畢業(yè)設計---模擬太陽能電源并網電路與控制部分硬件設計

1、<p>　　模擬太陽能電源并網電路與控制部分硬件設計</p><p><b>　　摘 要 </b></p><p>　　太陽能作為一種高效無污染的新能源，一種未來世紀常規(guī)能源的替代品。目前，太陽能并網發(fā)電是太陽能光伏的重要應用之一，其系統(tǒng)包括光伏電池、變換器、蓄電池、控制器四大部分。該設計從實驗的角度，對光伏并網發(fā)電系統(tǒng)進行模擬，主要由DC—AC變換電路、控

2、制電路、驅動保護電路、采樣電路、工頻變換電路等五部分組成。基本思路是在單片機C8051F020控制作用下采用正弦波脈寬調制技術（SPWM）對系統(tǒng)進行控制，主電路采用MOSFET為主要元器件的單相橋式逆變電路，經濾波電路濾波后變壓進行輸出。基于此，本設計采用單片機本身的PCA模塊，定時器模塊，完成相應的控制功能，使光伏發(fā)電頻率緊跟模擬電網頻率，同時實現光伏最大功率跟蹤，系統(tǒng)具有欠壓保護、過流保護以及頻率和相位跟蹤等功能，并在欠壓、過流故障

3、排除或能自動恢復正常狀態(tài)。該系統(tǒng)性能相對穩(wěn)定，能夠滿足本次設計的需要。</p><p>　　關鍵詞：光伏并網 DC—AC逆變電路 SPWM 最大功率點跟蹤</p><p>　　The Hardware Design Of Solar Power Combined To The Grid And Controled</p><p><b>　　Abst

4、ract</b></p><p>　　Solar energy as the one kind of efficient pollution-free new energy, a future century of conventional energy sources substitutes. At present, the solar energy grid generation is one o

5、f the important application of solar photovoltaic battery, the system includes, converter, batteries, controller four most. This design, from the point of view of experiment of photovoltaic (pv) grid power system is simu

6、lated by DC-AC conversion - main circuit, controlling circuit, drive protection circuit, sampling</p><p>　　Keywords: photovoltaic (pv) grid DC - AC inverter circuits SPWM maximum power point tracking</

7、p><p><b>　　目錄 </b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1前言1</b>&

8、lt;/p><p>　　1.2課題研究的意義1</p><p>　　1.3國內外研究現狀2</p><p>　　1.3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)分類2</p><p>　　1.3.2光伏并網發(fā)電系統(tǒng)研究現狀3</p><p>　　1.3.3最大功率點跟蹤研究現狀4</p><p>　　1.3.4 E

9、DA技術6</p><p>　　1.4課題的主要研究內容7</p><p>　　1.5課題研究的重難點7</p><p>　　1.5.1課題研究的重點7</p><p>　　1.5.2 課題研究的難點7</p><p>　　1.6論文的結構安排8</p><p>　　2 設計方案

10、進行論證9</p><p><b>　　2.1設計思路9</b></p><p>　　2.2 DC-AC 變換器9</p><p>　　2.3控制方法及實現方案10</p><p>　　2.4最大功率點的跟蹤11</p><p>　　3 芯片介紹12</p><p

11、>　　3.1主控芯片C8051F02012</p><p>　　3.2 驅動芯片IR211015</p><p>　　4 系統(tǒng)硬件原理設計18</p><p>　　4.1最大功率追蹤電路18</p><p>　　4.2 DC-DC升壓電路18</p><p>　　4.3頻率相位跟蹤電路19</

12、p><p>　　4.4 DC—AC變換電路20</p><p>　　4.5驅動電路21</p><p>　　4.6 濾波模塊的設計21</p><p>　　4.7欠電壓保護和過電流保護的設計22</p><p>　　4.8控制回路電源的設計23</p><p>　　4.8.1 AS1117

13、介紹23</p><p>　　4.8.2硬件原理圖24</p><p>　　4.9鍵盤輸入電路25</p><p><b>　　5 結論26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　致 謝28</

14、b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明29</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明30</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1前言</b></p><p>　　21世紀，人類將面臨著實現經濟和社會可

15、持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。在有限資源和保護環(huán)境的雙重制約下能源問題將更加突出，這主要體現在：①能源短缺；②環(huán)境污染；③溫室效應。因此，人類在解決能源問題，實現可持續(xù)發(fā)展時，只能依靠科技進步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源。太陽能具有儲量大、普遍存在、利用經濟、清潔環(huán)保等優(yōu)點，因此太陽能的利用越來越受到人們的廣泛重視，成為理想的替代能源。文中闡述將太陽能電池板產生的直流電直接轉換為220V/50Hz的工頻正弦交流電輸出至電網。 </p&g

16、t;<p>　　1.2課題研究的意義</p><p>　　當今世界，傳統(tǒng)化石能源正走向枯竭，且環(huán)境污染問題也日益嚴重，新能源和可再生能源的利用已經成為世界各國未來能源戰(zhàn)略的重要組成部分。開發(fā)利用新能源和可再生能源，增加能源供給，促進節(jié)能降耗，保障能源安全，減少溫室氣體排放，發(fā)展低碳經濟是實現經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的需要。太陽能作為新型環(huán)保能源，具有地域分布廣闊、資源豐富、清潔無污染等特點，成為解決電能

17、匱乏的新途徑。</p><p>　　太陽能作為一種巨量的可再生資源，每年到達地球表面的輻射能量相當于數億萬桶石油燃燒的能量。根據歐洲、日本等能源機構預測，2020年，光伏發(fā)電將占到全球發(fā)電量的1%，2040年將占到全球發(fā)電量的21%，2050年，太陽能將成為全球主要替代能源之一。</p><p>　　我國有十分豐富的太陽能資源。據估算，陸地表面每年接收的太陽輻射能約為5×1022

18、焦耳，約相當于17000億噸標準煤。太陽能發(fā)電技術的開發(fā)和利用主要是光伏發(fā)電，其用戶分布在工業(yè)和商業(yè)利用、邊遠地區(qū)供電和城市照明電源等。2005年我國光伏發(fā)電裝機容量達到7萬千瓦以上，主要為邊遠地區(qū)的居民供電。其中邊遠地區(qū)居民供電站50%以上，每年的增長速度在20%以上。除了在邊遠無電地區(qū)得到應用外，十五期間也開展了并網屋頂光伏發(fā)電的示范，取得了一定的技術和工程經驗。光伏發(fā)電在工業(yè)和商業(yè)利用領域也有穩(wěn)定的市場，城市照明燈具的年生產量超過

19、了10兆瓦，占世界市場的70%。</p><p>　　2005年我國光伏電池的制造能力已超過10萬千瓦，生產企業(yè)有10多家，近兩年，國際市場，尤其是在德國和日本極為優(yōu)惠的經濟政策的激勵下，光伏市場需求強勁，我國的光伏產品也大量出口，刺激了國內產業(yè)建設的熱潮，目前還有幾條萬千瓦級的組件生產線正在建設之中。與其他發(fā)電方式相比，目前的光伏發(fā)電的成本還是很高，因此，考慮到經濟成本和支持我國光伏產業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要，我國的光

20、伏發(fā)電應采取穩(wěn)步發(fā)展的原則和策略。</p><p>　　十一五期間，我國的光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用一方面以采用用戶發(fā)電系統(tǒng)和建設小型光伏電站為主，來解決偏遠地區(qū)無電村和無電戶的供電問題，建設了光伏發(fā)電20萬千瓦，為200萬戶偏遠地區(qū)農牧民提供了最基本的生活用電。另一方面，借鑒發(fā)達國家發(fā)展屋頂系統(tǒng)的經驗，在經濟較發(fā)達、城市現代化水平較高的大中城市，在公益性建筑物和其他建筑物以及在道路、公園、車站等公共設施照明中推廣使用光

21、伏電源，到2010年已經建設總容量5萬千瓦的屋頂光伏發(fā)電項目。此外，還將開展大型并網光伏系統(tǒng)的示范，為在光伏成本下降到一定水平時開展大型并網光伏系統(tǒng)的大規(guī)模應用作準備。十一五末期，光伏系統(tǒng)的這三個方面的應用總量達到約40萬千瓦。2010年是中國太陽能光伏發(fā)電產業(yè)處在結構調整、產業(yè)升級階段；也是中國太陽能光伏發(fā)電產業(yè)步入“十二五”規(guī)劃承上啟下的關鍵一年。2010年，中國光伏電池產量達到8000兆瓦，約占全球總產量一半，居世界首位;光伏發(fā)電

22、市場裝機量預計達380兆瓦，占全球總裝機的3%。</p><p>　　“十二五”是我國能源發(fā)展的關鍵時期，在我國戰(zhàn)略性新興產業(yè)政策的激勵下，我國光伏市場前景廣闊。在一系列國家政策的支持和引導下，我國光伏市場將迎來新一輪增長期。綜上所述，我國光伏并網發(fā)電取得了一定的成績，主要體現在光伏產品生產方面。但總體來看，尚處于起步階段，還出來光伏發(fā)電成本高、發(fā)電不連續(xù)的特點，與世界發(fā)達國家的利用規(guī)模和技術水平相比，還有很大的

23、差距。因此，國內對光伏發(fā)電技術和設備制造的研發(fā)對提高我國光伏發(fā)電水平具有重要意義。</p><p>　　1.3國內外研究現狀</p><p>　　1.3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)分類</p><p>　　1. 獨立發(fā)電系統(tǒng) 光伏獨立發(fā)電系統(tǒng)主要解決偏遠的無電地區(qū)和特殊領域的供電問題，且以用戶及村莊用的中小系統(tǒng)居多。隨著電力電子及控制技術的發(fā)展，光伏獨立發(fā)電系統(tǒng)從早期單一的直

24、流供電輸出發(fā)展到現在的交、直流并存輸出。</p><p>　　光伏獨立發(fā)電系統(tǒng)由光伏電池陣列、充電控制器、蓄電池組、正弦波逆變器等組成，其工作原理為：光伏電池將接收到得太陽輻射能量直接轉換成電能供給直流負載或通過正弦波逆變器變換為交流電供給交流負載，并將多余能量經過充電控制器后以化學能形式存儲在蓄電池中，在日照不足時，存儲在蓄電池中的能量經變換后供給負載。</p><p>　　2. 并網發(fā)

25、電系統(tǒng) 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)可分為兩種，一種為不含蓄電池儲能環(huán)節(jié)的“不可調度式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)”，另一種為含蓄電池組的“可調度式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)”。</p><p>　　不可調度式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中，當電網正常時，并網逆變器將光伏電池產生的直流電能直接轉化成與電網電壓同步的交流電饋入電網，當主電網斷電或無光照時，系統(tǒng)自動停止向電網饋電。</p><p>　　可調度式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)一般由充電

26、控制器和并網逆變器構成，在有光照的情況下，充電控制器將光伏電池采集的電能存儲在蓄電池中；無光照時，充電控制器停止工作，同時并網逆變器根據需要，決定是否將存儲在蓄電池組中的電能饋入電網。</p><p>　　可調度式并網系統(tǒng)在功能上雖然優(yōu)于不可調度式并網系統(tǒng)，但是由于增加了蓄電池儲能環(huán)節(jié)，帶來了若干嚴重的缺點：蓄電池組有壽命問題、價格較貴、體積笨重。正是由于上述缺點的存在，使得可調度式并網系統(tǒng)的應用規(guī)模難以與不可調

27、度式并網系統(tǒng)相比，目前大部分光伏并網發(fā)電系統(tǒng)能采用不可調度式并網結構。</p><p>　　1.3.2光伏并網發(fā)電系統(tǒng)研究現狀</p><p>　　光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的核心是并網逆變器，可以分為電流型和電壓型兩大類。電流型的特征是直流側采用電感進行直流儲能，從而使直流側呈現高阻抗的電流源特征。</p><p>　　光伏并網系統(tǒng)從結構上還可以分為高頻和工頻兩種。工頻并

28、網逆變器首先通過DC/AC變換器將光伏電池輸出的直流電能轉換為交流電能，然后通過工頻變壓器和電網相連，完成電壓匹配以及與電網的隔離，實現并網發(fā)電。（本課題研究的就是此種形式。）工頻并網逆變器由于帶有工頻變壓器，存在體積大、效率低、成本高等缺點。</p><p>　　高頻并網逆變器首先通過DC/DC變換器將光伏電池輸出的直流電壓進行電壓等級變化及穩(wěn)壓，然后通過DC/AC逆變器直接和電網相連，將能量饋入電網。有高頻變

29、壓器隔離并升壓。其優(yōu)點是省去了體積龐大的工頻逆變器。主要缺點：采用了兩級拓撲效率有所降低，特別是DC/AC環(huán)節(jié)包括高頻逆變以及高頻整流兩個環(huán)節(jié)，多級管壓降使得效率進一步降低。</p><p>　　并網逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網的接口設備，其控制目標是實現正弦電流輸出，使其工作在單位功率因數并網模式。并網逆變器輸出電流波形直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電質量，因此，并網逆變器輸出電流控制策略成為光伏發(fā)電系統(tǒng)研究熱點之

30、一?，F有的控制方法有PI控制、滯環(huán)電流控制、空間矢量控制（SVPWM）、無差拍控制、重復控制、比例諧振控制等。</p><p>　　PI控制具有算法簡單、可靠性高、開關頻率固定、易于設計等特點，是目前最常有的控制方法之一。但是常規(guī)的PI控制在開關頻率不夠高的情況下，電流動態(tài)響應相對較慢，相對于正弦參考電流存在一定偏差，并且在輸出功率變化或電網電壓波動時難以快速跟蹤參考電流，從而造成并網電能質量下降。采用電網電壓前

31、饋和電流跟蹤控制技術，利用前饋補償有效抑制電網波動，提高系統(tǒng)的抗擾動性，取得了良好的效果。</p><p>　　滯環(huán)電流控制根據瞬時值電流偏差來決定功率器件的開關狀態(tài)，雖然存在開關頻率不固定的缺點，但是具有峰值自動限制能力、電流跟蹤精度高、動態(tài)響應快、不依賴于負載參數以及穩(wěn)定性高等優(yōu)點。</p><p>　　空間矢量控制方法同坐坐標變換，將三相電流變換到與基波頻率同步旋轉的兩相坐標系，穩(wěn)態(tài)

32、時三相正弦電流變成了直流量，而PI調節(jié)器對直流信號的放大倍數為無窮大，電流穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差接近于零，可以實現電流的無差跟蹤控制，因此該方案可以獲得高功率因數低諧波的三相并網電流，已廣泛用于三相并網系統(tǒng)。</p><p>　　無差拍控制是一種基于被控對象精確數學模型的數字控制方法，具有動態(tài)性能好，控制過程無過調等優(yōu)點。但控制方法也存在著 要求脈寬必須當拍計算當拍輸出，存在算法復雜，采樣頻率高等缺點。</p>

33、<p>　　重復控制是一種基于內模原理的控制方法，把作用于系統(tǒng)外部的信號模型植入系統(tǒng)控制器內部以構成高精度反饋控制。重復控制能在較低采樣頻率下提供高質量的穩(wěn)態(tài)波形，消除周期性干擾產生的穩(wěn)態(tài)無差，其缺點是動態(tài)性能較差。</p><p>　　光伏并網發(fā)電系統(tǒng)在一般情況下只提供電網有功電能，并保證其具有較高的功率因數，而負載的無功電能一般由電網提高或由專用的無功補償設備提供。當日照強度很低甚至夜晚時，光伏

34、電池實際上喪失了輸出能力。這樣一來，不僅在系統(tǒng)關閉時整套設備處于閑置狀態(tài)，而且頻繁的并網與解列動作造成系統(tǒng)控制困難，部分設備損耗增加且使用壽命變短。</p><p>　　針對上述問題，一些學者提供了光伏并網發(fā)電與無功補償的統(tǒng)一控制方法，當光伏電池輸出能量時，并網逆變器將直流電變換成交流輸送到電網上，同時有選擇地對電網進行無功補償：當光伏電池停止輸出時，并網逆變器單獨對電網進行無功補償。這樣可以實現一套裝置的過功能

35、使用，既改善了電網的電能質量，又提高了整個系統(tǒng)的利用率，可以有效提高電網末梢供電質量。</p><p>　　1.3.3最大功率點跟蹤研究現狀</p><p>　　要想提高光伏系統(tǒng)的整體效率，一個重要的途徑就是實時調整光伏電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程稱之為最大功率點跟蹤（Ｍaximum Power Point Tracking,MPPT）。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用日

36、漸增多，但系統(tǒng)造價仍居高不下，轉換效率也很低，因此，通過控制光伏電池的輸出功率，使光伏電池按MPPT工作，提高系統(tǒng)效率，從某種意義上說相對地降低了系統(tǒng)成本，從而可以促進光伏產業(yè)的發(fā)展。下面針對目前較常見的MPPT控制方法進行詳細介紹。</p><p>　　1. 擾動觀察法（Perturb and observe） 擾動觀察法也稱之為爬上法，是目前最常用的MPPT控制方法，它給變換器疊加一個擾動量，通過檢測并計算

37、光伏電池輸出功率的變化情況進行最大功率點跟蹤。擾動觀測法具有算法簡單，實現方便，可以實現最大功率點的動態(tài)跟蹤。但是擾動觀測法在跟蹤穩(wěn)定時，只是在最大功率點附近振蕩運行，從而降低了系統(tǒng)效率。</p><p>　　2. 增量電導法（Incremental Conductance） 由光伏電池輸出特性可知，在光伏電池最大功率點處得電導為零，左側電導為正，右側為負，其表達式如下：</p><p>

38、;<b>　　MPP處</b></p><p>　　MPP左側 （1.1）</p><p><b>　　MPP右側</b></p><p>　　通過簡單的數學推導可得： </p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　將式（1.2

39、）代人（1.1）得：</p><p><b>　　MPP處</b></p><p>　　MPP左側 （1.3）</p><p><b>　　MPP右側</b></p><p>　　因此，以式（1.3）作為判斷光伏電池是否工作在最大功率點的依據并對系統(tǒng)進行相應的控制，則可以實現最大功率跟蹤。增

40、量電導法具有控制穩(wěn)定度高，當外部環(huán)境參數變化時系統(tǒng)能平穩(wěn)地追蹤其變化，并且與光伏電池組件的特性及參數無關。但是，增量電導法存在控制算法較復雜，對控制系統(tǒng)采樣精度要求較高，控制電壓初始化參數對系統(tǒng)啟動過程中的跟蹤性有較大影響等缺點。</p><p>　　3. 開路電壓法（Open-Circuit Voltage） 開路電壓法是一種最簡單的最大功率點跟蹤法，在變化的日照強度和溫度下，光伏電池的最大功率點電壓和開路電

41、壓成近似線性關系，即：</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　式中為比例常數。由于依賴于光伏電池本身的特性，通過事先憑經驗通過測試不</p><p>　　同的日照強度和溫度條件下的和計算得到，一般在0.71到0.78之間。因此，開路電壓法根據事先確定的，周期性切斷變換器并測量當前，通過計算獲得。</p>

42、<p>　　開路電壓法相隔一定周期需要切斷變換器以進行開路電壓測量，勢必造成光伏電池暫時的功率損耗，同時該方法僅僅是對光伏電池最大功率點的一個估算，并不是真正意義上的MPPT控制技術。但是由于開路電壓法不需要任何控制器就可以實現，大大降低了成本，因此在某些應用場合，這種方法基本上能滿足最大功率點跟蹤的要求。</p><p>　　4.短路電流法（Short-Circuit Current） 短路電流

43、法和開環(huán)電壓法相似，在氣候變化條件的情況下，光伏電池最大功率點電流和短路電流近似線性變化，即：</p><p>　　=* （1.5）</p><p>　　其中同樣由光伏電池特性決定，通常在0.78到0.92之間。在工作過程中，為了測量，需要一個額外的開關管加入到變換器中，用于周期性地短路光伏電池，這無疑增加了開關管的數目和成本，造成功率損耗。</p

44、><p>　　除了上述幾種較常見的MPPT控制方法外，還有模糊邏輯控制法（Fuzzy Logic Control）、神經網絡法（Neural Network）、直流電容下降控制法、負載電流或負載電壓最大法、dP/dV或dP/dI反饋控制法、滑模控制法、狀態(tài)空間模型法等。</p><p>　　1.3.4 EDA技術</p><p>　　電子設計自動化（Electronic

45、 Design Automation， EDA）技術是在電子計算機輔助設計技術基礎上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)，是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果，進行電子產品的自動化設計。EDA技術是現代信息技術飛速發(fā)展的關鍵性技術之一，在經濟建設、科技工程進步以及國防現代化建設中起著根本性的推動作用。EDA技術是伴隨著計算機、集成電路、電子系統(tǒng)的設計發(fā)展起來的，至今已有30多年的歷程。目前，國內常用

46、的EDA軟件主要有Multisim、PSPICE、ORCAD、Protel等，本課題設計主要用到的是Protel軟件。</p><p>　　Protel Protel是PROTEL公司在20世紀80年代末推出的CAD工具，是PCB設計者的首選軟件。它較早在國內使用，普及率最高，有些高校的電路專業(yè)還專門開設Protel課程，幾乎所在的電路公司都要用到它。早期的Protel主要作為印刷板自動布線工具使用，現在普遍使

47、用的是Protel99SE，它是個完整的全方位電路設計系統(tǒng)，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設計（包含印刷電路板自動布局布線），可編程邏輯器件設計、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶/服務器）體系結構，同時還兼容一些其它設計軟件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多層印制線路板的自動布線，可實現高密度PCB的100%布通率。但它最具代表

48、性的是電路設計和PCB設計。</p><p>　　在EDA軟件中，Protel軟件功能強大、界面友好、使用方便，得到了廣泛的應用。</p><p>　　1.4課題的主要研究內容</p><p>　　本課題要求用太陽能電池板模擬光伏發(fā)電；uREF 為模擬電網電壓的正弦參考信號；T為工頻隔離變壓器，將 uF 作為輸出電流的反饋信號；負載電阻RL。其結構框圖如圖1.1所示

49、</p><p><b>　　圖1.1</b></p><p>　　其設計的主要內容包括：DC-AC逆變電路的設計與驅動控制；控制回路的設計，主要包括最大功率跟蹤（MPPT）方案的設計、同頻控制方案設計、同相控制方案設計；濾波電路、工頻變換電路以及故障排除后系統(tǒng)的自恢復功能設計等。</p><p>　　1.5課題研究的重難點</p>

50、<p>　　1.5.1課題研究的重點</p><p>　　最大功率點跟蹤的實現、DC-AC逆變、由單片機C8051F020產生SPWM信號，實現頻率相位跟蹤功能。</p><p>　　1.5.2 課題研究的難點</p><p>　　1.跟蹤最大功率點。</p><p>　　2.逆變及頻率相位跟蹤功能。</p>&

51、lt;p>　　1.6論文的結構安排</p><p>　　本論文的組織結構如下：</p><p>　　第一章：緒論，介紹關于太陽能并網發(fā)電的開發(fā)背景、開發(fā)意義、開發(fā)者的主要工作以及課題研究的重難點。</p><p>　　第二章：通過對其原理的分析，對設計方案進行論證以及確定合適的方案； </p><p>　　第三章：建立總體設計思路，對設

52、計所用芯片介紹；</p><p>　　第四章：系統(tǒng)硬件設計，說明了系統(tǒng)硬件電路的具體設計方案</p><p>　　第五章：總結設計，得出結論，總結設計收獲和體會，同時指出整個設計工作的不足之處和需要改進的地方。</p><p>　　2 設計方案進行論證</p><p><b>　　2.1設計思路</b></p&g

53、t;<p>　　本課題是通過設計最終輸出電壓為220V頻率為50HZ的交流電；用太陽能電池板模擬光伏發(fā)電；uREF為模擬電網電壓的正弦參考信號；uF作為輸出電流的反饋信號；要求系統(tǒng)具有最大功率點跟蹤（MPPT）功能，頻率、相位跟蹤功能。</p><p>　　2.2 DC-AC變換器</p><p>　　方案一 推挽式逆變電路：結構如圖2.2.1所示。假定輸出電流是連續(xù)的，在開

54、關元件VT1閉合(VT2斷開)期間，io為正時，VT1導通，io為負時，VD1導通。因此，無論io的方向如何，均有uo＝UD／n，其中n為變壓器原邊一半繞組與副邊繞組的匝數比。同樣，在VT2閉合(VT1斷開)期間，uo＝- UD／n。</p><p><b>　　、</b></p><p>　　圖2.2.1 推挽式逆變電路</p><p>　　

55、方案二 半橋逆變電路：結構如圖2.2.2所示。當一對功率開關管均截止時，若電容器C01和C02的容量相等而且電路對稱，則電容中點4的電壓為輸入電壓的一半，即VC01＝VC02＝E／2。當VT1被基極驅動電路以脈沖方式激勵導通時，電容C01將通過VT1和中頻變壓器T1的一次繞組N1放電，同時，電容C02則通過輸入電源、V1和T1的一次繞組N1充電，中點A的電位在充放電過程中將按指數規(guī)律下降，在VT1導通終了時，VA將下降至E／2-ΔE；接

56、著是一對晶體管都截止的時期，此時V CE1＝V C01，V CE2＝V C02，它們都接近輸入電源電壓的一半，當VT2被激勵導通時，電容C01將被充電，電容C02將放電，中點的電位在VT1導通終了時將增至E／2+ΔE，亦即中點A的電位在電路</p><p>　　開關過程中將在E／2的電位上以土ΔE的幅度作指數變化。</p><p>　　圖2.2.2 半橋逆變電路</p>&l

57、t;p>　　方案三 全橋逆變電路：結構如圖2.2.3所示。四只MOSFET 管VT1～VT4分別組成兩個橋臂,形成主開關橋路，RL為負載。在PWM 驅動信號的控制下,VT1、VT3與VT2 、VT4 交替通斷,其通斷流程如下:</p><p>　　(1) VT1、VT3處于on(VT2、VT4 off), U+ =Ud,U-=0;UO=Ud;</p><p>　　(2) VT2

58、、VT4處于on(VT1、VT3 off), U+ =0,U-= Ud;UO=-Ud;</p><p>　　(3) VT1、VT2處于on(VT3、VT4 off), U+ =Ud,U-= Ud;UO=0;</p><p>　　(4) VT3、VT4處于on(VT1、VT2 off), U+ =0,U-=0;UO=0。</p><p>　　全橋

59、逆變電路在相同的直流輸入電壓時，其最大輸出電壓是半橋逆變電路的兩倍。這說明在輸出功率相同時，全橋逆變電路的輸出電流和開關元件電流均是半橋逆變電路的一半，在負載需大功率時，這是一個顯著的優(yōu)點。</p><p>　　圖2.2.3 全橋逆變電路</p><p>　　綜合比較，基于對電路結構和效率的考慮,我們選擇方案三。</p><p>　　2.3控制方法及實現方案<

60、/p><p>　　方案一 用PWM專用芯片產生PWM控制信號?？刹捎煤泐l脈寬調制控制器TL494，工作頻率為1—300kHz，輸出電壓可達40V,死區(qū)時間可以調整，驅動能力較強。但需增加外圍元件，同時也增加了成本。</p><p>　　方案二 用單片機產生PWM控制信號。單片機根據參考信號和反饋信號對PWM信號做出調整來輸出。我們所使用的C8051020里具有12位AD和PWM功能，這樣能使外

61、圍電路盡量減少，同時減小外界環(huán)境帶入的干擾，便于系統(tǒng)集成化。這種方案較為靈活，可以針對本系統(tǒng)具體優(yōu)化。</p><p>　　綜合考慮，在這里我們選擇方案二</p><p>　　2.4最大功率點的跟蹤</p><p>　　由于光伏陣列的最大功率點是一個時變量，可以采用搜索算法進行最大功率點跟蹤。其搜索算法可分為自尋優(yōu)和非自尋優(yōu)兩種類別。所謂自尋優(yōu)算法即不直接檢測外界環(huán)

62、境因素的變化,而是通過直接測量得到的電信號,判斷最大功率點的位置。典型的追蹤方法有擾動觀測法和增量導納法等。增量導納法算法的精確度最高,但是,由于增量導納法算法復雜,對實現該算法的硬件質量要求較高、運算時間變長，會增加不必要的功率損耗,所以實際工程應用中,通常采用擾動觀測法算法。</p><p>　　擾動觀測法原理:每隔一定的時間增加或者減少電壓,并通過觀測其后功率變化的方向,來決定下一步的控制信號。其具體調整方

63、案如下:U、I為上一次的檢測值,P為對應的輸出功率;U1、I1為當前檢測值,P1為對應功率。對應增大參考電壓會出現以下兩種情況: (1)P1>P,說明擾動方向正確,系統(tǒng)應保持原來的擾動方向; (2)P1<P,說明擾動方向錯誤,系統(tǒng)需要調整擾動方向。當尋優(yōu)過程處于暫態(tài)過程時,即光伏陣列輸出功率與最大功率的差值較大時,則增大步長,以改善動態(tài)響應特性,提高追蹤速度;當尋優(yōu)過程接近穩(wěn)態(tài)時或輸出功率的波動只由步長的大小決定時,則減小步

64、長,以提高穩(wěn)態(tài)響應品質。如此反復直到工作點接近Pmax。這是一個自尋優(yōu)的過程,它的控制原則是參考電壓的變化始終讓電池輸出功率朝大的方向改變。</p><p><b>　　3 芯片介紹</b></p><p>　　3.1主控芯片C8051F020</p><p>　　1．ygnal C8051F020單片機特點 片內資源 </p>

65、<p>　　8~12位多通道ADC </p><p>　　1~2路12位DAC </p><p>　　1~2路電壓比較器 </p><p>　　內部或外部電壓基準 </p><p>　　內置溫度傳感器±3 </p><p>　　16位可編程定時/計數器陣列PCA可用于PWM等 </p>

66、;<p>　　3~5個通用16位定時器 </p><p>　　8~64個通用I/O口 </p><p>　　帶有I2C/SMBusSPI1~2個UART多類型串行總線 </p><p>　　8~64K Flash存貯器 </p><p>　　256~4K數據存貯器RAM </p><p>　　片內時鐘源內

67、置電源監(jiān)測看門狗定時器 </p><p><b>　　主要特點 </b></p><p>　　高速的20MIPS~25MIPS與8051全兼容的CIP51內核 </p><p>　　內部Flash存貯器可實現在系統(tǒng)編程即可作程序存貯器也可作非易失性數據存貯 </p><p>　　工作電壓為2.7V~3.6V典型值為3VI

68、/ORSTJTAG引腳均允許5V電壓輸入 </p><p>　　全系列均為工業(yè)級芯片-45℃~+85℃ </p><p>　　片內JTAG仿真電路提供全速的電路內仿真不占用片內用戶資源支持斷點單步觀察點運行和停止等調試命令支持存貯器和寄存器校驗和修改 </p><p>　　2.有關C8051F020 CPU 與標準8051完全兼容：gnal C8051F020單片

69、機采用CIP51內核Cygnal專利與MCS51指令系統(tǒng)全兼容可用標準的ASM51Keil C高級語言開發(fā)編譯C8051F020單片機的程序 </p><p><b>　　高速指令處理能力 </b></p><p>　　標準的8051一個機器周期要占用12個系統(tǒng)時鐘周期執(zhí)行一條指令最少要一個機器周期CygnalC8051F020單片機指令處理采用流</p>

70、<p>　　水線結構機器周期由標準的12個系統(tǒng)時鐘周期降為1個系統(tǒng)時鐘周期指令處理能力比MCS51大大提高CIP-51內核70% 的指令執(zhí)行是在一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期內完成只有四條指令的執(zhí)行需4個以上時鐘周期 </p><p>　　CIP-51指令與MCS51指令系統(tǒng)全兼容共有111條指令 </p><p>　　增加了中斷源：準的8051只有7個中斷源Cygnal C8051

71、F020單片機擴展了中斷處理這對于時實多任務系統(tǒng)的處理是很重要的擴展的中斷系統(tǒng)向CIP-51提供22個中斷源允許大量的模擬和數字外設中斷一個中斷處理需要較少的CPU干預卻有更高的執(zhí)行效率 </p><p>　　增加了復位源：準的8051只有外部引腳復位Cygnal C8051F020單片機增加了7種復位源使系統(tǒng)的可靠性大大提高每個復位源都可以由用戶用軟件禁止 </p><p><b&

72、gt;　　1 片內電源監(jiān)視 </b></p><p>　　2 WDT看門狗定時器 </p><p>　　3 時鐘丟失檢測器 </p><p>　　4 比較器0輸出電平檢測 </p><p><b>　　5 軟件強制復位 </b></p><p>　　6 CNVSTRAD轉換啟動 <

73、;/p><p>　　7 外部引腳RST復位可雙向復位 </p><p>　　8 提供內部時鐘源 </p><p>　　標準的8051只有外部時鐘Cygnal C8051F020單片機有內部獨立的時鐘源C8051F300/F302提供的內部時鐘誤差在2%以內在系統(tǒng)復位時默認內部時 </p><p>　　鐘如果需要可接外部時鐘并可在程序運行時實現內外

74、部時鐘的切換外部時鐘可以是晶體RCC或外部時鐘以上的功能在低功耗應用系統(tǒng)中非常有用。 </p><p>　　3．gnal C8051F020存儲器 數據存貯器：IP-51具有標準8051的程序和數據地址配置它包括256字節(jié)的RAM其中高128字節(jié)用戶只能用直接尋址訪問的SFR地址空間低128字節(jié)用戶可用直接或間接尋址方式訪問前32個字節(jié)為4個通用工作寄存器區(qū)接下來的16字節(jié)既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。 &l

75、t;/p><p>　　另外C8051F020除了內部有擴展4K數據RAM外片外還可擴展至64K數據RAM </p><p>　　程序存貯器：8051F020單片機程序存儲器為8K- 64K字節(jié)的Flash存貯器該存貯器可按512字節(jié)為一扇區(qū)編程可以在線編程且不需在片外提供編程電壓該程序存貯器未用到的扇區(qū)均可由用戶按扇區(qū)作為非易失性數據存貯器使用。 </p><p>　　

76、4.數字I/O和交叉開關 Cygnal C8051F 020單片機具有標準的8051 I/O口除P0P1P2P3之外還有更多的擴展的8位I/O口每個端口I/O引腳都可以設置為推挽或漏極開路輸出這為低功耗應用提供了進一步節(jié)電的能力。 </p><p>　　最為獨特的是增加了C8051F2XX除外Digtalcrossbar”數字交叉開關它可將內部數字系統(tǒng)資源定向到P0P1和P2端口I/O引腳并可將定時器串行?？偩€

77、外部中斷源AD輸入轉換比較器輸出都可通過設置Crossbar開關控制寄存器定向到P0P1P2的I/O口這就允許用戶根據自己的特定應用選擇通用I/O端口和所需數字資源的組合 </p><p>　　5.可編程計數器陣列 除了通用計數器/定時器之外C8051F020MCU還有一個片內可編程計數器/定時器陣列PCAPCA包括一個專用的16位計數器/定時器5個可編程的捕捉/比較模塊時間基準可以是下面的六個時鐘源之一系統(tǒng)時

78、鐘/12系統(tǒng)時鐘/4定時器0溢出外部時鐘輸入ECI系統(tǒng)時鐘和外部振蕩源頻率/8C8051F00x/01x沒有后兩個時鐘源，每個捕捉/比較模塊都有4或6種工作方式邊沿觸發(fā)捕捉軟件定時器高速輸出8位脈沖寬度調制器頻率輸出16位脈沖寬度調制器，PCA捕捉/比較模塊的I/O和外部時鐘輸入可以通過數字交叉開關連到I/O端口引腳 </p><p>　　6.多類型串行總線端口 C8051F020內部有一個全雙工UARTSPI

79、總線和SMBus/I2C總線每種串行總線都完全用硬件實現都能向CIP-51產生中斷這些串行總線不共享定時器中斷或I/O端口所以可以使用任何一個或全部同時使用。 </p><p>　　C8051F020 MCU內部還有第二個UART這是一個增強型全雙工UART具有硬件地址識別和錯誤檢測功能。 </p><p>　　7.模數/數模轉換器 模數轉換器：051F020內部都有一個ADC子系統(tǒng)由逐

80、次逼近型ADC多通道模擬輸入選擇器和可編程增益放大器組成ADC工作在100ksps的最大采樣速率時可提供真正的8位10位或12位精度ADC完全由CIP-51通過特殊功能寄存器控制系統(tǒng)控制器還可以關斷ADC以節(jié)省功耗。 </p><p>　　C8051F020還有一個15ppm的基準電壓和內部溫度傳感器并且8個外部輸入通道都可被配置為兩個單端輸入或一個差分輸入。 </p><p>　　可編程

81、增益放大器增益可以用軟件設置從0.5到16以2的整數次冪遞增當不同ADC輸入電壓信號范圍差距較大或需要放大一個具有較大直流偏移的信號時可編程增益放大器是非常有用的。 </p><p>　　A/D轉換可以有4種啟動方式軟件命令定時器2溢出定時器3溢出或外部信號輸入允許用軟件事件硬件信號觸發(fā)轉換或進行連續(xù)轉換一次轉換完成后產生一個中斷或者用軟件查詢來判斷轉換結束在轉換完成后數據字被鎖存到特殊功能寄存器中對于10位或1

82、2位ADC可以用軟件控制數據字為左對齊或右對齊格式。 </p><p>　　除了12位的ADC子系統(tǒng)ADC0之外C8051F020還有一個8位ADC子系統(tǒng)即ADC1它有一個8通道輸入多路選擇器和可編程增益放大器該ADC工作在500ksps的最大采樣速率時可提供真正的8位精度ADC1的基準電壓可以在模擬電源電壓AV+和外部REF引腳之間選擇用戶可以用軟件將ADC1置于關斷狀態(tài)以節(jié)省功耗ADC1的可編程增益放大器的增

83、益可以被編程為0.512或4ADC1也有靈活的轉換控制機制允許用軟件命令定時器溢出或外部信號輸入啟動ADC1轉換用軟件可以使ADC1與ADC0同步轉換。 </p><p>　　數模轉換器：8051F020內有兩路12位DAC2個電壓比較器 CPU通過SFRS控制數模轉換和比較器CPU可以將任何一個DAC置于低功耗關斷方式DAC為電壓輸出模式與ADC共用參考電平允許用軟件命令和定時器2定時器3及定時器4的溢出信號更

84、新DAC輸出。</p><p>　　圖3.1.1單片機C8051F020外圍接口圖</p><p>　　3.2驅動芯片IR2110 </p><p>　　在功率變換裝置中，根據主電路的結構，起功率開關器件一般采用直接驅動和隔離驅動兩種方式.美國IR公司生產的IR2110驅動器，兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點，是中小功率變換裝置中驅動器件的首選。</p>

85、<p>　　IR2110引腳功能及特點簡介： </p><p>　　LO（引腳1）:低端輸出 </p><p>　　COM（引腳2）:公共端 </p><p>　　Vcc（引腳3）:低端固定電源電壓 </p><p>　　Nc（引腳4）: 空端 </p><p>　　Vs（引腳5）:高端浮置電源偏移電壓 &l

86、t;/p><p>　　VB (引腳6):高端浮置電源電壓 </p><p>　　HO（引腳7）:高端輸出 </p><p>　　Nc（引腳8）: 空端 </p><p>　　VDD（引腳9）:邏輯電源電壓 </p><p>　　HIN（引腳10）: 邏輯高端輸入 </p><p>　　SD（引腳11

87、）:關斷 </p><p>　　LIN（引腳12）:邏輯低端輸入 </p><p>　　Vss（引腳13）:邏輯電路地電位端，其值可以為0V </p><p>　　Nc（引腳14）:空端</p><p>　　IR2110的特點： </p><p>　?。?）具有獨立的低端和高端輸入通道。 </p><

88、;p>　?。?）懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達500V。 </p><p>　?。?）輸出的電源端（腳3）的電壓范圍為10—20V。 </p><p>　　（4）邏輯電源的輸入范圍（腳9）5—15V，可方便的與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率電源地之間允許有5V的便移量。 </p><p>　?。?）工作頻率高，可達500KHz。 &

89、lt;/p><p>　?。?）開通、關斷延遲小，分別為120ns和94ns，圖騰柱輸出峰值電流2A。</p><p>　　IR2110內部功能如圖3.2.1所示。</p><p>　　圖3.2.1 IR2110內部框圖</p><p>　　IR2110的工作原理： </p><p>　　IR2110內部功能由三部分組成：

90、邏輯輸入；電平平移及輸出保護。如上所述IR2110的特點，可以為裝置的設計帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的設計，可以大大減少驅動電源的數目，即一組電源即可實現對上下端的控制。</p><p>　　4 系統(tǒng)硬件原理設計</p><p>　　4.1最大功率追蹤電路</p><p><b>　　圖4.1</b></p><

91、p>　　Boost升壓電路在最大功率點跟蹤裝置中起到調節(jié)太陽能輸出電壓的作用。其工作原理為：開關管驅動電路開通時間期間：二極管D反偏截止，電感L儲能，電容C給負載提供能量；開關管驅動電路截止時間期間：二極管D導通，電感L和電源經二極管D給電容充電，并向負載提供能量。其輸出電壓為：</p><p>　　圖4.1是太陽能最大功率點裝置的總體接線圖，裝置通過的采樣電阻對和己進行采樣，電阻采樣輸出電流，通過三個模擬

92、量輸入通道將數據傳送到單片機中，然后由單片機進行算法的計算，以控制PWM的寬度，從而調節(jié)Boost電路的占空比D，來控制太陽能輸出電壓，使之與最大功率點對應的電壓相匹配。</p><p>　　4.2DC-DC升壓電路</p><p>　　如圖4.2所示。電感L與電容C足夠大。當處于通態(tài)時，電源向電感L充電，同時電容C上的電壓向負載供電，因C值很大，基本保持輸出電壓為恒值。處于斷態(tài)時和L共同

93、向電容C充電并向負載提供能量。設通態(tài)時間為，斷態(tài)時間為，一個周期內電感積蓄的能量相等得：</p><p>　　將的輸出電壓采樣送單片機C8051F020分析計算，改變PWM的脈寬從而調節(jié)輸出電壓使其穩(wěn)定在24V。</p><p>　　4.2 升壓斬波電路</p><p>　　4.3頻率相位跟蹤電路</p><p>　　圖4.3 過零檢測電路

94、</p><p>　　如圖4.3所示。D10、D11電壓取自變壓器次級A、B兩點(~14v)，經過D10、D11全波整流，形成脈動直流波形，電阻分壓后，再經過電容濾波，濾去高頻成分，當電壓大于0.7V時，三極管U導通，在三極管集電極形成低電平；當電壓低于0.7V時，三極管截止，三極管集電極通過上拉電阻R21，形成高電平。這樣通過三極管的反復導通、截止，在芯片過零檢測端口形成脈沖波形，將過零檢測得到方波半個周期的脈

95、沖送入單片機，單片機以逆變電壓反饋信號的上升沿為計數器的起始時間，以其下降沿和電網電壓反饋信號的下降沿為兩個計數器截止時間，單片機就可以得到逆變電壓的脈沖寬度和逆變電壓與電網電壓的下降沿之間的寬度。進而得到逆變電壓的頻率和輸出波形的相位差。將頻率和相位誤差數據送入單片機，單片機調整PWM波的占空比修正頻率，改變查表時的入口就可以跟蹤到相位。進而調整輸出SPWM的頻率與相位，實現頻率和相位追蹤。</p><p>　

96、　4.4 DC—AC變換電路</p><p>　　逆變主電路中功率MOSFET采用大電流低內阻75N75。4個橋臂在SPWM信號控制下輪流導通，為防止驅動器輸出的柵極電壓過沖，在每個MOSFET的柵極串聯一個電阻，并在源、漏極之間反并聯一個二極管，防止MOSFET截止瞬間被擊穿。</p><p>　　4.4單相全橋式逆變電路</p><p>　　本設計中采用單相全橋

97、式逆變電路，4個MOSFET管組成逆變電路的橋臂，橋中各臂在控制信號作用下輪流導通，它的基本工作方式為180度導電方式。單相橋式逆變電路電路如圖4.4所示。</p><p><b>　　4.5驅動電路</b></p><p>　　在驅動回路中，采用IR2110作為半橋驅動芯片，兼有光耦隔離和電磁隔離的優(yōu)點，是中小功率變換裝置中驅動器件的首選。IR2110能同時輸出兩路

98、驅動信號，驅動逆變橋中高壓側與低壓側MOSFET。它具有自舉懸浮電源，最大驅動電流2A，可直接用于母線電壓為-4—+600V的系統(tǒng)中來驅動功率MOSFET，工作電壓范圍10—20V，功耗很小。芯片自身具有整形功能，實現了不論其輸入信號前后沿陡度如何，都可保證加到被驅動MOSFET柵極上的驅動信號前后沿很陡，因而可極大地減少被驅動功率器件的開關時間，降低開關損耗，具有電源欠壓保護關斷邏輯和低壓延時封鎖功能。因此使用IR2110作為驅動芯片

99、使MOSFET驅動電路大為簡單，又具有快速完整的保護功能。</p><p>　　驅動電路圖如圖4.5所示。</p><p>　　圖4.5單相全橋結構驅動電路</p><p>　　4.6 濾波模塊的設計</p><p>　　采用LC濾波電路。SPWM波形中所含的諧波主要是載波角頻率ω及其奇次諧波。本系統(tǒng)采用載波頻率為30kHz，遠大于調制信號角

100、頻率，濾波較易實現。系統(tǒng)中逆變器輸出頻率為45~55Hz， LC濾波器截止頻率，元件參數取L=1mH，C=10µF，計算截止頻率為1.59kHz，滿足設計要求。電路圖如圖4.6所示。</p><p><b>　　圖4.6濾波電路圖</b></p><p>　　4.7欠電壓保護和過電流保護的設計</p><p>　　電流傳感器是常見的采

101、集交流電流的器件，本方案也用它對交流側的電流進行采集，用橋式二極管整流，電容的作用亦為簡單的濾波，可變電阻可以通過改變電阻的大小確定電壓的大小，與給定比較，構成過電流保護電路。圖4.7.1示。</p><p><b>　　圖4.7.1</b></p><p>　　欠電壓保護電路：將Ud的電壓經電阻分壓后，鑒于單片機耐壓值較小，按一定比例取入電壓，通過單片機自帶的AD轉

102、換模塊采集輸入電壓，控制器與低壓限值進行比較，在輸入電壓降低到設定值時啟動控制程序封鎖IR2110，從而實現輸入欠壓保護保護功能，電壓恢復后裝置自動恢復正常狀態(tài)的功能。</p><p>　　過電流保護電路：對DC-AC變換器的輸出電壓進行降壓，通過單片機自帶的AD轉換模塊采集輸入電壓，控制器與高壓限值進行比較，在輸出電流上升到設定值時啟動控制程序封鎖IR2110，從而實現輸入欠壓保護和輸出過流保護功能，電流恢復后

103、裝置自動恢復正常狀態(tài)的功能。電路圖如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7.2保護電路</p><p>　　4.8控制回路電源的設計</p><p>　　此次設計中控制回路的電源主要有15V、5V和3.3V。為此設計將5V的電源通過AS1117轉換給單片機直接供電的3.3V。為了在系統(tǒng)工作時方便判斷控制回路電源供電狀態(tài)，設置了四個發(fā)光二極管來顯示電源是否正常工

104、作。</p><p>　　4.8.1 AS1117介紹</p><p>　　AS1117是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，外圍應用電路簡單，當輸出1A電流時，輸入輸出的電壓差典型值僅為1.2V。AS1117除了提供多種固定電壓版本外（Vout=1.8V，2.5V，2.85V，3.3V，5V），這些固定電壓版本只需輸入輸出兩個電容和負載即可工作，芯片內部包括啟動電路，偏置電路，電壓基準源電路，過熱保

105、護，過流保護，功率管及其驅動電路等模塊組成。該版本能提供的輸出電壓范圍為1.25~13.8V，輸出工作電壓范圍高達15V。這些優(yōu)點確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并確保輸出電壓和參考源精度1%的精度范圍內。AS1117的引腳排列圖如圖4.8.1，引腳定義如表4.8.1</p><p>　　圖4.8.1引腳排列圖</p><p>　　表4.8.1 固定電壓型引腳定義</p><

106、;p>　　4.8.2電源設計硬件原理圖</p><p>　　4.8.2硬件原理圖</p><p>　　電源后面接發(fā)光二極管和電阻是為了顯示電源是否正常工作，方便檢查故障。電阻的作用是限流，保護發(fā)光二極管正常工作。電感是用來限制高速電流變動,也就是濾去“高頻”的電流成份，大的電解電容主要用于低頻濾波，小電容主要用于濾去高頻毛刺。通過1000µf電解電容濾去低頻干擾；0.1&#

107、181;f無極性電容濾除高頻噪聲去耦。鋁電解電容容量比較大，大約為1mA電流對應2～3µf；由于大電容極板和引腳段大，導致電感也大，固對高頻不起作用，因此設計中選用0.1µf濾高頻干擾。</p><p><b>　　4.9鍵盤輸入電路</b></p><p>　　為了控制并網系統(tǒng)電源的安全使用，設計了用鍵盤輸入電路。如圖所示，該鍵盤輸入電路主要由四

108、個按鍵和四個電阻。四個按鍵S3控制主回路的啟動，S4控制主回路的停止，S5控制控制回路的啟動，S6控制控制回路的停止工作。由于C8051F020單片機端口引腳的典型工作電流為10mA,電壓給定5V，則選用四個限流電阻的阻值均選擇為4.7k。</p><p>　　在該電路中，當沒有鍵按下時，單片機C8051F020的P0.4、P0.5、P0.6、P0.7四個端口處于高電平，當有鍵按下時對應的端口變?yōu)榈碗娖?，通過判斷

109、相應的鍵是否按下，軟件從而控制系統(tǒng)的停止和啟動。</p><p>　　圖4.9 鍵盤輸入電路</p><p><b>　　5 結論</b></p><p>　　光伏并網發(fā)電系統(tǒng)是本世紀的新的可持續(xù)發(fā)展綠色能源之一。對其技術的研究無論是在經濟發(fā)展上，還是環(huán)境保護方面都有著重大的意義。本文對太陽能電源并網電路與控制部分做了一個詳細的研究，從光伏發(fā)

110、電的分類開始闡述，講了SPWM控制逆變的方法，以及C8051F020單片機對SPWM過程的控制，逆變信號和電網信號的過零檢測，將檢測的結果輸入到單片機中，由單片機根據輸入信號的變化隨時地改變輸出波形來控制SPWM。</p><p>　　歸納起來本文主要做了以下工作:</p><p>　　1.介紹了太陽能發(fā)電的情況和發(fā)展趨勢，包括并網發(fā)電、并網逆變、最大功率點的跟蹤等技術概念。</p&