太阳能电池的开关电源研究与设计

【摘要】：实现节能减排是目前的一个全球性的问题,一个重要途径是利用太阳能等清洁能源并且同时提高这些能量的转换效率。本文系统以太阳能电池阵列为输入,针对太阳能能源的输出功率波动性,设计高效的开关电源电路系统。 研究太阳能电池工作原理和物理电路模型,在MATLAB/SIMUlink环境下,运用嵌入式函数建立太阳能电池阵列实际工程数学模型,得到电池不同工作温度和光照下的输出U-I,P-I特性曲线。 分析升压变换器电路的工作基本原理,比较变换器中常用的电压模式脉宽调制控制方式与电流模式脉宽调制控制方式的优缺点,理论推导BOOST电路实现电池最大功率点跟踪算法的原理,搭建仿真实验系统验证光伏系统最大功率点跟踪算法(MPPT),并采用三种占空比步长做(小,中,大)跟踪实验,仿真结果显示：步长选择对扰动观察法的跟踪性能影响较大,提出自适应步长的寻优算法具有更好的稳态和动态性能。 分析研究了电池仿真模型实验中得到的电池输出I-U,P-U特性曲线,确定开关电源的设计目标,本文设计系统电路在不同光照条件下采用不同的工作模式,提高现有开关电源的电能使用效率,重点分析各电路模块的设计。 运用Altium designer工具设计硬件电路,实验测试实际电路工作性能,实现基于太阳能电池阵列的开关电源电路设计。 【关键词】：太阳能电池 升压变换器 脉宽调制 最大功率点 开关电源
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4;TM46
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 背景与意义8-9
• 1.2 文献简述9-10
• 1.2.1 光伏发电系统9-10
• 1.2.2 开关电源芯片10
• 1.3 本文的主要工作10-11
• 1.4 本文创新11
• 1.5 本章小结11-12
• 第二章 太阳能电池输出特性研究12-21
• 2.1 太阳能电池基本原理12-13
• 2.2 太阳能电池电路模型13-14
• 2.3 太阳能电池单元与阵列14
• 2.4 太阳能电池MATLAB建模14-20
• 2.4.1 MATLAB简介14-15
• 2.4.2 单个太阳能电池的模型15
• 2.4.3 太阳能电池阵列的模型15-19
• 2.4.4 低光照电池输出特性19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第三章 DC-DC变换器基础21-30
• 3.1 经典DC-DC变换器概述21-24
• 3.1.1 BOOST变换器21-24
• 3.2 脉冲宽度调制控制模式24-27
• 3.2.1 电压模式24-25
• 3.2.2 电流模式25-27
• 3.2.3 电压模式与电流模式PWM控制技术的优缺点27
• 3.3 MAX17597工作原理介绍27-29
• 3.3.1 芯片的基本情况27-28
• 3.3.2 芯片引脚28
• 3.3.3 芯片内部功能电路28-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第四章 BOOST电路实现MPPT算法研究与仿真30-43
• 4.1 太阳能电池阵列最大功率点算法原理30-31
• 4.2 BOOST变换器实现MPPT31-33
• 4.2.1 BOOST电路等效电阻31-32
• 4.2.2 BOOST变换电路仿真分析32-33
• 4.3 光伏系统MPPT控制算法33-42
• 4.3.1 扰动观察法33-35
• 4.3.2 扰动观察法仿真分析35-39
• 4.3.3 改进扰动观察法39-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第五章 BOOST电路设计43-58
• 5.1 本文设计目标43
• 5.2 系统的结构设计43-44
• 5.3 系统设计基本因素44-47
• 5.3.1 工作效率影响因素44-46
• 5.3.2 工作频率影响因素46-47
• 5.4 硬件电路总体结构设计47-48
• 5.5 关键硬件电路的设计48-57
• 5.5.1 单片机工作系统48-49
• 5.5.2 串行通信模块设计49-50
• 5.5.3 脉宽调制电路的设计50-52
• 5.5.4 BOOST变换器电路的设计52-55
• 5.5.5 其他模块电路设计55-57
• 5.6 本章小结57-58
• 第六章 电路实现与性能测试58-63
• 6.1 硬件电路实现58-59
• 6.1.1 电路原理图设计58
• 6.1.2 印制电路板设计58-59
• 6.2 电路性能测试59-62
• 6.3 本章小结62-63
• 第七章 总结与展望63-64
• 7.1 总结63
• 7.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期问发表的学术论文69

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