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太阳能家用照明系统控制器的设计

2020-12-08阅读(118)

太阳能家用照明系统控制器的设计

论文摘要

太阳能家用照明系统由光伏电池组件、蓄电池、控制器和照明负载等主要器件组成。光伏电池组件将接收到太阳光能转变电能储存在蓄电池之中,控制器将根据用户的需要控制蓄电池向照明负载供电或断电,因此,控制器在太阳能家用照明系统有至关重要的作用。本课题设计了一种以STC12C5410AD核心的太阳能家用照明系统控制器。SG3525电路产生10KHz的PWM信号去驱动Buck电路,Buck电路将输入直流电变换成稳定的36V直流输出,STC12C5410AD通过数据处理实现对对蓄电池的充电管理,并产生两路方波控制逆变电路实现DC/AC逆变,将36V转换成220V交流电输出。其稳压功能是这样实现的:220V交流电通过变压、整流、滤波后作为电路的反馈电压与SG3525内部提供的给定基准电压进行比较,产生差值信号△Uk送SG3525进行处理,如果△Uk=0,说明此时输出电压满足稳压要求,不需调整Buck电路;如果△Uk>0,则说明要输出电压偏高,此时,SG3525将根据Buck电路V o = TTonVi=DVi的特点,通过反馈电压值降低PWM输出的脉冲宽度,以减少开关管的占空比D,从而降低Buck电路输出,直至与设定值相等;相反,则要增大开关管的占空比,使之稳定。STC12C5410AD通过对蓄电池端电压进行采样值来确定蓄电池的工作状态,正常工作时绿灯亮;检测到欠压时,红灯亮,报警器工作;检测到过压时,黄灯亮,报警器工作。为防止功率管被烧坏,三路PWM信号都有相应的驱动保护电路。本控制器还设计了欠压保护功能。当STC12C5410AD检测到电路欠压故障时,发出一个低电平信号触发光耦TLP521,使其导通后,SG3525管脚获得一个高于2.5V电压,关闭输出的PWM信号,DC-DC停止工作;当检测到电压恢复正常时,由STC12C5410AD发出一个高电平信号触发光耦TLP521,使其截止,SG3525管脚10被拉低,输出的PWM信号重新开启,DC-DC又恢复工作,以实现欠压保护。此外,在光线不足的情况下,该控制器能够接通市电,以保证照明设备正常供电。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 课题研究的背景和意义
  • 1.1.1 课题研究的背景
  • 1.1.2 课题研究的意义
  • 1.2 太阳能光伏发电利用的现状
  • 1.2.1 国外太阳能光伏发电利用状况
  • 1.2.2 国内太阳能光伏发电利用状况
  • 1.3 太阳能家用照明系统存在的问题
  • 1.4 太阳能家用照明系统的发展趋势
  • 1.5 本课题研究的内容
  • 2 太阳能家用照明系统组件分析
  • 2.1 太阳能家用照明系统主控制电路
  • 2.2 光伏电池
  • 2.2.1 光伏电池基本知识
  • 2.2.1.1 光伏电池的工作原理及特点
  • 2.2.1.2 光伏电池的数学模型
  • 2.2.2 光伏电池的基本性质
  • 2.3 蓄电池控制电路
  • 2.3.1 蓄电池的选择
  • 2.3.2 铅酸蓄电池充放电原理
  • 2.3.3 蓄电池容量
  • 2.3.4 蓄电池的控制
  • 2.4 DC/DC 控制电路
  • 2.4.1 DC/DC 电路方案比较
  • 2.4.2 Buck 电路分析
  • 2.4.2.1 Buck 电路数学模型
  • 2.4.2.2 Buck 电路控制稳压输出原理
  • 2.4.3 利用SG3525 实现稳压输出
  • 2.4.3.1 SG3525 的结构特性
  • 2.4.3.2 利用SG3525 实现DC/DC 稳压输出
  • 2.4.4 IGBT 管的驱动与保护电路
  • 2.5 DC/AC 控制电路
  • 2.5.1 DC/AC 控制电路方案比较选择
  • 2.5.2 中心抽头变压器的逆变电路工作原理
  • 2.6 S T C 12C5410AD 控制器电路
  • 2.6.1 STC12C5410AD 控制芯片简介
  • 2.6.2 STC12C5410AD 控制器工作电路
  • 2.7 电路工作电源
  • 3 太阳能家用照明系统控制器硬件参数设计
  • 3.1 负载设计
  • 3.2 DC/AC 电路的变压器和IGBT 功率管的参数选择与设计
  • 3.2.1 变压器参数的选择与设计
  • 3.2.2 IGBT 功率管的选择
  • 3.3 IGBT 管驱动与保护电路相关器件选择
  • 3.4 Buck 电路元器件参数选择
  • 3.4.1 续流二极管D 的选择
  • 3.4.2 电感L 的选择
  • 3.4.3 电容C 的选择
  • 3.4.4 功率管VT 的选择
  • 3.5 SG3525 外围电路参数计算
  • 3.5.1 振荡频率电路参数计算
  • 3.5.2 基准电压电路参数计算
  • 3.5.3 反馈电路参数计算
  • 3.6 蓄电池容量的确定
  • 3.7 光伏电池的选择
  • 3.8 电路工作电源参数设计
  • 3.9 STC12C5410AD 控制器外围电路设计
  • 4 太阳能家用照明系统控制器软件设计
  • 4.1 主程序模块
  • 4.2 中断服务模块
  • 4.3 初始化模块
  • 4.4 子程序模块
  • 4.4.1 I/O 设置模块
  • 4.4.2 A/D 采样模块
  • 4.4.3 数据判据处理模块
  • 4.4.4 PWM 信号模块
  • 4.4.5 异常情况处理模块
  • 4.5 软件调试结果
  • 5 结果与讨论
  • 参考文献
  • 附录1：太阳能家用照明系统控制器总电路原理图
  • 附录2：太阳能家用照明系统控制器电路PCB 图
  • 附录3：我国全年太阳能总辐射图
  • 附录4：部分电路实物图
  • 致谢

    • 相关论文文献

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