太陽能電池的開關電源研究與設計

【摘要】：實現(xiàn)節(jié)能減排是目前的一個全球性的問題,一個重要途徑是利用太陽能等清潔能源并且同時提高這些能量的轉(zhuǎn)換效率。本文系統(tǒng)以太陽能電池陣列為輸入,針對太陽能能源的輸出功率波動性,設計高效的開關電源電路系統(tǒng)。 研究太陽能電池工作原理和物理電路模型,在MATLAB/SIMUlink環(huán)境下,運用嵌入式函數(shù)建立太陽能電池陣列實際工程數(shù)學模型,得到電池不同工作溫度和光照下的輸出U-I,P-I特性曲線。 分析升壓變換器電路的工作基本原理,比較變換器中常用的電壓模式脈寬調(diào)制控制方式與電流模式脈寬調(diào)制控制方式的優(yōu)缺點,理論推導BOOST電路實現(xiàn)電池最大功率點跟蹤算法的原理,搭建仿真實驗系統(tǒng)驗證光伏系統(tǒng)最大功率點跟蹤算法(MPPT),并采用三種占空比步長做(小,中,大)跟蹤實驗,仿真結(jié)果顯示：步長選擇對擾動觀察法的跟蹤性能影響較大,提出自適應步長的尋優(yōu)算法具有更好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。 分析研究了電池仿真模型實驗中得到的電池輸出I-U,P-U特性曲線,確定開關電源的設計目標,本文設計系統(tǒng)電路在不同光照條件下采用不同的工作模式,提高現(xiàn)有開關電源的電能使用效率,重點分析各電路模塊的設計。 運用Altium designer工具設計硬件電路,實驗測試實際電路工作性能,實現(xiàn)基于太陽能電池陣列的開關電源電路設計。 【關鍵詞】：太陽能電池 升壓變換器 脈寬調(diào)制 最大功率點 開關電源
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4;TM46
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目錄6-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 背景與意義8-9
• 1.2 文獻簡述9-10
• 1.2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)9-10
• 1.2.2 開關電源芯片10
• 1.3 本文的主要工作10-11
• 1.4 本文創(chuàng)新11
• 1.5 本章小結(jié)11-12
• 第二章 太陽能電池輸出特性研究12-21
• 2.1 太陽能電池基本原理12-13
• 2.2 太陽能電池電路模型13-14
• 2.3 太陽能電池單元與陣列14
• 2.4 太陽能電池MATLAB建模14-20
• 2.4.1 MATLAB簡介14-15
• 2.4.2 單個太陽能電池的模型15
• 2.4.3 太陽能電池陣列的模型15-19
• 2.4.4 低光照電池輸出特性19-20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 第三章 DC-DC變換器基礎21-30
• 3.1 經(jīng)典DC-DC變換器概述21-24
• 3.1.1 BOOST變換器21-24
• 3.2 脈沖寬度調(diào)制控制模式24-27
• 3.2.1 電壓模式24-25
• 3.2.2 電流模式25-27
• 3.2.3 電壓模式與電流模式PWM控制技術的優(yōu)缺點27
• 3.3 MAX17597工作原理介紹27-29
• 3.3.1 芯片的基本情況27-28
• 3.3.2 芯片引腳28
• 3.3.3 芯片內(nèi)部功能電路28-29
• 3.4 本章小結(jié)29-30
• 第四章 BOOST電路實現(xiàn)MPPT算法研究與仿真30-43
• 4.1 太陽能電池陣列最大功率點算法原理30-31
• 4.2 BOOST變換器實現(xiàn)MPPT31-33
• 4.2.1 BOOST電路等效電阻31-32
• 4.2.2 BOOST變換電路仿真分析32-33
• 4.3 光伏系統(tǒng)MPPT控制算法33-42
• 4.3.1 擾動觀察法33-35
• 4.3.2 擾動觀察法仿真分析35-39
• 4.3.3 改進擾動觀察法39-42
• 4.4 本章小結(jié)42-43
• 第五章 BOOST電路設計43-58
• 5.1 本文設計目標43
• 5.2 系統(tǒng)的結(jié)構設計43-44
• 5.3 系統(tǒng)設計基本因素44-47
• 5.3.1 工作效率影響因素44-46
• 5.3.2 工作頻率影響因素46-47
• 5.4 硬件電路總體結(jié)構設計47-48
• 5.5 關鍵硬件電路的設計48-57
• 5.5.1 單片機工作系統(tǒng)48-49
• 5.5.2 串行通信模塊設計49-50
• 5.5.3 脈寬調(diào)制電路的設計50-52
• 5.5.4 BOOST變換器電路的設計52-55
• 5.5.5 其他模塊電路設計55-57
• 5.6 本章小結(jié)57-58
• 第六章 電路實現(xiàn)與性能測試58-63
• 6.1 硬件電路實現(xiàn)58-59
• 6.1.1 電路原理圖設計58
• 6.1.2 印制電路板設計58-59
• 6.2 電路性能測試59-62
• 6.3 本章小結(jié)62-63
• 第七章 總結(jié)與展望63-64
• 7.1 總結(jié)63
• 7.2 展望63-64
• 參考文獻64-68
• 致謝68-69
• 攻讀學位期問發(fā)表的學術論文69

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