光伏充电器设计毕业文设计
摘
太阳清洁污染生源利太阳世界源发展战略重容中太阳发电受瞩目太阳电池作太阳转换电功型材料器件已广泛应文阐述光伏充电系统设计中设计中电路采BUCK变换器控制电路核心采TI公司电压型PWM控制芯片TL494BUCK变换器结构简单动态性较TL494典型固定频率脉宽控制集成电路包含控制开关电源需全部功价格便宜设计中关键部分光伏电池MPPT控制方式通种方式优缺点较课题中采CVT（CVT：Constant Voltage Tracking）型功率点踪算法实现光伏阵列功率点踪CVT型控制算法具结构简单良性稳定性目前光伏系统中较
关键词：BUCK变换器TL494MPPT光伏电池
目 录
摘 I
目 录 II
第章 绪 1
11引言 1
12光伏发电国外研究现状趋势 1
121世界光伏发电现状趋势 1
122国光伏发电现状趋势 2
123光伏产业发展趋势 3
13课题研究容目 4
第二章 光伏电池特性 5
21光伏电池特性介绍 5
23 硅光伏电池原理特性 5
231硅光伏电池结构工作原理 5
232硅光伏电池特性 6
233硅光伏电池结温日强度光伏电池输出特性影响 8
第三章 功率点踪原理 11
31常功率点踪原理 11
32常功率点踪原理 11
321功率点追踪算法 12
322 扰动观察法(爬山法)改进适应算法 12
323增量电导法 12
324 恒定电压法短路电流法 12
324滞环较法 13
第四章 充电器电路设计 15
41 控制芯片TL494简介 15
411 TL494功特性 15
412 TL494脚配置功 15
413 TL494极限参数 16
42设计光伏电池MPPT控制方式 16
43光伏充电系统控制原理框图 17
44光伏充电系统电路设计 18
441光伏充电系统电路结构 18
442 电路参数设计 18
45控制电路设计 19
第五章 实验结果实验装置 23
51充电系统实验结果实验装置 23
511 工作点调节实验波形 23
512 实验装置 24
第六章 总结展 27
61课题必性 27
62课题作工作 27
63 结 27
致 谢 28
参考文献 29
附录1 总电路图 30
附录2 实物图 31
第章 绪
11引言
着济发展社会进步源提出越越高求寻找新源成前类面迫切课题现源3种火电水电核电
火电需燃烧煤石油等化石燃料方面化石燃料蕴藏量限越烧越少正面着枯竭危险估计全世界石油资源30年便枯竭方面燃烧燃料排出CO2硫氧化物会导致温室效应酸雨恶化球环境水电淹没量土导致生态环境破坏型水库旦塌崩果堪设想外国家水力资源限受季节影响核电正常情况固然干净万发生核泄漏果样怕前苏联切尔诺贝利核电站事已900万受程度损害影响未终止迫寻找新源新源时符合两条件：蕴藏丰富会枯竭二安全干净会威胁类破坏环境目前找新源两种太阳二燃料电池外风力发电算辅助性新源中理想新源阳
12光伏发电国外研究现状趋势
光伏发电国外种阳产业仅拥良济前景产业化发展提供越越业机会太阳光伏发电国民济中作影响已越越光伏发电市场发展前景相广阔已引起世界许国家高度重视
121世界光伏发电现状趋势
日利电子技术优势力发展光伏发电产品产量已相全球产量50 德日英荷美等国企业基垄断全球光伏发电产品市场出口额占世界贸易额80 欧盟估计全球光伏市场现3 000 Mw 增加2020年70GW(w 峰瓦)光伏发电解决非洲30 济合作发展组织(OECD)国家10 电力需求2010年欧洲风力发电达约40 GW光伏发电3GW 太阳集热器100 Mm 时总计提供154～ 167万业机会日已1992年4月实现太阳发电系统电力公司电网联网已家庭开始安装太阳发电设备日通产省1994年开始住宅象实行购买太阳发电设备费补助三分二制度求第年1000户家庭2000年时7万户家庭装太阳发电设备日关部门估计日2100万户住宅中果80％装太阳发电设备便满足全国总电力需14％果工厂办公楼等单位房进行太阳发电太阳发电占全国电力30％－40％前阻碍太阳发电普素费昂贵满足般家庭电力需3千瓦发电系统需600万700万日元未包括安装工钱关专家认少降100万200万日元时太阳发电够真正普降低费关键太阳电池提高变换效率降低成
久前美国德州仪器公司SCE公司宣布开发出种新太阳电池单元直径1毫米珠密密麻麻规分布柔软铝箔许蚕卵紧贴纸样约50方厘米面积便分布1700样单元种新电池特点然变换效率8％—10价格便宜铝箔底衬柔软结实布帛样意折叠久耐挂阳处便发电非常方便称种新太阳电池瓦发电力设备152美元发度电费降14美分左右完全普通电厂产生电力相竞争家庭种电池挂阳屋顶墙壁年获二千度电力
世界源组织太阳光伏发电未发展做出预测：2020年世界光伏发电发电量占总发电量12040年占总发电量20欧洲光伏工业协会(EPIA)光伏发电预测：2020年世界太阳光伏组件年产量达40GWp光伏发电总装机容量195GWp发电量274TWh占全球发电量1％太阳电池组件成降1美元IWp2040年光伏发电量7368TWh占全球发电量212020年世界光伏发电累计装机容量达200GWpa中美日欧安装总量超世界总量50着光伏市场产业快速发展光伏发电成降逐步接达常规发电成水年光伏发电发展速度前时候预测快光伏发电成降速度前预测快年晶硅材料短缺减缓成降速度预测样着常规发电成断提高2020年左右光伏发电常规发电相完全具竞争力
综述世界种权威机构生源代速度光伏发电未前景预测具高度致性理相信预测结果具高科学性信度具重参考价值预测充分说明生源代化石燃料紧迫性必然性说明光伏发电未重战略位
122国光伏发电现状趋势
国太阳资源非常丰富理储量达年17000亿吨标准煤太阳资源开发利潜力非常广阔国处北半球南北距离东西距离5000公里国广阔土着丰富太阳资源数区年均日辐射量方米４千瓦时西藏日辐射量高达米７千瓦时年日时数2000时纬度国家相美国相欧洲日优越巨开发潜国际光伏市场巨潜力推动国光伏制造业争相投入巨资扩生产争席中国作世界源消耗第二国家例外国际蓬勃发展光伏发电相国落发达国家1015年甚明显落印度国光伏产业正年30速度增长2006年底国光伏电池生产力已达450MW国家部委立项支持目前国实验室光伏电池效率已达21商业化光伏组件效率达1415般商业化电池效率1013目前国太阳光伏电池生产成已幅降太阳电池价格逐渐2000年40元瓦降2003年33元瓦2004年已降27元瓦国太阳市场走壮成熟起决定作实现国际光伏市场接轨具重意义
123光伏产业发展趋势
技术进步降低光伏发电成促进光伏产业市场发展重素十年围绕着降低成种研发工作取显著成表现电池效率断提高硅片厚度持续降低产业化技术断改进等方面降低光伏发电成起决定性作
商业化电池效率断提高先进技术断产业注入商业化电池技术断提升目前商业化晶硅电池效率达15~20（单晶硅电池16~20晶硅15~18）商业化单结非晶硅电池效率5~7双结非晶硅电池效率6~8非晶硅／微晶硅迭层电池效率8~10稳定性断提高电池效率提高光伏发电成降重素
商业化电池硅片厚度持续降低降低硅片厚度减少硅材料消耗降低晶硅太阳电池成效技术措施光伏技术进步重方面30年太阳电池硅片厚度1970年450~500μm降低目前180~200μm降低半硅材料量幅度降低技术进步促进成降低重范例
产业化规模断扩生产规模断扩动化程度持续提高太阳电池生产成降低重素太阳电池单厂生产规模已世纪80年代1~5MWp年发展90年代5~30MWp年2006年25~500MWp／年2007年25~1000MWp／年太阳电池说30年统计结果生源发电技术中现代集约化济佳体现者
光伏组件成发电幅度降低光伏组件成30年降低2数量级2003年世界重厂商成2~23美元Wp售价253美元Wp2004年材料紧缺价格回升中技术革新促产品成降低原
光伏工业专设备制造业发展30年光伏产业专设备制造业技术提升光伏工业发展重标志光伏工业发展光伏发电成降低起举足轻重作
13课题研究容目
课题分五章节首先第二章针光伏电池特性进行系统性分析光伏电池原理负载特性输出特性曲线等深入掌握解基础确定光伏充电器系统结构设计电路采BUCK变换器控制电路核心采TI公司电压型PWM控制芯片TL494次第三章TL494功特点引脚功数等方面述进第四章种MPPT控制方式优缺点中问题分析原理性介绍第五章电路总体性设计包括电路控制电路设计目根太阳光伏电池组件PV特性曲线设计出台太阳光伏充电器充电器实现太阳电池组件功率点踪太阳电池组件输出功率
光伏充电系统原理图图24示电路采BUCK变换器控制电路核心采TI公司电压型PWM控制芯片TL494BUCK变换器结构简单动态性较TL494典型固定频率脉宽控制集成电路包含控制开关电源需全部功价格便宜
图11 光伏充电系统原理
第二章 光伏电池特性
21光伏电池特性介绍
太阳光伏电池（简称光伏电池）太阳光直接转化电目前面光伏系统量硅基底硅太阳电池分单晶硅晶硅非晶硅太阳电池量转换效率寿命等综合性方面单晶硅晶硅电池优非晶硅电池晶硅单晶硅转换效率低价格更便宜
应需求太阳电池定组合达定额定输出功率输出电压组光伏电池光伏组件根光伏电站规模光伏组件组成种阵列
光伏电池工作环境种外部素光强度环境温度粒子辐射等会电池性指标带影响温度影响光强度影响常常时存保证光伏电池具较高工作效率较稳定性制造工艺组合安装设计配套控制系统时考虑改善光伏电池外特性问题
23 硅光伏电池原理特性
231硅光伏电池结构工作原理
单硅太阳电池外形结构图21示种N+P型硅太阳电池基体材料P型单晶硅厚度04mm表面层N型层受光层基体交界面处形成PN结表面加栅状金属电极提高转换效率外受光面覆盖着层减反射膜层薄天蓝色氧化硅薄膜减少入射太阳光反射太阳电池入射光吸收率达90
图21 硅太阳电池外形结构图
硅太阳电池工作原理：半导体材料言中PN结处衡状态时候PN结处会形成耗层存N区指P区势垒电场入射光子量禁带宽度(Eg)整入射太阳光量硅禁带宽度时候太阳光子射入半导体电子价带激发导带价带中留空穴产生电子空穴量禁带宽度光子进入电池N区空间电荷区P区中时会激发产生光生电子空穴光生电子空穴空间电荷区中产生立势垒电场分离光生电子推N区光生空穴推P区N区P区中产生光生电子空穴会PN结交界面处扩散达势垒电场边界时立受势垒电场作光生电子留N区光生空穴留P区N区中光生空穴建电场作推P区P区中光生电子样推N区形成N区中积累剩电子P区中积累剩空穴PN结两侧形成势垒电场方相反光生电动势谓光生伏效应接负载电流P区负载流N区负载获功率
232硅光伏电池特性
太阳光射时太阳电池便产生电流电流着光强增加增接受光强度定时太阳电池作恒流电源太阳电池PN结型二极 光射产生正偏压PN结理想状态情况根图22表示等效电路考虑
图22 理想状态太阳电池等效电路图
种等效电路时加负载电压V流负载电流I间关系式出：
(21)
式中：IFIL流二极正电流光电流q载流子电荷k玻耳兹曼常数T温度[K]I0二极饱电流
实际太阳电池中存着漏泄电流相二极联电阻Rsh串联电阻Rs时等效电路根图24描述
图 23 实际太阳电池等效电路图
伏安特性式出：
(22)
式中：α取决PN结特性常数般取该值似1
式(22)出太阳电池输出特性曲线图表示出图25太阳电池伏安特性曲线系统分析重技术数图中出具强烈非线性
太阳电池额定功率定义条件：日S1000Wm2太阳电池温度T25℃气质量AM15时太阳电池输出功率便额定功率应图25中M点太阳电池额定功率单位峰瓦记作WP曲线M点表示相应日强度太阳电池输出功率位置称功率点(MPP)
假定负载纯电阻负载特性曲线相交M点根公式RLVMIM 画出负载线条直线斜率负载阻值决定
图 24 太阳电池输出特性
根图中示特性曲线定义参数：
短路电流Isc(short circuit current)：V0时应电流值
开路电压Voc(open circuit voltage)：I0时应电压值
工作点(working point)：负载线伏安特性曲线交点
特性曲线意点均太阳电池工作点点应着负载电阻太阳电池处获功率图中矩形0IMMVM0围成面积调节负载电阻阻值RL时总找点M应IM·VM时称M点佳功率点称功率点(Maximum Power Point简记MPP)点应电流IM佳工作电流电压VM佳工作电压负载RM佳负载电阻PM功率输出功率
233硅光伏电池结温日强度光伏电池输出特性影响
式(22)等效电路知日强度电池结温影响太阳电池阵列功率输出重参数温度升太阳电池开路电压Voc降短路电流Isc略微增图25示总体效果会造成太阳电池输出功率降图26示注意里指太阳电池结温变化指环境温度太阳电池结温环境温度关系赖日强度图27示
图25 温度IV曲线 图26 温度PV曲线
图27太阳电池温度日强度间关系曲线
日强度极程度影响太阳电池阵列输出电流图28图29出日强度典型IVPV特性
图28日强度IV曲线 图29日强度PV曲线
图28图29中光伏电池标准温度标准光强PV特性出光伏电池输出特性受环境变化影响中光强度影响光伏电池电流光伏电池电压受温度影响简单CVT控制技术满足光伏电池功率输出求MPPT控制技术更加适
第三章 功率点踪原理
功率点踪（Maximum Power Point Tracking）简称MPPT谓功率点踪指控制器够实时侦测太阳板发电电压追踪高电压电流值(VI)系统高效率蓄电池充电
31常功率点踪原理
类面严重源问题环保压力太阳利越越受重视光伏阵列输出特性具非线性特征输出受太阳辐度环境温度负载情况影响某输出电压值时光伏阵列输出功率达值时光伏阵列工作点达输出功率电压曲线高点称功率点目前光伏电池光电转换效率较低效利光伏电池光伏发电进行功率踪显非常重目前国外文献提出种踪方法实质寻优程通太阳电池端电压控制功率输出太阳电池阵列输出功率特性曲线图31
图31光伏电池输出功率特性
图知太阳电池工作功率点Vmax左侧时输出功率电池端电压升增加太阳电池工作功率点电压Vmax右侧时输出功率电池端电压升减少外MPPT控制先根采集太阳电压电流值功率值判断运行工作区然根通工作区采取工作指令进行踪控制
32常功率点踪原理
功率点踪分寻优非寻优方法两类型中寻优方法包括扰动观察法（爬山法）增量电导法恒定电压法短路电流法基爬扰动观测法改进适应算法非寻优方法包括曲线拟合法等
321功率点追踪算法
光伏阵列功率点时变量采搜索算法进行功率点踪搜索算法分非寻优寻优两谓非寻优算法根外界环境素(光温度)变化利数学型表方法确定功率点该方法实际中少采文进行详述寻优算直接检测外界环境素变化通直接测量电信号判断率
点位置进行追踪目前文献提出寻优算法包括扰动观察法增量电导法恒定电压法短路电流法基爬山法扰动观测法改进适应算法
322 扰动观察法(爬山法)改进适应算法
扰动观察法目前常功率踪方法通断扰动太阳光伏系统工作点寻找功率点方原理先扰动输出电压值然测功率变化扰动前功率值相果功率值增加表示扰动方正确继续方扰动果扰动功率值扰动前值相反方扰动扰动观察法优点简单容易实现缺点难选择合适步长：步长踪时间拉长影响系统动态响应特性步长输出功率波动加均值值稳态误差变文献[6]提出种改进适应算法通加入步长a 动线调整器问题解决时保证系统动稳态性
323增量电导法
增量电导法MPPT 控制常算法够判断出工作点电压功率点电压间关系功率P 式：PI×V （1）式（1）两端V 求导I 作V 函数：dPdV d(IV)dV1+V dIdV（2）式（2）知dPdV>0 时V 功率点电压dPdV<0时V 功率点电压dPdV0 时V 功率点电压增量电导法优点外界日强度发生迅速变化时输出端电压稳方式追变化保证功率输出
324 恒定电压法短路电流法
相电池板温度变化引起光伏阵列输出功率变化言辐度变化光伏阵列输出功率影响更辐度功率点应输出电压Vopt 变化实验表明辐度Vopt 开路电压Vopen 值光伏组件参数关环境温度变化敏感似认常数基特性设计功率追踪算法称恒压法短路电流法根辐度功率点应输出电流Iopt 短路电流Ishort 值似等091 设计算法该算法实施需断光伏阵列短接测量阵列短路电流短路电流法恒定电压法原理实质致
324滞环较法
外界环境时常快速变化系统中常滞环较法[16]代爬山法实现太阳电池MPPT避免旦外界环境快速变化时爬山法会引起控制器误判现象滞环较法控制原理系统工作点外界环境快速改变变化等变化缓慢踪太阳电池功率滞环较法原理详述：
太阳电池输出功率PDCDC变换器占空D特性曲线PD中(图32示)知果曲线功率点处意选取三位置ABC(应占空次增)曲线段分五种形式图219示分析改变DCDC变换器占空变化方实现太阳电池MPPT前程序设定符号运算变量F初始值0F赋值原：A点输出功率B点时FF+1否FF−1时C点输出功率B点时FF−1否FF+1较完毕果F2判断DCDC变换器占空D需增加增量α F−2认D需减aF0认系统前工作工作点保持前D变ABC三点功率检测控制器先默认前工作点B点读取输出功率然控制D增加倍α读取C点功率减两倍α读取A点功率连续检测三点功率较计算出变量F值判断占空改变方
图32 功率点附PD曲线五种形式
基系统外界环境变化缓慢场合分析素外界环境快速变化时功率点附PD曲线图32示五种形式外存三种形式图33示根滞环较法原理图33中三种形式中F均0系统外界环境变化变化DCDC变换器占空避免爬山法带误判现象
图33 外界环境快速变化时工作点附PD曲线
滞环较法控制流程图34示图中Dα系统中DCDC变换器占空占空增量F符号运算变量值02−2间选择VAIAPADA
图34 滞环较法控制流程图
VBIBPBDB VcIcPcDc分代表ABC 三点电压电流功率DCDC变换器占空
滞环较法消爬山法误判问题外界环境快速变化程中法实现MPPT导致量损失种方法适应外界环境时常快速变化系统中外滞环较法样面爬山法中占空增量α采样时间选取问题
分析知太阳光辐射度确定性太阳电池工作温度变化负载变化太阳电池输出特性强烈非线性特征均系统功率点外界环境负载变化时刻变化针样非线性特征采模糊逻辑控制法(Fuzzy Logic Control FLC)实现光伏系统中MPPT控制克服常规算法带采样时间选取α问题通微控制器执行时够获较理想效果
第四章 充电器电路设计
41 控制芯片TL494简介
411 TL494功特性
TL494种固定频率脉宽调制电路包含开关电源控制需全部功广泛应单端正激双式半桥式全桥式开关电源TL494SO16PDIP16两种封装形式适应场合求特性：
1 集成全部脉宽调制电路
2 片置线性锯齿波振荡器外置振荡元件仅电阻电容
3 置误差放器
4 止5V参考基准电压源
5 调整死区时间
6 置功率晶体提供500mA驱动力
7 推拉两种输出方式
412 TL494脚配置功
图41 TL494脚图
TL494部电路基准电压产生电路振荡电路间歇期调整电路两误差放器脉宽调制较器输出电路等组成图41脚图中12脚误差放器I相反相输入端3脚相位校正增益控制4脚间歇期调理加0～33V电压时截止时间2线怀变化10056脚分外接振荡电阻振荡电容7脚接端89脚1110脚分TL494部两末级输出三极集电极发射极12脚电源供电端13脚输出控制端该脚接时联单端输出方式接14脚时推挽输出方式14脚5V基准电压输出端输出电流10mA1516脚误差放器II反相相输入端
413 TL494极限参数
表41 TL494极限参数
名称
代号
极限值
单位
工作电压
Vcc
42
V
集电极输出电压
Vc1Vc2
42
V
集电极输出电流
Ic1Ic2
500
mA
放器输入电压范围
VIR
03V—+42
V
功耗
PD
1000
mW
热阻
RθJA
80
℃W
工作结温
TJ
125
℃
工作环境温度
TL494B
TL494C
TL494I
NCV494B
40—+125
0—+70
40—+85
40—+125
℃
额定环境温度
TA
40
℃
42设计光伏电池MPPT控制方式
光伏阵列种非线性电源输出特性曲线视恒电流区域恒电压区域组成两块区域交界点功率点光强度光伏阵列会存着样功率点功率角度视前工况优点光强度温度变化会分改变恒电流恒电压区域功率点踪变化
前面分析知忽略温度效应时硅型光伏组件输出特性图25示光伏组件光强度功率输出点总似某恒定电压值Um附假曲线L负载特性曲线abcde相应光强度直接匹配时工作点显然果采直接匹配阵列输出功率较弥补阻抗失配带功率损失采恒定电压（CVT：Constant Voltage Tracking）控制策略光伏阵列负载间通定阻抗变换系统成稳压器整列工作点稳定Um附保证光伏阵列输出功率接功率点输出点
CVT型MPPT中日功率点处理根似直线Umconst说系统运行程中光伏阵列直保持工作电压Umconst保证光伏阵列始终具前日功率输出
文采CVT型功率点踪算法实现光伏阵列功率点踪CVT型控制算法具结构简单良性稳定性目前光伏系统中较
图42 光伏组件输出特性负载匹配曲线
43光伏充电系统控制原理框图
图43 光伏充电系统控制原理框图
CVT型MPPT控制方式采典型电压电流双闭环控制图26示电压环外环电流环环动态调节速度非常快完全满足系统调节快速性求光伏独立发电系统说功率踪部分体现光伏阵列蓄电池充电环节结合蓄电池充电特性控制方式采电压外环复合控制结构实现蓄电池充保护恒压涓流充电功图43中USP*定光伏阵列CVT工作电压值根验加实测获USP实时检测出光伏阵列实际电压值Ug*定蓄电池充电压Ug实时检测出蓄电池实际电压值
44光伏充电系统电路设计
441光伏充电系统电路结构
图44 充电系统电路结构
文设计光伏充电系统电路采BUCK电路拓扑光伏电池功率器件滤波电感电容续流二极蓄电池组成电路拓扑图44示
442 电路参数设计
参数设计指标：
V—90VV
1 功率器件选择
根BUCK电路开关电压应力求[31]VT Ui等直流输入电压90V考虑留定电压裕量选择IR公司IRFP150NVDSS 100V
RDS(on) 0036ID 42A
2 滤波电感设计
充电程中电感电流工作连续模式滤波电感计算公式示[32]：
(24)
式中电感电流波形系数
(1)采AP法[33][34]确定磁芯规格
电感储量：
(25)
计算面积积AP值：
(26)
式中 铁氧体工作磁感应强度取03T 窗口效系数电流密度系数X常数 取X 017
选铁氧体磁环参数D31mm T8mm d19mm
(2)计算电流密度
(27)
(3)计算线圈截面积：
(28)
(4) 计算线圈匝数
(29)
(210)
3 输出电容计算：
取纹波电压
(211)
取C100uf耐压100V电解电容
45控制电路设计
控制电路核心TI公司电压型PWM芯片TL494TL494部电路基准电压产生电路振荡电路间歇期调整电路两误差放器脉宽调制较器输出电路等组成控制电路采电流环电压外环双闭环控制[34]实现充电系统快速启动负载波动具抗扰作实现静差调节控制电路核心部分图45示：
图 45 TL494控制电路原理图
1 开关频率选择
TL494开关频率RT CT决定设计电路时选：
(212)
2 电流检测电路设计
电流检测电路采霍尔电流互感器HDC50BS电流检测电路图46示：
图46 电流检测电路
3 充保护电路设计
防止蓄电池充电损坏蓄电池性影响蓄电池寿命蓄电池充满控制电路进入保护蓄电池检测电压达设定值充电电路停止工作
4 蓄电池流保护
防止充电池发生流短路等严重障电路中加入流保护防止流蓄电池造成损坏发生流保护TL494输出脉锁定系统停止工作
5 驱动电路设计
驱动电路采日东芝公司光耦集成电路TLP250开关频率25K输出电流15A隔离电压2500V
图47驱动电路原理图
6 续流二极D选择
续流二极般选择反恢复时间短耐压高正电流快恢复二极续流二极耐压输入电源电压电流通负载电流考虑安全裕量选择DESI2002A快恢复二极VRRM 200 VIFAVM 20Atrr 35 ns
7 LED 指示功
便观察反映系统前工作状况系统中加入LED指示灯显示电源充电充满流4状态电路图48示：
图48 LED 指示电路
实现LED显示电路控制芯片采MC1413较器采LM339构成
1） 控制电路接电源时电源指示灯LED4亮
2） 充电电路开始工作时充电指示灯（LED1）亮
3） 蓄电池电压达充保护值时充满指示灯LED3亮时LED1关闭
4） 电流检测电压高定电压时蓄电池流保护灯亮
第五章 实验结果实验装置
51充电系统实验结果实验装置
511 工作点调节实验波形
根SABER软件系统控制算法进行仿真基础充电装置进行实验调试光伏电池组件开路电压216V功率点电压176V根4节光伏电池组件输出电压选择PV输出电压范围60~88V试验中测波形：
1 定电压3V（实际工作电压60V）时MOSFET占空图51示定电压反馈电压波形图52示波形中1定电压波形2反馈电压
图51 占空波形 图52工作电压波形（1定2反馈）
图53 占空波形 图54工作电压波形（1定2反馈）
2定电压4V（应实际工作电压80V）时MOSFET占空波形图53示定电压反馈电压波形图54示
3 定电压43V时（应实际工作电压86V）时MOSFET占空波形图55示定电压反馈电压波形图56示
图55 占空波形 图56 工作电压波形（1定2反馈）
4 定电压44V时（实际工作电压88V）MOSFET占空波形图57示定电压反馈电压波形图58示：
图57 占空波形 图58 工作电压波形（1定2反馈）
实验结：
根工作电压波形占空变化波形说明系统够根装置工作环境调整功率工作点电压占空着功率点右移逐渐减工作点设定电压88V时MOSFET占空波形基0系统停止工作证明充电装置控制算法遵循光伏电池PV曲线特性充电装置实现功率点踪
512 实验装置
充电系统实验装置图59示面基TL494控制电路面充电系统电路
图59 充电系统实验装置
第六章 总结展
61课题必性
生源日渐减少环境污染日益严重解决难题成困扰世界济发展首务种生源优越性日渐突出目光纷纷投太阳太阳时时刻刻球发送着量 太阳实绿色源取竭源首新源头交椅太阳光伏充电器系统研究光伏发电技术应推广具非常重意义光伏研究学进行相关技术研究中太阳电池板功率踪系统转换效率提高充分利太阳关键核心技术文已方面做量实验研究
62课题作工作
文光伏充电器研究象做方面工作：
1调研太阳发电系统基结构研究太阳电池原理电气特性分析DCDC变换器实现太阳电池功率点踪(MPPT)原理总结纳前光伏系统中实现MPPT控制方法
2分析研究光伏系统中种常DCDC拓扑结构根分析设计制作基半桥式结构DCDC变换器实验装置
63 结
研究太阳电池控制器作整系统蓄电池负载分析光伏电池输 出特性功率点踪原理基础提出种增强型扰动法该方法具实现简单特点快速 响应 特性日强度急剧变化时保证负载功率输入进步减系统损耗提高发电效率研究设计 升压 DC—DC转换电路利 AT89S52单片机作控制器完成功率点踪通实验研究测定 DC—DC转换电路PWM控制信号转换效率结果表明系统具较输出响应量损耗控制方式简便易行
致 谢
数月艰辛文终完成期间感觉压力第次独立进行毕业文写作文完成程中遇少困难首先相关知识进行系统解掌握完全陌生深奥知识学确实非易事努力克服重重困难指导老师XX老师亲切关怀悉心指导完成文写作文选题资料查询定稿程中文终完成刘老师始终予私帮助悉心指导懈支持刘老师表示真诚感谢深深谢意感谢关心支持帮助良师益友
感谢身远方父母生活关怀精神鼓励学动力
外感谢学予关心私帮助谢谢陪走样段青葱岁月文写作程中许学宝贵建议时工作程中许事支持帮助致诚挚谢意谢谢路支持帮助
学校学生活结束回顾两年学历面现收获感限欣慰母校表达衷敬意谢意
衷心感谢位老师百忙中参加文评阅答辩
参考文献
[1] 陈兴峰 曹志峰 许洪华 焦强 光伏发电功率踪算法
研究[J] 生源2005 1(119)8 11
[2] 赵庚申王庆章许盛功率点踪原理实现方法研究
[3] 韩婓潘天良高效光伏充电系统研究[J]机电工程
[4] 太阳学报200912 27(10)997 1001
[5] 叶秋香郑建立光伏电池功率踪器研究开发
[6] 春鹏张廷元周封太阳光伏发电综述[J] 电工材料2006NO34548
[7] E Koutroulis K Kalaitzakis and NC Voulgaris Development of a microcontroller based on photovoltaic maximum power point tracking control system[J] IEEE Trans Power Electronics Jan 2001vol 16 pp 4654
附录1 总电路图
附录2 实物图
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
摘
太阳清洁污染生源利太阳世界源发展战略重容中太阳发电受瞩目太阳电池作太阳转换电功型材料器件已广泛应文阐述光伏充电系统设计中设计中电路采BUCK变换器控制电路核心采TI公司电压型PWM控制芯片TL494BUCK变换器结构简单动态性较TL494典型固定频率脉宽控制集成电路包含控制开关电源需全部功价格便宜设计中关键部分光伏电池MPPT控制方式通种方式优缺点较课题中采CVT（CVT：Constant Voltage Tracking）型功率点踪算法实现光伏阵列功率点踪CVT型控制算法具结构简单良性稳定性目前光伏系统中较
关键词：BUCK变换器TL494MPPT光伏电池
目 录
摘 I
目 录 II
第章 绪 1
11引言 1
12光伏发电国外研究现状趋势 1
121世界光伏发电现状趋势 1
122国光伏发电现状趋势 2
123光伏产业发展趋势 3
13课题研究容目 4
第二章 光伏电池特性 5
21光伏电池特性介绍 5
23 硅光伏电池原理特性 5
231硅光伏电池结构工作原理 5
232硅光伏电池特性 6
233硅光伏电池结温日强度光伏电池输出特性影响 8
第三章 功率点踪原理 11
31常功率点踪原理 11
32常功率点踪原理 11
321功率点追踪算法 12
322 扰动观察法(爬山法)改进适应算法 12
323增量电导法 12
324 恒定电压法短路电流法 12
324滞环较法 13
第四章 充电器电路设计 15
41 控制芯片TL494简介 15
411 TL494功特性 15
412 TL494脚配置功 15
413 TL494极限参数 16
42设计光伏电池MPPT控制方式 16
43光伏充电系统控制原理框图 17
44光伏充电系统电路设计 18
441光伏充电系统电路结构 18
442 电路参数设计 18
45控制电路设计 19
第五章 实验结果实验装置 23
51充电系统实验结果实验装置 23
511 工作点调节实验波形 23
512 实验装置 24
第六章 总结展 27
61课题必性 27
62课题作工作 27
63 结 27
致 谢 28
参考文献 29
附录1 总电路图 30
附录2 实物图 31
第章 绪
11引言
着济发展社会进步源提出越越高求寻找新源成前类面迫切课题现源3种火电水电核电
火电需燃烧煤石油等化石燃料方面化石燃料蕴藏量限越烧越少正面着枯竭危险估计全世界石油资源30年便枯竭方面燃烧燃料排出CO2硫氧化物会导致温室效应酸雨恶化球环境水电淹没量土导致生态环境破坏型水库旦塌崩果堪设想外国家水力资源限受季节影响核电正常情况固然干净万发生核泄漏果样怕前苏联切尔诺贝利核电站事已900万受程度损害影响未终止迫寻找新源新源时符合两条件：蕴藏丰富会枯竭二安全干净会威胁类破坏环境目前找新源两种太阳二燃料电池外风力发电算辅助性新源中理想新源阳
12光伏发电国外研究现状趋势
光伏发电国外种阳产业仅拥良济前景产业化发展提供越越业机会太阳光伏发电国民济中作影响已越越光伏发电市场发展前景相广阔已引起世界许国家高度重视
121世界光伏发电现状趋势
日利电子技术优势力发展光伏发电产品产量已相全球产量50 德日英荷美等国企业基垄断全球光伏发电产品市场出口额占世界贸易额80 欧盟估计全球光伏市场现3 000 Mw 增加2020年70GW(w 峰瓦)光伏发电解决非洲30 济合作发展组织(OECD)国家10 电力需求2010年欧洲风力发电达约40 GW光伏发电3GW 太阳集热器100 Mm 时总计提供154～ 167万业机会日已1992年4月实现太阳发电系统电力公司电网联网已家庭开始安装太阳发电设备日通产省1994年开始住宅象实行购买太阳发电设备费补助三分二制度求第年1000户家庭2000年时7万户家庭装太阳发电设备日关部门估计日2100万户住宅中果80％装太阳发电设备便满足全国总电力需14％果工厂办公楼等单位房进行太阳发电太阳发电占全国电力30％－40％前阻碍太阳发电普素费昂贵满足般家庭电力需3千瓦发电系统需600万700万日元未包括安装工钱关专家认少降100万200万日元时太阳发电够真正普降低费关键太阳电池提高变换效率降低成
久前美国德州仪器公司SCE公司宣布开发出种新太阳电池单元直径1毫米珠密密麻麻规分布柔软铝箔许蚕卵紧贴纸样约50方厘米面积便分布1700样单元种新电池特点然变换效率8％—10价格便宜铝箔底衬柔软结实布帛样意折叠久耐挂阳处便发电非常方便称种新太阳电池瓦发电力设备152美元发度电费降14美分左右完全普通电厂产生电力相竞争家庭种电池挂阳屋顶墙壁年获二千度电力
世界源组织太阳光伏发电未发展做出预测：2020年世界光伏发电发电量占总发电量12040年占总发电量20欧洲光伏工业协会(EPIA)光伏发电预测：2020年世界太阳光伏组件年产量达40GWp光伏发电总装机容量195GWp发电量274TWh占全球发电量1％太阳电池组件成降1美元IWp2040年光伏发电量7368TWh占全球发电量212020年世界光伏发电累计装机容量达200GWpa中美日欧安装总量超世界总量50着光伏市场产业快速发展光伏发电成降逐步接达常规发电成水年光伏发电发展速度前时候预测快光伏发电成降速度前预测快年晶硅材料短缺减缓成降速度预测样着常规发电成断提高2020年左右光伏发电常规发电相完全具竞争力
综述世界种权威机构生源代速度光伏发电未前景预测具高度致性理相信预测结果具高科学性信度具重参考价值预测充分说明生源代化石燃料紧迫性必然性说明光伏发电未重战略位
122国光伏发电现状趋势
国太阳资源非常丰富理储量达年17000亿吨标准煤太阳资源开发利潜力非常广阔国处北半球南北距离东西距离5000公里国广阔土着丰富太阳资源数区年均日辐射量方米４千瓦时西藏日辐射量高达米７千瓦时年日时数2000时纬度国家相美国相欧洲日优越巨开发潜国际光伏市场巨潜力推动国光伏制造业争相投入巨资扩生产争席中国作世界源消耗第二国家例外国际蓬勃发展光伏发电相国落发达国家1015年甚明显落印度国光伏产业正年30速度增长2006年底国光伏电池生产力已达450MW国家部委立项支持目前国实验室光伏电池效率已达21商业化光伏组件效率达1415般商业化电池效率1013目前国太阳光伏电池生产成已幅降太阳电池价格逐渐2000年40元瓦降2003年33元瓦2004年已降27元瓦国太阳市场走壮成熟起决定作实现国际光伏市场接轨具重意义
123光伏产业发展趋势
技术进步降低光伏发电成促进光伏产业市场发展重素十年围绕着降低成种研发工作取显著成表现电池效率断提高硅片厚度持续降低产业化技术断改进等方面降低光伏发电成起决定性作
商业化电池效率断提高先进技术断产业注入商业化电池技术断提升目前商业化晶硅电池效率达15~20（单晶硅电池16~20晶硅15~18）商业化单结非晶硅电池效率5~7双结非晶硅电池效率6~8非晶硅／微晶硅迭层电池效率8~10稳定性断提高电池效率提高光伏发电成降重素
商业化电池硅片厚度持续降低降低硅片厚度减少硅材料消耗降低晶硅太阳电池成效技术措施光伏技术进步重方面30年太阳电池硅片厚度1970年450~500μm降低目前180~200μm降低半硅材料量幅度降低技术进步促进成降低重范例
产业化规模断扩生产规模断扩动化程度持续提高太阳电池生产成降低重素太阳电池单厂生产规模已世纪80年代1~5MWp年发展90年代5~30MWp年2006年25~500MWp／年2007年25~1000MWp／年太阳电池说30年统计结果生源发电技术中现代集约化济佳体现者
光伏组件成发电幅度降低光伏组件成30年降低2数量级2003年世界重厂商成2~23美元Wp售价253美元Wp2004年材料紧缺价格回升中技术革新促产品成降低原
光伏工业专设备制造业发展30年光伏产业专设备制造业技术提升光伏工业发展重标志光伏工业发展光伏发电成降低起举足轻重作
13课题研究容目
课题分五章节首先第二章针光伏电池特性进行系统性分析光伏电池原理负载特性输出特性曲线等深入掌握解基础确定光伏充电器系统结构设计电路采BUCK变换器控制电路核心采TI公司电压型PWM控制芯片TL494次第三章TL494功特点引脚功数等方面述进第四章种MPPT控制方式优缺点中问题分析原理性介绍第五章电路总体性设计包括电路控制电路设计目根太阳光伏电池组件PV特性曲线设计出台太阳光伏充电器充电器实现太阳电池组件功率点踪太阳电池组件输出功率
光伏充电系统原理图图24示电路采BUCK变换器控制电路核心采TI公司电压型PWM控制芯片TL494BUCK变换器结构简单动态性较TL494典型固定频率脉宽控制集成电路包含控制开关电源需全部功价格便宜
图11 光伏充电系统原理
第二章 光伏电池特性
21光伏电池特性介绍
太阳光伏电池（简称光伏电池）太阳光直接转化电目前面光伏系统量硅基底硅太阳电池分单晶硅晶硅非晶硅太阳电池量转换效率寿命等综合性方面单晶硅晶硅电池优非晶硅电池晶硅单晶硅转换效率低价格更便宜
应需求太阳电池定组合达定额定输出功率输出电压组光伏电池光伏组件根光伏电站规模光伏组件组成种阵列
光伏电池工作环境种外部素光强度环境温度粒子辐射等会电池性指标带影响温度影响光强度影响常常时存保证光伏电池具较高工作效率较稳定性制造工艺组合安装设计配套控制系统时考虑改善光伏电池外特性问题
23 硅光伏电池原理特性
231硅光伏电池结构工作原理
单硅太阳电池外形结构图21示种N+P型硅太阳电池基体材料P型单晶硅厚度04mm表面层N型层受光层基体交界面处形成PN结表面加栅状金属电极提高转换效率外受光面覆盖着层减反射膜层薄天蓝色氧化硅薄膜减少入射太阳光反射太阳电池入射光吸收率达90
图21 硅太阳电池外形结构图
硅太阳电池工作原理：半导体材料言中PN结处衡状态时候PN结处会形成耗层存N区指P区势垒电场入射光子量禁带宽度(Eg)整入射太阳光量硅禁带宽度时候太阳光子射入半导体电子价带激发导带价带中留空穴产生电子空穴量禁带宽度光子进入电池N区空间电荷区P区中时会激发产生光生电子空穴光生电子空穴空间电荷区中产生立势垒电场分离光生电子推N区光生空穴推P区N区P区中产生光生电子空穴会PN结交界面处扩散达势垒电场边界时立受势垒电场作光生电子留N区光生空穴留P区N区中光生空穴建电场作推P区P区中光生电子样推N区形成N区中积累剩电子P区中积累剩空穴PN结两侧形成势垒电场方相反光生电动势谓光生伏效应接负载电流P区负载流N区负载获功率
232硅光伏电池特性
太阳光射时太阳电池便产生电流电流着光强增加增接受光强度定时太阳电池作恒流电源太阳电池PN结型二极 光射产生正偏压PN结理想状态情况根图22表示等效电路考虑
图22 理想状态太阳电池等效电路图
种等效电路时加负载电压V流负载电流I间关系式出：
(21)
式中：IFIL流二极正电流光电流q载流子电荷k玻耳兹曼常数T温度[K]I0二极饱电流
实际太阳电池中存着漏泄电流相二极联电阻Rsh串联电阻Rs时等效电路根图24描述
图 23 实际太阳电池等效电路图
伏安特性式出：
(22)
式中：α取决PN结特性常数般取该值似1
式(22)出太阳电池输出特性曲线图表示出图25太阳电池伏安特性曲线系统分析重技术数图中出具强烈非线性
太阳电池额定功率定义条件：日S1000Wm2太阳电池温度T25℃气质量AM15时太阳电池输出功率便额定功率应图25中M点太阳电池额定功率单位峰瓦记作WP曲线M点表示相应日强度太阳电池输出功率位置称功率点(MPP)
假定负载纯电阻负载特性曲线相交M点根公式RLVMIM 画出负载线条直线斜率负载阻值决定
图 24 太阳电池输出特性
根图中示特性曲线定义参数：
短路电流Isc(short circuit current)：V0时应电流值
开路电压Voc(open circuit voltage)：I0时应电压值
工作点(working point)：负载线伏安特性曲线交点
特性曲线意点均太阳电池工作点点应着负载电阻太阳电池处获功率图中矩形0IMMVM0围成面积调节负载电阻阻值RL时总找点M应IM·VM时称M点佳功率点称功率点(Maximum Power Point简记MPP)点应电流IM佳工作电流电压VM佳工作电压负载RM佳负载电阻PM功率输出功率
233硅光伏电池结温日强度光伏电池输出特性影响
式(22)等效电路知日强度电池结温影响太阳电池阵列功率输出重参数温度升太阳电池开路电压Voc降短路电流Isc略微增图25示总体效果会造成太阳电池输出功率降图26示注意里指太阳电池结温变化指环境温度太阳电池结温环境温度关系赖日强度图27示
图25 温度IV曲线 图26 温度PV曲线
图27太阳电池温度日强度间关系曲线
日强度极程度影响太阳电池阵列输出电流图28图29出日强度典型IVPV特性
图28日强度IV曲线 图29日强度PV曲线
图28图29中光伏电池标准温度标准光强PV特性出光伏电池输出特性受环境变化影响中光强度影响光伏电池电流光伏电池电压受温度影响简单CVT控制技术满足光伏电池功率输出求MPPT控制技术更加适
第三章 功率点踪原理
功率点踪（Maximum Power Point Tracking）简称MPPT谓功率点踪指控制器够实时侦测太阳板发电电压追踪高电压电流值(VI)系统高效率蓄电池充电
31常功率点踪原理
类面严重源问题环保压力太阳利越越受重视光伏阵列输出特性具非线性特征输出受太阳辐度环境温度负载情况影响某输出电压值时光伏阵列输出功率达值时光伏阵列工作点达输出功率电压曲线高点称功率点目前光伏电池光电转换效率较低效利光伏电池光伏发电进行功率踪显非常重目前国外文献提出种踪方法实质寻优程通太阳电池端电压控制功率输出太阳电池阵列输出功率特性曲线图31
图31光伏电池输出功率特性
图知太阳电池工作功率点Vmax左侧时输出功率电池端电压升增加太阳电池工作功率点电压Vmax右侧时输出功率电池端电压升减少外MPPT控制先根采集太阳电压电流值功率值判断运行工作区然根通工作区采取工作指令进行踪控制
32常功率点踪原理
功率点踪分寻优非寻优方法两类型中寻优方法包括扰动观察法（爬山法）增量电导法恒定电压法短路电流法基爬扰动观测法改进适应算法非寻优方法包括曲线拟合法等
321功率点追踪算法
光伏阵列功率点时变量采搜索算法进行功率点踪搜索算法分非寻优寻优两谓非寻优算法根外界环境素(光温度)变化利数学型表方法确定功率点该方法实际中少采文进行详述寻优算直接检测外界环境素变化通直接测量电信号判断率
点位置进行追踪目前文献提出寻优算法包括扰动观察法增量电导法恒定电压法短路电流法基爬山法扰动观测法改进适应算法
322 扰动观察法(爬山法)改进适应算法
扰动观察法目前常功率踪方法通断扰动太阳光伏系统工作点寻找功率点方原理先扰动输出电压值然测功率变化扰动前功率值相果功率值增加表示扰动方正确继续方扰动果扰动功率值扰动前值相反方扰动扰动观察法优点简单容易实现缺点难选择合适步长：步长踪时间拉长影响系统动态响应特性步长输出功率波动加均值值稳态误差变文献[6]提出种改进适应算法通加入步长a 动线调整器问题解决时保证系统动稳态性
323增量电导法
增量电导法MPPT 控制常算法够判断出工作点电压功率点电压间关系功率P 式：PI×V （1）式（1）两端V 求导I 作V 函数：dPdV d(IV)dV1+V dIdV（2）式（2）知dPdV>0 时V 功率点电压dPdV<0时V 功率点电压dPdV0 时V 功率点电压增量电导法优点外界日强度发生迅速变化时输出端电压稳方式追变化保证功率输出
324 恒定电压法短路电流法
相电池板温度变化引起光伏阵列输出功率变化言辐度变化光伏阵列输出功率影响更辐度功率点应输出电压Vopt 变化实验表明辐度Vopt 开路电压Vopen 值光伏组件参数关环境温度变化敏感似认常数基特性设计功率追踪算法称恒压法短路电流法根辐度功率点应输出电流Iopt 短路电流Ishort 值似等091 设计算法该算法实施需断光伏阵列短接测量阵列短路电流短路电流法恒定电压法原理实质致
324滞环较法
外界环境时常快速变化系统中常滞环较法[16]代爬山法实现太阳电池MPPT避免旦外界环境快速变化时爬山法会引起控制器误判现象滞环较法控制原理系统工作点外界环境快速改变变化等变化缓慢踪太阳电池功率滞环较法原理详述：
太阳电池输出功率PDCDC变换器占空D特性曲线PD中(图32示)知果曲线功率点处意选取三位置ABC(应占空次增)曲线段分五种形式图219示分析改变DCDC变换器占空变化方实现太阳电池MPPT前程序设定符号运算变量F初始值0F赋值原：A点输出功率B点时FF+1否FF−1时C点输出功率B点时FF−1否FF+1较完毕果F2判断DCDC变换器占空D需增加增量α F−2认D需减aF0认系统前工作工作点保持前D变ABC三点功率检测控制器先默认前工作点B点读取输出功率然控制D增加倍α读取C点功率减两倍α读取A点功率连续检测三点功率较计算出变量F值判断占空改变方
图32 功率点附PD曲线五种形式
基系统外界环境变化缓慢场合分析素外界环境快速变化时功率点附PD曲线图32示五种形式外存三种形式图33示根滞环较法原理图33中三种形式中F均0系统外界环境变化变化DCDC变换器占空避免爬山法带误判现象
图33 外界环境快速变化时工作点附PD曲线
滞环较法控制流程图34示图中Dα系统中DCDC变换器占空占空增量F符号运算变量值02−2间选择VAIAPADA
图34 滞环较法控制流程图
VBIBPBDB VcIcPcDc分代表ABC 三点电压电流功率DCDC变换器占空
滞环较法消爬山法误判问题外界环境快速变化程中法实现MPPT导致量损失种方法适应外界环境时常快速变化系统中外滞环较法样面爬山法中占空增量α采样时间选取问题
分析知太阳光辐射度确定性太阳电池工作温度变化负载变化太阳电池输出特性强烈非线性特征均系统功率点外界环境负载变化时刻变化针样非线性特征采模糊逻辑控制法(Fuzzy Logic Control FLC)实现光伏系统中MPPT控制克服常规算法带采样时间选取α问题通微控制器执行时够获较理想效果
第四章 充电器电路设计
41 控制芯片TL494简介
411 TL494功特性
TL494种固定频率脉宽调制电路包含开关电源控制需全部功广泛应单端正激双式半桥式全桥式开关电源TL494SO16PDIP16两种封装形式适应场合求特性：
1 集成全部脉宽调制电路
2 片置线性锯齿波振荡器外置振荡元件仅电阻电容
3 置误差放器
4 止5V参考基准电压源
5 调整死区时间
6 置功率晶体提供500mA驱动力
7 推拉两种输出方式
412 TL494脚配置功
图41 TL494脚图
TL494部电路基准电压产生电路振荡电路间歇期调整电路两误差放器脉宽调制较器输出电路等组成图41脚图中12脚误差放器I相反相输入端3脚相位校正增益控制4脚间歇期调理加0～33V电压时截止时间2线怀变化10056脚分外接振荡电阻振荡电容7脚接端89脚1110脚分TL494部两末级输出三极集电极发射极12脚电源供电端13脚输出控制端该脚接时联单端输出方式接14脚时推挽输出方式14脚5V基准电压输出端输出电流10mA1516脚误差放器II反相相输入端
413 TL494极限参数
表41 TL494极限参数
名称
代号
极限值
单位
工作电压
Vcc
42
V
集电极输出电压
Vc1Vc2
42
V
集电极输出电流
Ic1Ic2
500
mA
放器输入电压范围
VIR
03V—+42
V
功耗
PD
1000
mW
热阻
RθJA
80
℃W
工作结温
TJ
125
℃
工作环境温度
TL494B
TL494C
TL494I
NCV494B
40—+125
0—+70
40—+85
40—+125
℃
额定环境温度
TA
40
℃
42设计光伏电池MPPT控制方式
光伏阵列种非线性电源输出特性曲线视恒电流区域恒电压区域组成两块区域交界点功率点光强度光伏阵列会存着样功率点功率角度视前工况优点光强度温度变化会分改变恒电流恒电压区域功率点踪变化
前面分析知忽略温度效应时硅型光伏组件输出特性图25示光伏组件光强度功率输出点总似某恒定电压值Um附假曲线L负载特性曲线abcde相应光强度直接匹配时工作点显然果采直接匹配阵列输出功率较弥补阻抗失配带功率损失采恒定电压（CVT：Constant Voltage Tracking）控制策略光伏阵列负载间通定阻抗变换系统成稳压器整列工作点稳定Um附保证光伏阵列输出功率接功率点输出点
CVT型MPPT中日功率点处理根似直线Umconst说系统运行程中光伏阵列直保持工作电压Umconst保证光伏阵列始终具前日功率输出
文采CVT型功率点踪算法实现光伏阵列功率点踪CVT型控制算法具结构简单良性稳定性目前光伏系统中较
图42 光伏组件输出特性负载匹配曲线
43光伏充电系统控制原理框图
图43 光伏充电系统控制原理框图
CVT型MPPT控制方式采典型电压电流双闭环控制图26示电压环外环电流环环动态调节速度非常快完全满足系统调节快速性求光伏独立发电系统说功率踪部分体现光伏阵列蓄电池充电环节结合蓄电池充电特性控制方式采电压外环复合控制结构实现蓄电池充保护恒压涓流充电功图43中USP*定光伏阵列CVT工作电压值根验加实测获USP实时检测出光伏阵列实际电压值Ug*定蓄电池充电压Ug实时检测出蓄电池实际电压值
44光伏充电系统电路设计
441光伏充电系统电路结构
图44 充电系统电路结构
文设计光伏充电系统电路采BUCK电路拓扑光伏电池功率器件滤波电感电容续流二极蓄电池组成电路拓扑图44示
442 电路参数设计
参数设计指标：
V—90VV
1 功率器件选择
根BUCK电路开关电压应力求[31]VT Ui等直流输入电压90V考虑留定电压裕量选择IR公司IRFP150NVDSS 100V
RDS(on) 0036ID 42A
2 滤波电感设计
充电程中电感电流工作连续模式滤波电感计算公式示[32]：
(24)
式中电感电流波形系数
(1)采AP法[33][34]确定磁芯规格
电感储量：
(25)
计算面积积AP值：
(26)
式中 铁氧体工作磁感应强度取03T 窗口效系数电流密度系数X常数 取X 017
选铁氧体磁环参数D31mm T8mm d19mm
(2)计算电流密度
(27)
(3)计算线圈截面积：
(28)
(4) 计算线圈匝数
(29)
(210)
3 输出电容计算：
取纹波电压
(211)
取C100uf耐压100V电解电容
45控制电路设计
控制电路核心TI公司电压型PWM芯片TL494TL494部电路基准电压产生电路振荡电路间歇期调整电路两误差放器脉宽调制较器输出电路等组成控制电路采电流环电压外环双闭环控制[34]实现充电系统快速启动负载波动具抗扰作实现静差调节控制电路核心部分图45示：
图 45 TL494控制电路原理图
1 开关频率选择
TL494开关频率RT CT决定设计电路时选：
(212)
2 电流检测电路设计
电流检测电路采霍尔电流互感器HDC50BS电流检测电路图46示：
图46 电流检测电路
3 充保护电路设计
防止蓄电池充电损坏蓄电池性影响蓄电池寿命蓄电池充满控制电路进入保护蓄电池检测电压达设定值充电电路停止工作
4 蓄电池流保护
防止充电池发生流短路等严重障电路中加入流保护防止流蓄电池造成损坏发生流保护TL494输出脉锁定系统停止工作
5 驱动电路设计
驱动电路采日东芝公司光耦集成电路TLP250开关频率25K输出电流15A隔离电压2500V
图47驱动电路原理图
6 续流二极D选择
续流二极般选择反恢复时间短耐压高正电流快恢复二极续流二极耐压输入电源电压电流通负载电流考虑安全裕量选择DESI2002A快恢复二极VRRM 200 VIFAVM 20Atrr 35 ns
7 LED 指示功
便观察反映系统前工作状况系统中加入LED指示灯显示电源充电充满流4状态电路图48示：
图48 LED 指示电路
实现LED显示电路控制芯片采MC1413较器采LM339构成
1） 控制电路接电源时电源指示灯LED4亮
2） 充电电路开始工作时充电指示灯（LED1）亮
3） 蓄电池电压达充保护值时充满指示灯LED3亮时LED1关闭
4） 电流检测电压高定电压时蓄电池流保护灯亮
第五章 实验结果实验装置
51充电系统实验结果实验装置
511 工作点调节实验波形
根SABER软件系统控制算法进行仿真基础充电装置进行实验调试光伏电池组件开路电压216V功率点电压176V根4节光伏电池组件输出电压选择PV输出电压范围60~88V试验中测波形：
1 定电压3V（实际工作电压60V）时MOSFET占空图51示定电压反馈电压波形图52示波形中1定电压波形2反馈电压
图51 占空波形 图52工作电压波形（1定2反馈）
图53 占空波形 图54工作电压波形（1定2反馈）
2定电压4V（应实际工作电压80V）时MOSFET占空波形图53示定电压反馈电压波形图54示
3 定电压43V时（应实际工作电压86V）时MOSFET占空波形图55示定电压反馈电压波形图56示
图55 占空波形 图56 工作电压波形（1定2反馈）
4 定电压44V时（实际工作电压88V）MOSFET占空波形图57示定电压反馈电压波形图58示：
图57 占空波形 图58 工作电压波形（1定2反馈）
实验结：
根工作电压波形占空变化波形说明系统够根装置工作环境调整功率工作点电压占空着功率点右移逐渐减工作点设定电压88V时MOSFET占空波形基0系统停止工作证明充电装置控制算法遵循光伏电池PV曲线特性充电装置实现功率点踪
512 实验装置
充电系统实验装置图59示面基TL494控制电路面充电系统电路
图59 充电系统实验装置
第六章 总结展
61课题必性
生源日渐减少环境污染日益严重解决难题成困扰世界济发展首务种生源优越性日渐突出目光纷纷投太阳太阳时时刻刻球发送着量 太阳实绿色源取竭源首新源头交椅太阳光伏充电器系统研究光伏发电技术应推广具非常重意义光伏研究学进行相关技术研究中太阳电池板功率踪系统转换效率提高充分利太阳关键核心技术文已方面做量实验研究
62课题作工作
文光伏充电器研究象做方面工作：
1调研太阳发电系统基结构研究太阳电池原理电气特性分析DCDC变换器实现太阳电池功率点踪(MPPT)原理总结纳前光伏系统中实现MPPT控制方法
2分析研究光伏系统中种常DCDC拓扑结构根分析设计制作基半桥式结构DCDC变换器实验装置
63 结
研究太阳电池控制器作整系统蓄电池负载分析光伏电池输 出特性功率点踪原理基础提出种增强型扰动法该方法具实现简单特点快速 响应 特性日强度急剧变化时保证负载功率输入进步减系统损耗提高发电效率研究设计 升压 DC—DC转换电路利 AT89S52单片机作控制器完成功率点踪通实验研究测定 DC—DC转换电路PWM控制信号转换效率结果表明系统具较输出响应量损耗控制方式简便易行
致 谢
数月艰辛文终完成期间感觉压力第次独立进行毕业文写作文完成程中遇少困难首先相关知识进行系统解掌握完全陌生深奥知识学确实非易事努力克服重重困难指导老师XX老师亲切关怀悉心指导完成文写作文选题资料查询定稿程中文终完成刘老师始终予私帮助悉心指导懈支持刘老师表示真诚感谢深深谢意感谢关心支持帮助良师益友
感谢身远方父母生活关怀精神鼓励学动力
外感谢学予关心私帮助谢谢陪走样段青葱岁月文写作程中许学宝贵建议时工作程中许事支持帮助致诚挚谢意谢谢路支持帮助
学校学生活结束回顾两年学历面现收获感限欣慰母校表达衷敬意谢意
衷心感谢位老师百忙中参加文评阅答辩
参考文献
[1] 陈兴峰 曹志峰 许洪华 焦强 光伏发电功率踪算法
研究[J] 生源2005 1(119)8 11
[2] 赵庚申王庆章许盛功率点踪原理实现方法研究
[3] 韩婓潘天良高效光伏充电系统研究[J]机电工程
[4] 太阳学报200912 27(10)997 1001
[5] 叶秋香郑建立光伏电池功率踪器研究开发
[6] 春鹏张廷元周封太阳光伏发电综述[J] 电工材料2006NO34548
[7] E Koutroulis K Kalaitzakis and NC Voulgaris Development of a microcontroller based on photovoltaic maximum power point tracking control system[J] IEEE Trans Power Electronics Jan 2001vol 16 pp 4654
附录1 总电路图
附录2 实物图
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容，不代表《香当网》观点或立场，请自行判断内容的真实性和可靠性！
该内容是文档的文本内容，更好的格式请下载文档
