MPPT控制算法太阳能充放电控制器设计
把式(2) 带入式(5) ,
η( e) =（Pl - Pcp – Pctr）/（dEg/Pdt）=(Pl - Pcp – Pctr)/(Pf ( e)/dt) 如果考虑满负荷工作,
η( e) =(Pl - Pcp – Pctr)/(dEg/dt)=(Pl -Pcp – Pctr)/(dfmax ( e)/dt) (6)
式(6) 指出,充电效率与以下因素有关: ? 充电电路和控制电路损耗; ? 太阳电池的输出功率 3）最大效率设计原则
由以上分析可知,为了保证充电效率,太阳能充电系统必须满足: ? 充电电池必须保证功率吸收能力; ? 尽量减少充电电路和控制电路的损耗; ? 选择合理的太阳能电池转换输出能量
4. 6. 1系统整体结构设计
针对太阳能电池板输出电压、功率的变化性以及提高铅酸蓄电池充电效率的方法的分析,我们选择了DC-DC 转换模块与充电管理模块相配合为蓄电池充电的方式。系统整体结构如图4.5所示。
太阳能电池板
图4.5 系统整体结构
太阳能电池板受其接受太阳光的影响,输出为呈显著变化的直流电压,经DC-DC 转换模块将其转换为蓄电池充电所需要的稳定电压,再经过电路的合理调整,使其输出为合适的电脉冲,并经充电管理模块的可靠保护对蓄电池进行充电。
4. 6. 2太阳能控制器结构
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DC-DC转换模块 充电管理模块 蓄电池
MPPT控制算法太阳能充放电控制器设计
图4为简易太阳能控制器电路结构图,蓄电池和太阳能电池阵列直接耦合,当白天有阳光时,太阳能电池阵列向蓄电池充电,控制电路测量蓄电池端电压,通过调整DC/DC中功率管的占空比,使得太阳能电池阵列的输出电压高于铅酸蓄电池的端电压,同时蓄电池通过负载放电。当夜晚或阴天阳光不足时,蓄电池放电,保证负载不停电。在充电过程中,蓄电池两端电压Vb从高到低或从低到高地不断变化,其伏安特性可表示为:
V=Vb+I Rb （7）
V为蓄电池的电动势;Rb为蓄电池的内阻,通常Rb的值很小,可忽略不计,则蓄电池模型可处理为:
V=Vb=常数
若设定蓄电池在充放电过程中其端电压Vb的最大值和最小值分别为Vmax和Vmin,则在蓄电池工作期间,其端电压应在Vmax和Vmin之间变化。
图4.6 太阳能控制器电路结构
图4.6中,蓄电池的输入特性曲线接近太阳电池方阵的最大功率线,两者本质上具有良好的匹配特性。因此,若是在小型的户用系统中要合理选择太阳电池的串并联数,使阵列在最大功率点附近的运行电压近似于蓄电池的端电压,就可以获得蓄电池和太阳电池方阵之间的电压最佳匹配,从而省去MPPT和CVT控制器,降低系统成本,提高系统的可靠性,有利于小型户用系统的推广应用。
4．7本章小结
本章对最大功率点跟踪的常用算法做了一些介绍，对比了不同方式的优缺点，结合自身的需求选择了适合自己方案的方法。
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第五章 小型太阳能光伏控制器硬件和软件的设计
经过前面几章节对太阳能光伏发电系统的介绍、分析，以及针对传统的小型太阳能光伏充电控制器多是基于纯硬件电路和低端微处理器的现状，提出本文基于STM8S主控芯片和高精度、低损耗信号采集电路的庭院式小型太阳能光伏控制器的设计方案。本章主要介绍控制器的软件和硬件部分。
5．1控制器系统的简介
控制器主要由太阳能电池阵列、BUCK电路、信号采集电路，最大功率跟踪控 制电路和蓄电池等组成。如图5.1所示。
5.1系统结构图
其具体的工作流程为：BUCK变换器实现从太阳能电池到蓄电池的充电转换；信号采集电路采集充放电时的电路的电流电压信号；采集到的信号直接送入MCU的A/D管脚；在MCU中根据相应的控制算法和需求通过调节输出，实现对变换器中开关管的控制，最终实现对蓄电池的合理充放电。
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5．2硬件电路设计
5．2．1太阳能光伏充电控制器
论文选择的微处理器是意法半导体公司推出的基于STM8内核架构的8位微处理器系列。选择该芯片的理由首先是STM8相比于ARM和DSP的低端处理器有较高的性价比；其次STM8功耗低、集成的外设种类多、可靠性高等。本文选择的是STM8中的S105K．X系列的控制器。
1．STM8S105KX微控制器简介
STMSS系列8位微控制器是STM8系列的主流微控制器产品，采用意法半导体的130纳米工艺技术和先进的内核架构，主频达到16MHz(105系列)，处理能力高达20MIPS。内置EEPROM、阻容(RC)振荡器以及完整的标准外设，性价比高。STMSS指令格式和意法半导体早期的ST7系列基本类似，甚至兼容，内嵌单线仿真接口模块，支持SIWM仿真，降低了开发成本；拥有多种外设，而且外设的内部结构、配置方式与意法半导体的同样是Cortex-M3内核的32位嵌入式微处理器STM32系列的MCU基本相同或者相似。另外系列芯片功耗低、功能完善、性价比高，可广泛应用在家用电器、电源控制和管理、电机控制等领域，是8位机为控制器控制系统较为理想的升级替代控制芯片‘26l。STM8S105KX的主要特性有：
(1)内核
先进的STM8内核，具有3级流水线的哈佛结构； (2)存储器
16K-32K字节闪存存储器(STM8S105K4具有16K内存，STM8S105K6具有32K内存)；1024字节EEPROM；2K字节RAM。
(3)时钟、复位和供电管理
3．0-5．5V供电；内嵌4个主时钟源；带有时钟监控的时钟安全保障系统；拥有低功耗模式的电源管理：
(4)中断管理
带有32个中断的嵌套中断控制器，6个外部中断向量，最多37个外部中断。 (5)定时器
2个16位通用定时器带有2+3个CAPCOM通道(IC、OC或PWM)；一个16位高级控制定时器，4个CAPCOM通道，3个互补输出，死区输入和灵活的同步；已经常用的8位预分频的8位基本定时器；自动唤醒定时器以及2个看门狗定时器。
(6)模数转换器(ADC)
10位，±ILSB的ADC，最多有lO路通道，扫描模式和模拟看门狗功能。
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(7)I/O端口
非常强健的I/O设计，对倒灌电流有非常强的承受能力。 (8)开发支持
单线接口模块(SWIM)和调试模块(DM)可以方便地进行在线编程和非入侵式调试。 2．控制系统电路
控制系统电路如图5．2所示，主要包括STM8S105K4芯片，主时钟电路，复位电路，内部RTC(实时时钟)时钟电路和后备电源电路以及SWIM调试接口电路。
5.2控制系统电路
电容C10、C1l和晶体振荡器Yl与芯片内部的反相放大器构成了电容三点式振荡器。在设计PCB板时，晶体振荡电路都尽量靠近处理器，其目的是为了防止走线的寄生电感影响谐振频率。本系统选择的外部8MHz的外部晶体振荡器。D2、R8、Y2和C12组成外部复位电路。开关按键Y2用来实现外部的复位控制。 5．2．2系统供电电源
在整个系统供电电源中设计中考虑到驱动和芯片控制电压的分配选择了双电源设计。考虑了工作电压需求、电路排版面积、芯片功耗等因素，结合自身熟悉电路和已有
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