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    光伏發(fā)電的嵌入式系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)

    作者: 時(shí)間:2011-11-02 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

    3.2 最大功率跟蹤模塊
    光伏中的太陽能電池板在一定的條件下具有唯一的最大功率點(diǎn),當(dāng)太陽能電池板工作在該點(diǎn)時(shí)能輸出當(dāng)前條件下的最大功率。但由于太陽能電池板的輸出特性受負(fù)載、光強(qiáng)、溫度等因素的影響,其輸出電壓和電流均在發(fā)生變化,從而使輸出功率不穩(wěn)定,即最大功率點(diǎn)時(shí)刻在變化,導(dǎo)致光伏效率降低。
    因此,跟蹤太陽能電池板輸出的最大功率點(diǎn)是提高光伏效率的關(guān)鍵。當(dāng)太陽電池工作電壓小于最大功率點(diǎn)電壓Umax時(shí),輸出功率隨太陽電池端電壓上升而增加;工作電壓大于最大功率點(diǎn)電壓Umax時(shí),輸出功率隨太陽電池端電壓上升而減少。實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)質(zhì)上是一個(gè)自尋優(yōu)過程,即通過控制太陽電池端電壓,使電池能在各種不同外部環(huán)境下智能地輸出最大功率,不斷獲得最大功率輸出。
    DC-DC變換器是一種通過控制電壓將不可控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏敵龅淖儞Q電路。對于線性電路來說,當(dāng)負(fù)載電阻等于內(nèi)阻時(shí),有最大功率輸出。雖然太陽電池和DC-DC變換電路都是非線性的,但在極短的時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為是線性電路。因此,只要調(diào)節(jié)DC-DC轉(zhuǎn)換電路的等效電阻使它始終等于太陽能電池板的內(nèi)阻,就可實(shí)現(xiàn)太陽電池的最大功率輸出,也就實(shí)現(xiàn)了太陽電池的最大功率點(diǎn)跟蹤。當(dāng)負(fù)載電阻等于太陽能電池板內(nèi)阻時(shí),負(fù)載兩端的電壓恰好等于輸出電壓的一半,因此在實(shí)際應(yīng)用中,通常采用調(diào)節(jié)負(fù)載兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。光伏系統(tǒng)中將DC-DC變換器接入太陽能電池板的輸出回路,并通過系統(tǒng)中的單片機(jī)對DC-DC變換器的輸入、輸出電壓進(jìn)行采樣計(jì)算,同時(shí)產(chǎn)生控制脈沖信號調(diào)節(jié)DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開關(guān)管占空比來改變其負(fù)載大小,使得負(fù)載電壓為太陽能電池板輸出電壓的1/2來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。由于采用升降壓式(Buck-Boost)DC-DC轉(zhuǎn)換電路,這種最大功率功率跟蹤電路又稱為Buck-Boost電路,如圖4所示。

    本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/150084.htm

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    為使晶體管T工作在開關(guān)狀態(tài),通過單片機(jī)在其基極與發(fā)射極之間施加周期一定、高電平存在時(shí)間可調(diào)的驅(qū)動控制信號。在一個(gè)周期中晶體管導(dǎo)通時(shí)間與周期之比稱為占空比,當(dāng)太陽能輸出電壓發(fā)生變化時(shí),只要適當(dāng)調(diào)節(jié)Buck-Boost電路的占空比就可保證太陽能電池板輸入鉛酸電池的電壓穩(wěn)定。
    3.3 雙切換模塊
    太陽能綠色環(huán)保,取之不盡用之不竭,但卻受到環(huán)境因素的制約。長時(shí)間的陰雨天氣,光照時(shí)間不足勢必造成鉛酸電池電能耗盡無法補(bǔ)充,導(dǎo)致光伏系統(tǒng)癱瘓,甚至?xí)ο到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)照成無法逆轉(zhuǎn)的破壞。對于安置在惡劣環(huán)境下的系統(tǒng),它的電源供給需要應(yīng)對各種極端情況。雙電源切換功能的引入極大地增強(qiáng)了供電的穩(wěn)定性。

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    雙電源切換電路包括充電電路和放電電路,如圖5所示。充電控制電路利用光耦控制場效應(yīng)管的柵極電壓,當(dāng)ChargeUpControl端口的控制電平為低時(shí),光耦TLP521-1導(dǎo)通,柵極電平為低,MOS管IRLML6402導(dǎo)通;反之MOS管斷開,從而達(dá)到控制太陽能電池板電壓輸出的充電電壓對電池充電的效果。放電控制電路同樣利用光耦控制場效應(yīng)管的柵極電壓,當(dāng)Diseharge端口的控制電平為低時(shí),光耦導(dǎo)通,柵極電平為低,MOS管導(dǎo)通;反之MOS管斷開,從而達(dá)到控制電池輸出電壓的效果。
    需要注意的是在放電電路中接入了一個(gè)220μF的旁路電容,在光耦未導(dǎo)通之前,電池通過R2電路對C1進(jìn)行充電,這個(gè)過程大概需要10 min,使得MOS管的柵極保持高電平,讓充電通路保持?jǐn)嗦?,從而起到在封裝前保護(hù)電池和充電回路的作用;而在光耦導(dǎo)通時(shí),由于柵極沿著光耦接地低電平,使得MOS管導(dǎo)通,此時(shí),充電電路正常工作,而電容C1則不發(fā)揮作用。
    ChargeUpControl和Discharge控制電平均由單片機(jī)根據(jù)電池電壓檢測結(jié)果而提供。設(shè)定好一定的監(jiān)測電壓值,當(dāng)電池電壓下降到某個(gè)值時(shí)控制開啟充電回路關(guān)閉放電回路,當(dāng)電池電壓上升到某個(gè)值時(shí)控制開啟放電回路關(guān)閉充電回路。當(dāng)安置兩路這種充放電電路時(shí),通過控制電平的調(diào)配,即可實(shí)現(xiàn)兩塊電池輪流充電供電。
    雙電源切換模塊的引入極大地提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性。

    結(jié)語
    本文以光伏發(fā)電為基礎(chǔ),配合集成電路搭建了一種系統(tǒng)電源。在傳統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保的基礎(chǔ)上加入了智能充電控制芯片、最大功率跟蹤、雙電源切換功能,最大限度地延長了蓄電池的使用壽命,極大地提高了電源供電的效率,增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,對于工作在野外極端環(huán)境、惡劣條件下的嵌入式系統(tǒng)具有較高的使用和推廣價(jià)值。

    linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)

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