此，短時(shí)間的電池反接或者是充電電路短路，產(chǎn)生的電流也非常小，不足以損壞蓄電池。</p

60、><p>　　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。由于蓄電池的電壓特性也隨溫度變化，如其4 mV/℃的負(fù)溫度特性，而且溫度過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)大大影響其工作特性，溫度過(guò)高時(shí)（高于46℃），蓄電池就可能會(huì)由于過(guò)充電而發(fā)生損壞，同樣在溫度很低的情況下，例如在地獄0℃時(shí)，就可能引起不能完全充電的現(xiàn)象，對(duì)于鉛蓄電池而言，其工作溫度在25℃左右。然而因?yàn)閁C3906DW

61、的溫度特性與蓄電池一致，可以彌補(bǔ)蓄電池對(duì)環(huán)境溫度比較敏感這一缺陷。功耗對(duì)一個(gè)電路設(shè)計(jì)也是非常重要的，UC3906DW的工總電流為1. 7mA，可大大減小系統(tǒng)自身帶來(lái)的損耗，以最低的開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)溫度參數(shù)的精確檢測(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。</p><p>　　基于UC3906DW搭建的充電電路，有三種工作狀態(tài)

62、，分別是大電流恒流充電、低電壓恒壓浮充和高電壓過(guò)充電。</p><p>　　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)。當(dāng)電池電量充到了總量的90%左右時(shí)，即電池電壓達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)換電壓，則充電器會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換至過(guò)充電狀態(tài)。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。隨著充電電流的變小，電池也在繼續(xù)不斷充電，當(dāng)電流繼續(xù)降低至預(yù)定終止電流時(shí)，輸出電壓也隨之下

63、降到了浮充電壓,同時(shí)電池的容量也充到了額定電量的100%。</p><p>　　4.2 充電電路設(shè)計(jì)</p><p>　　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4-2的充電電路。其中，充電電路的各個(gè)狀態(tài)的閾值，以及輸出的電壓和電流的大小，都可以通過(guò)設(shè)置R2、R3、R4、R6和R7阻值加以設(shè)定。</p><p>　　當(dāng)在25℃時(shí)，基準(zhǔn)

64、電壓Vref為2.3V時(shí)：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p><b>　　(4-2)</b></p><p><b>　　(4-3)</b></p><p><b>　　(4-4)</b></p><p&g

65、t;　　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)R3、R4與R6分壓電阻分壓后加到引腳13（即比較器反向輸入端）。當(dāng)分壓電壓上升至Vref的95%時(shí)候，充電狀態(tài)轉(zhuǎn)換成為過(guò)充電，取樣比較器輸出低電平，同時(shí)，過(guò)充電指示端輸出低電平。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

66、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)充電閾值。進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)之后，電路輸出端的輸出電流開(kāi)始變小，最終維持穩(wěn)定不變，充電過(guò)程完成。</p><p>　　圖4-2 充電控制電路</p><p>　　第五章 驅(qū)動(dòng)電路的研究與設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 SA7527A功率校正芯片介紹</p><p>　　SA7527A芯片內(nèi)部

67、集成有校正電路，可以校正輸出功率。此電路不用外接R/C濾波器，它的內(nèi)部集成了一個(gè)內(nèi)置的R/C濾波電路和電流感應(yīng)電路。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。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-1。管腳描述如表5-1。</p><p>　　圖5-1 SA7527A結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由

68、于SA7527A芯片內(nèi)部的豐富資源，可以設(shè)計(jì)出基于SA7527A的LED功率驅(qū)動(dòng)電路，并且電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定性可靠、功率因數(shù)高和低成本的特點(diǎn)。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。</p><p>　　5.2 原理概述與電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5.2.1 原理概述</p><p>　　模塊采用25W

69、負(fù)載為參考，通過(guò)分析LED燈管的工作特性,設(shè)計(jì)出功率驅(qū)動(dòng)電路。LED使用總量為100顆，型號(hào)：Φ10-LED, 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)）。通過(guò)分析設(shè)計(jì)對(duì)象以及指標(biāo)，繪制出如圖 5-2的驅(qū)動(dòng)方案。</p><p>　　圖 5-2 功率驅(qū)動(dòng)電路框圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)功率25W，輸入電壓為12V輸出為20V。通過(guò)計(jì)算輸入和輸出電壓比例關(guān)系（輸入電壓

70、12V，輸出電壓20V），確定初/次級(jí)匝數(shù)比為:30匝:50匝，反饋匝數(shù)8匝。</p><p>　　5.2.2 電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　(1)輸入部分設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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E-O端，通過(guò)SA7527A運(yùn)算產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，由于負(fù)

71、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。主電路如圖5-3。</p><p>　　通過(guò)分析可知SA7527A的MUL引腳可承受輸入電壓值為為3.7V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。因此，高壓分壓電阻比為 (12V為蓄電池輸出電壓)，由于乘法器的輸入端口的最大允許值是 5μA，

72、電路選用電壓取樣電路的自身功率為1/8W，那么R2 + R3≥900kΩ。因此取R3=750kΩ，R2=150kΩ。</p><p>　　(2)輸出與反饋部分設(shè)計(jì)</p><p>　　輸出端的電壓采樣信號(hào)首先通過(guò)反饋繞組，將取樣信息反饋到變壓器的初級(jí)，再由PC817光耦反饋到芯片的反向控制輸入引腳1（INV引腳）。當(dāng)輸出電流取樣電阻上的壓降值超過(guò)0.8V時(shí)，流過(guò)PC817的電流，主要由驅(qū)動(dòng)

73、電路輸出電</p><p>　　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。這樣的自動(dòng)恒流/恒壓特性保證了當(dāng)LED出現(xiàn)開(kāi)路以及短路時(shí)，電路不會(huì)出現(xiàn)連鎖性破壞。</p><p>　　圖5-3 功率驅(qū)動(dòng)主電路</p><p>　　光電耦合器PC817具有電流傳輸比為1:1的工作特性，其

74、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。SA7527A的INV引腳在2.5V左右正常工作，此處取電阻R4的阻值1kΩ，則PC817的工作電流則為2.5mA。</p><p>　　因此，整個(gè)恒流反饋電路由三極管Q3、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(xiàn)圈繞組，控制流過(guò)PC817的電流發(fā)生相應(yīng)改變，最

75、終使輸出電流穩(wěn)定在預(yù)定值。恒壓輸出大小由TL431穩(wěn)壓管確定。該穩(wěn)壓管的基準(zhǔn)電壓為2.5V，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。R17，R14的阻值可以根據(jù)輸出電壓大小以及選用的電阻功率加以確定，通過(guò)計(jì)算得之R17 = 21kΩ,R14 = 3kΩ。</p><p>　　(3) 光強(qiáng)度和溫度自動(dòng)補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)模擬電路的相關(guān)知識(shí)結(jié)合PN結(jié)

76、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。</p><p>　　本電路采用光敏電阻和溫敏電阻實(shí)現(xiàn)輸出電流補(bǔ)償，如圖5-4。</p><p>　　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R1、R2、RT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)

77、變小，從而通過(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。另外，LED燈珠光通量的穩(wěn)定性受PN結(jié)</p><p>　　圖5-4 溫度和光衰補(bǔ)償電路</p><p>　　溫度的影響較大，PN結(jié)溫度升高在一定程度上會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)壓降也同步升高，因此導(dǎo)致輸出電壓過(guò)早的由恒流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹銐籂顟B(tài)，從而影響LED的正常工作，解決方法是在

78、電路末端，并接輸出電壓補(bǔ)償電路來(lái)恒定輸出電壓，這樣LED燈珠溫度升高時(shí)，通過(guò)計(jì)算補(bǔ)償電路的電阻參數(shù)，設(shè)置合適的閾值電壓，就可以實(shí)現(xiàn)恒流和恒壓功能。</p><p><b>　　(4)模塊電路圖</b></p><p>　　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5-5的功率自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路。主電路采用了基于SA7527A的BOOST電路，實(shí)現(xiàn)12V-20V的直流電壓變換。

79、由于輸</p><p>　　圖5-5 功率自適應(yīng)模塊電路</p><p>　　出負(fù)載為L(zhǎng)ED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)。實(shí)現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計(jì)的輸出電壓20V，電流320mA的要求。</p><p>　　第六章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1 PIC16C71-16/P介紹</p&

80、gt;<p>　　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。</p><p>　　PIC 16單片機(jī)是一款小型的單片機(jī)。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。然而不同類(lèi)型的PIC單片機(jī)處理能力各部相同，存儲(chǔ)器容量也有所不同，但是它們的共同點(diǎn)是，最高工作頻率都在20MHz擺動(dòng)，存儲(chǔ)器容量也非

81、常小（通常在4K之內(nèi)）。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。如果參考標(biāo)準(zhǔn)是相同的體系，則時(shí)鐘頻率較高的處理器處理能力就會(huì)一定比較強(qiáng)。</p><p>　　身為PIC單片機(jī)家族的一員，PIC16C71-16/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。并且其指令集只有35條單字指令，具有工作速度快和

82、低功耗等特點(diǎn)。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6-1。</p><p>　　圖6-1 PIC16C71-16/P管腳圖</p><p>　　6.2 控制部分軟硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　控制模塊主要完成對(duì)整機(jī)系統(tǒng)的工作控制，包括為各模塊提供PWM控制信號(hào)、系統(tǒng)工

83、作狀態(tài)指示、系統(tǒng)保護(hù)、系統(tǒng)復(fù)位等功能。</p><p>　　6.2.1 控制系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　控制模塊核心采用PIC16C71-16/P單片機(jī)。本系統(tǒng)通過(guò)光強(qiáng)檢測(cè)模塊采集外接光強(qiáng)度，并由單片機(jī)處理光照信息，控制其他電路模塊正常工作。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

84、示狀態(tài)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。PIC16還負(fù)責(zé)產(chǎn)生各個(gè)模塊的PWM以及片選信號(hào)?？刂颇K如圖6-2。</p><p>　　圖6-2 控制模塊框圖</p><p>　　6.2.2.1 光強(qiáng)檢測(cè)部分</p><p>　　光強(qiáng)檢測(cè)由四個(gè)光敏電阻并聯(lián)組成。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)。其制作相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需要在光敏材料的兩端分

85、別插上電極引線(xiàn)，然后將其裝在特制的管殼里，如此就構(gòu)成簡(jiǎn)單的光敏電阻，電路原理圖如圖6-3。</p><p>　　圖6-3 光敏電阻模塊</p><p>　　其中R8-R11為四個(gè)光敏電阻，通過(guò)5V電阻接VCC（5V），ADIN1-ADIN4連接到對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器。光敏電阻為半導(dǎo)體器件，其特點(diǎn)很多，例如靈敏度高、光譜特性好，而且r值一致性也很出色，尤其在很多惡劣環(huán)境下（如高溫、潮濕），還可

86、以有很好的穩(wěn)定性和可靠性，</p><p>　　光敏電阻是由于其內(nèi)部的光電效應(yīng)引起內(nèi)部阻抗特性發(fā)生改變而工作的。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ADIN1-ADIN4的采樣電壓也不短變化，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。 </p><p>　　由于PIC16C71-16/P內(nèi)部集成成了四通道AD轉(zhuǎn)換器，因此不用外加AD轉(zhuǎn)換模塊。可以用光敏電阻直接和PIC16

87、C71-16/P的RA0-RA3相連接。 </p><p>　　6.2.2.2 MCU模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　PIV16F716I單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括晶振電路和，復(fù)位模塊。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6-5。</p><p>　　圖6-5 PIC16C71-16/P最小系統(tǒng)</p><p>　　6

88、.2.2.3 狀態(tài)顯示電路設(shè)計(jì) </p><p>　　采用發(fā)光二極管來(lái)指示光伏發(fā)電裝置的工作狀態(tài)。由于價(jià)格低廉，發(fā)光二極管在電器應(yīng)用特別是家電應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。絕大多數(shù)電源設(shè)備狀態(tài)指示用的都是發(fā)光二極管。而且功耗低，因此成為系統(tǒng)顯示設(shè)備理想的選擇。硬件接線(xiàn)原理圖 6-6。三只二極管分別連接PIC16的RB5-7 三個(gè)管腳，通過(guò)三個(gè)NPN管和三個(gè)PNP管控制開(kāi)關(guān)。</p><p>　　其中D

89、4，D6和D8三只為紅色，D5，D7和D9三只為綠色。D4和D5兩只指示整機(jī)系統(tǒng)的工作狀態(tài)；D6、D7指示電池的充電狀態(tài)，D7、D8指示驅(qū)動(dòng)電路的工作狀態(tài)。</p><p>　　圖6-6 狀態(tài)顯示電路</p><p>　　6.2.2.4 供電電路設(shè)計(jì) </p><p>　　對(duì)于任何一個(gè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，電源都是非常重要的，產(chǎn)品性能的好壞很大程度上有電源決定。系統(tǒng)利用充電蓄電

90、池為控制系統(tǒng)供電，從而不必再為控制器另備獨(dú)立的外部電源。本系統(tǒng)中輔助電源電路根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要而設(shè)計(jì)，由于采用了PIC16C71-16/P單片機(jī)進(jìn)行控制，故系統(tǒng)需要提供正 5V 的電壓給 CPU供電。另外，</p><p>　　圖6-7 供電電路圖</p><p>　　還需要正12V電源給電路中的BUCK電路提供9V基準(zhǔn)電壓。因?yàn)樘?yáng)能發(fā)電系統(tǒng)主要用于電網(wǎng)未涉及的地域，并且由于本系統(tǒng)為獨(dú)立

91、光伏發(fā)電控制系統(tǒng)，所以整個(gè)系統(tǒng)的工作需要利用太陽(yáng)能所存儲(chǔ)的電能，經(jīng)過(guò)變壓處理后提供電源支持，在本設(shè)計(jì)中欲得到5V和9V的電源來(lái)支持圖6-7中各個(gè)電路模塊的工作。</p><p>　　蓄電池輸出12V電壓，經(jīng)過(guò)9V（D4）穩(wěn)壓二極管在9Vout端輸出9V直流電壓，為PID反饋電路提供基準(zhǔn)比較電壓。9V再經(jīng)過(guò)LM7805三端穩(wěn)壓集成電路，輸出5V直流電壓供單片機(jī)使用。</p><p>　　6.

92、2.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　由于系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度實(shí)時(shí)控制外接電路，因此必須要求系統(tǒng)高速率的采樣外接光照強(qiáng)度，并做出相應(yīng)的控制操作。</p><p>　　但由于實(shí)際外接光照并非理想，光強(qiáng)并不是連續(xù)的變化，外接的干擾（例如：人為的遮擋、烏云的遮擋），都會(huì)影響采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)的錯(cuò)誤操作，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在軟件編程中，本系統(tǒng)采用了“環(huán)路數(shù)據(jù)比較判定”的方法來(lái)

93、減小外界干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。</p><p>　　基本實(shí)現(xiàn)思想為，通過(guò)四路AD通道采樣光敏電阻的電壓變化，得到X1，X2，X3，X4四組數(shù)值， 四組數(shù)值輸入PIC單片機(jī)，CPU對(duì)四路數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　由于PIC單片機(jī)不支持?jǐn)?shù)據(jù)的浮點(diǎn)運(yùn)算，因此可以先將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，然后判別。

94、具體實(shí)現(xiàn)為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　即將采樣的四組數(shù)值對(duì)5進(jìn)行歸一化。</p><p><b>　　(6-3)</b></p><p>　　“環(huán)路數(shù)據(jù)單元”的定義原理如圖6-8。</p><p>　　環(huán)形數(shù)據(jù)單元可以實(shí)現(xiàn)判斷基準(zhǔn)光

95、強(qiáng)的存儲(chǔ)，將采樣均值Y和基準(zhǔn)電壓的均值Y'進(jìn)行比較。基準(zhǔn)電壓為</p><p><b>　　(6-4)</b></p><p>　　圖6-8環(huán)形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元</p><p>　　若|Y-Y'|>10則認(rèn)為是干擾信號(hào)，忽略此次采樣值。|Y-Y'|<=10則認(rèn)為采樣值有效，存入Pointer指針指向的“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

96、單元”，作為一個(gè)新的基準(zhǔn)參考電壓，同時(shí)Pointer加1，指向下一存儲(chǔ)單元。當(dāng)指針移動(dòng)至N單元時(shí)，下一次Pointer指針重新指向單元首地址。因此運(yùn)用“環(huán)形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元”可以有效的節(jié)省系統(tǒng)的硬件存儲(chǔ)資源，并且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)對(duì)一定室間隔的數(shù)據(jù)區(qū)平均，有效的判別采樣電壓的可信性。</p><p>　　軟件中PWM信號(hào)通過(guò)PIC內(nèi)部的定時(shí)器2提供，系統(tǒng)采用1MHz晶振，可通過(guò)軟件設(shè)置定時(shí)器2的分頻寄存器設(shè)置。</p&

97、gt;<p>　　主程序流程圖如圖6-9。定時(shí)器中斷流程圖如圖6-10。詳細(xì)程序代碼如附錄A和B中說(shuō)明。</p><p>　　程序流程圖主要包括兩個(gè)部分，第一部分（即流程圖一）為主程序流程圖，系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先進(jìn)行各個(gè)寄存器和標(biāo)志位的初始化，初始化階段完成的工作有：定時(shí)器0、2完成初始設(shè)置，光強(qiáng)寄存數(shù)組初始化，各個(gè)控制標(biāo)志位初始化。之后程序開(kāi)始不斷的對(duì)AD采樣值進(jìn)行處理分析，根據(jù)處理結(jié)果來(lái)設(shè)置控制位的

98、狀態(tài)，若采集信息是干擾信息，則放棄此處采樣結(jié)果，等待下次信息到來(lái)，反之將采集結(jié)果寄存到光強(qiáng)數(shù)組中。當(dāng)沒(méi)有定時(shí)器中斷到來(lái)的情況下，主程序就連續(xù)不斷的對(duì)程序處理，并且設(shè)置控制位。</p><p>　　程序流程圖的第二部分是定時(shí)器中斷處理，程序中定時(shí)器主要負(fù)責(zé)提供PWM控制信號(hào)以及定時(shí)信號(hào)，由于單片機(jī)采用1MHZ外部晶體，機(jī)器周期是1us，因</p><p>　　圖6-9 程序流程圖</p

99、><p>　　此要產(chǎn)生25KHz的PWM信號(hào)需要40個(gè)周期，因此在定時(shí)器流程處理中，通過(guò)設(shè)置計(jì)數(shù)標(biāo)志就可以確定計(jì)時(shí)的時(shí)間，產(chǎn)生所需信號(hào)。</p><p><b>　　第七章 結(jié)論與展望</b></p><p>　　7.1 誤差分析與結(jié)論</p><p>　　本章主要分析各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)誤差。其中電源模塊使用PSIM9.0軟件進(jìn)

100、行仿真，并通過(guò)MATLAB7.10軟件分析結(jié)果，控制部分采用MPLAB_IDE_v8.85和Proteus 7.0實(shí)現(xiàn)仿真。</p><p><b>　　7.1.1誤差分析</b></p><p><b>　?。?）電源電路分析</b></p><p>　　實(shí)際的電源電路仿真使用元件的標(biāo)準(zhǔn)值。準(zhǔn)確值是C1=75.6nF，C

101、2=0.446nF，C3=74.81nF，R1=1K，Rbias=1K，R2=34Ω，R3=1458.4Ω。這里取標(biāo)準(zhǔn)值為C1=80nF，C2=30pF，C3=68nF，R1=1K，Rbias=1K，R2=34Ω，R3=1450Ω，額定輸入電壓，額定負(fù)載下的仿真，電壓響應(yīng)如圖7-1。</p><p><b>　　圖7-1</b></p><p>　　電壓穩(wěn)定時(shí)間大約為

102、1毫秒，穩(wěn)定時(shí)18V，峰值電壓36V，穩(wěn)定后的電壓紋波如圖7-2。</p><p><b>　　圖7-2</b></p><p>　　額定負(fù)載下，輸入電壓改變時(shí)的仿真，輸入電壓30V時(shí)的電壓響應(yīng)如圖7-3。</p><p><b>　　圖7-3</b></p><p>　　由圖7-3可知，輸出電壓紋

103、波系數(shù)為6mV，而且穩(wěn)壓效果好。</p><p>　　由仿真結(jié)果可以知，電源電路設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。</p><p>　?。?）LED功率驅(qū)動(dòng)能力分析</p><p>　　根據(jù)第五章設(shè)計(jì)論述，系統(tǒng)可以在12V蓄電池的輸入條件下，實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定在12V，電流320mA。</p><p>　　（3）抗干擾能力分析</p><

104、p>　　系統(tǒng)抗干擾特性部分主要采用軟件實(shí)現(xiàn)?？紤]到外界光照強(qiáng)度時(shí)連續(xù)變化的量，因此對(duì)于劇烈變化外界變化，程序采用長(zhǎng)度為40的環(huán)形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，寄存當(dāng)前時(shí)間的錢(qián)40秒鐘光強(qiáng)度信息。模塊采樣周期為2秒/次，初始化需要經(jīng)過(guò)40秒，之后對(duì)于外界的劇烈變化，系統(tǒng)將采樣值和寄存均值進(jìn)行比較，若小于閾值則認(rèn)為是干擾信息，系統(tǒng)放棄存儲(chǔ)本次采集信息，并且不會(huì)控制硬件動(dòng)作；若采樣值大于閾值，則認(rèn)為是正常數(shù)據(jù)，并且存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)單元。同時(shí)判定當(dāng)前的環(huán)境光照

105、強(qiáng)度，完成對(duì)各個(gè)模塊的控制。測(cè)試結(jié)果系統(tǒng)工作過(guò)程和預(yù)期一致，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期要求。</p><p><b>　　7.1.2 結(jié)論</b></p><p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電LED控制系統(tǒng)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，也是當(dāng)前光伏發(fā)電系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)之一，具有很高的實(shí)用價(jià)值。本論文首先介紹了該系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容和研究方法，然后分別分析和設(shè)計(jì)出太陽(yáng)能電源電路、充電保護(hù)電路、LED

106、驅(qū)動(dòng)電路和控制系統(tǒng)，對(duì)光伏發(fā)電LED 控制系統(tǒng)進(jìn)行了較為全面的分析與研究。 </p><p>　　綜合，論文主要完成了以下設(shè)計(jì)工作： </p><p>　　(1)闡述了光伏發(fā)電的LED控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。 </p><p>　　(2)根據(jù)指標(biāo)要求完成了各個(gè)電路的硬件設(shè)計(jì)。</p><p>　　(3)完成了對(duì)軟件編程，并且進(jìn)行了大量的調(diào)試及修改

107、完善工作，使整個(gè)系統(tǒng)能較穩(wěn)定的運(yùn)行。</p><p>　　(4)借助仿真軟件，進(jìn)行了系統(tǒng)部分模塊的模擬調(diào)試，驗(yàn)證了控制器的合理性和可靠性，基本完成了光伏發(fā)電LED 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。</p><p>　　7.2 有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題</p><p>　　本論文雖然已基本完成太陽(yáng)能光伏發(fā)電LED控制系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)，但由于學(xué)術(shù)水平、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及時(shí)間、條件等的限

108、制，仍有很多不足的地方，與本文相關(guān)的問(wèn)題還有大量工作需要進(jìn)一步深入進(jìn)行。 </p><p><b>　　其中包括：</b></p><p>　　(1) 電源電路的輸入電壓最高位37V，高于37V時(shí)輸出特性明顯下降，其中PID控制參數(shù)還可根據(jù)實(shí)際輸出效果做進(jìn)一步優(yōu)化。 </p><p>　　(2)考慮到實(shí)驗(yàn)的可行性，本次設(shè)計(jì)中的LED 燈設(shè)定的功

109、率不是很大，只做到了幾十瓦，在實(shí)際應(yīng)用中需要更大功率的LED燈。所以在LED驅(qū)動(dòng)電路方面還有待更加深入的研究。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　趙明,楊勁松,錢(qián)偉,曹剛.大功率LED路燈驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì).照明工程學(xué)報(bào),2011,22,66-69</p><p>　　陳尚伍,陳敏,錢(qián)照明.高亮度LED太陽(yáng)能路燈照明

110、系統(tǒng).電力電子技,2006,(6):43-45</p><p>　　鄧超平,凌志斌.新型的單相Buck電路實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào).2004, 38(8).</p><p>　　張正華.有機(jī)太陽(yáng)電池與塑料太陽(yáng)電池. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006.</p><p>　　竇偉，許洪華，李晶.跟蹤式光伏發(fā)電系統(tǒng)研究.太陽(yáng)能學(xué)報(bào)2007,4-16</

111、p><p>　　陳尚伍,陳敏,錢(qián)照明.高亮度LED太陽(yáng)能路燈照明系統(tǒng).電力電子技術(shù),2006,(6):43-45 </p><p>　　MaoLinChiang, ChiChangHua，JongRongLin.Direct Power Control for Distributed PV power system.Power Conversion Conferenee，2002:311-31

112、5</p><p>　　Duckmyung, Yuseong, Daejeon. Modified multilevel inverter employing half- and full-bridge cells with cascade transformer and its extension to photovoltaic power generation. 2010:305-719</p>

113、<p>　　KONSTANTIN TURITSYN ；PETR SULC ；SCOTT BACKHAUS ；MICHAEL CHERTKOV. Options for Control of Reactive Power by Distributed Photovoltaic Generators.2011, 99(6)</p><p>　　H. El Fadil ；F. Giri. Climatic