【《基于BOOST和Buck電路的公路路燈電源系統(tǒng)設(shè)計》15000字】

1摘要無論是太陽能還是風(fēng)能，都已經(jīng)是技術(shù)非常成熟且完善的，近些年來的發(fā)展勢頭也如猛如虎。查閱近些年來的世界光伏總裝機容量以及年增長量可以看出，光伏裝機容量增長十分迅速，全世界范圍內(nèi)總量已經(jīng)超過500GW,然而十年前總量僅15GW,中國占據(jù)了很大的比例。發(fā)展清潔能源，符合當(dāng)今世界節(jié)能環(huán)保的理念。本文闡述了利用可再生能源一一太陽能發(fā)電的LED公路路燈系統(tǒng)。首先對蓄電池進行了選型，通過比較了鉛酸蓄電池和鋰電池，考慮經(jīng)濟性和可行性，選擇了性價比更高的鉛酸蓄電池。在容量方面的確定，主要取決于負(fù)載，選擇30WLED燈作為負(fù)載，計算出夏季和冬季的運行時間，同時考慮放電深度影響，選擇適當(dāng)?shù)男铍姵乜側(cè)萘?。其次選擇太陽能電池，目前硅系太陽能電池目前發(fā)展最為成熟。在比較了單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池等電池板以后，選擇單晶硅太陽能電池板作為本次設(shè)計的主供電電源。在選擇LED燈上，首先選擇負(fù)載連接方式，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，選擇串并聯(lián)混合連接方式。以新都區(qū)某偏遠(yuǎn)二級公路為例，參照《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ45-2006)確定負(fù)載由1W/350mA的LED燈珠組成。比較各式升降壓主電路后，選擇了BOOST升壓電路給蓄電池組充電，選擇buck降壓電路連接負(fù)載。最后使用MATLAB軟件中的Simulink板塊對主電路進行仿真實驗，驗證本次設(shè)計的合理性和可行性，對波形進行分析，最終得到了實驗最初預(yù)期的結(jié)果。目錄1緒論 31.1研究的目的及意義 31.2研究現(xiàn)狀 31.2.1光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀和前景 31.2.2LED照明發(fā)展現(xiàn)狀和研究動向 42系統(tǒng)設(shè)計和元件選擇 522.1主要研究內(nèi)容和設(shè)計框圖 52.2蓄電池的選擇 62.3太陽能電池類型的選擇 72.4LED燈的選擇 2.5實時時鐘模塊 2.6系統(tǒng)主電路及控制電路的選擇 2.6.1主電路一的選擇 2.6.2主電路二的選擇 3主電路參數(shù)計算 3.1BOOST升壓電路參數(shù)計算 3.1.1BOOST電路電感L 3.1.2BOOST電路電容C 3.1.3BOOST電路電力二極管選型 203.2BUCK降壓電路參數(shù)計算 3.2.1BUCK電路電感L 3.2.2BUCK電路電容C 3.2.3BUCK電路電力二極管選型 3.3控制電路 3.4比例調(diào)節(jié)的作用 233.5PI調(diào)節(jié)參數(shù)計算 4仿真結(jié)果 4.1BOOST閉環(huán)電路仿真實驗 4.1.1BOOST閉環(huán)電路仿真電路圖 254.1.2BOOST閉環(huán)電路仿真波形一 254.1.3BOOST閉環(huán)電路仿真波形二 4.1.4BOOST閉環(huán)電路仿真波形三 4.2BUCK電路仿真實驗 4.2.1BOOST閉環(huán)電路仿真電路圖 284.2.2BUCK閉環(huán)電路仿真波形 294.3仿真結(jié)果分析 30參考文獻 3光伏發(fā)電使用電能作為最終的表達形式。具有傳輸極為方便，通用性強，可存儲性強的特點。光伏發(fā)電不受資源地理分布的限制。它可以利用建筑物屋頂?shù)膬?yōu)勢，適合于無電且地形復(fù)雜的區(qū)域。太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備，其發(fā)展水平直接決定著光伏發(fā)電的發(fā)展水平(李明杰，張曉華，2022)。隨著太陽能的不斷發(fā)展LED路燈市場，拉斯維加斯，美國澳大利亞墨爾本等許多國外城市和鄉(xiāng)村在道路上安裝了智能太陽能LED路燈，以解決節(jié)能減排問題《2018——中國太陽能LED路燈產(chǎn)業(yè)市場發(fā)展現(xiàn)狀及投資前景報告》2023指出太陽能LED路燈以其優(yōu)越的節(jié)能效果在中國市場具有良好的發(fā)展前景(王麗娜，劉建平，2023)。太陽能路燈的應(yīng)用也在促進社會經(jīng)濟發(fā)展，特別是新能源的廣泛應(yīng)用，這也是社會發(fā)展的強大動力。為了鼓勵和促進太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，許多國家和地區(qū)都制定了相關(guān)政策來促進太陽能發(fā)電的應(yīng)用。比如說，1974年日本政府推行實施了“陽光計劃”,使太陽能發(fā)電成為未來國家電力的重要組成部分。2008年，日本又發(fā)布了《太陽能普及行動計劃》,其中設(shè)定了太陽能發(fā)電的發(fā)展目標(biāo)(王子銘，陳梓萱，2021):到2030年，光伏發(fā)電可達到居民用電的50%,占總電力供應(yīng)的10%左右。1996年，美國開始實施“光伏建設(shè)計劃”,旨在通過光伏發(fā)電緩解建筑用電高峰負(fù)荷，探索未來建筑供電的清潔方式。2010年，實施“千萬屋面規(guī)劃”,進一步推動太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。1990年，德國率先提出“太陽能屋頂千人計劃”,如此能夠看出項目在項目結(jié)束時取得階段性進展。1999年，為了加大對整個光伏發(fā)電行業(yè)的扶持力度，德國開始實施“10萬太陽能屋頂計劃”。與此同時，德國于2000年頒布了《可再生能源法》,推動光伏我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究始于1958年，1971年成功應(yīng)用于“東方紅二號”衛(wèi)星。1973年，我國首次將太陽能電池應(yīng)用于地面工程一一天津港航燈電源[31。到2000年，由于國際環(huán)境的影響和政府項目的實施，特別是“送電下鄉(xiāng)”工程的實施，極大地促進了國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展(黃國華，趙曉宇，2019)。2006年1月，我國正式實施《中華人民共和國可再生能源法》,對包括太陽能在內(nèi)的新能源的開發(fā)利用產(chǎn)生了積極影響。42008年3月，在此類環(huán)境中國家發(fā)改委發(fā)布了《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》,對“十一五”期間可再生能源發(fā)展進行了全面規(guī)劃和部署，進一步推動了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。到2011年，中國已成為繼德國、意大利之后的第三大光伏市場，中國光伏應(yīng)1.2.2LED照明發(fā)展現(xiàn)狀和研究動向目前，太陽能LED路燈廣泛應(yīng)用在城市路燈照明中尤其是廣大的農(nóng)村地區(qū)，可以說太陽能LED路燈能的優(yōu)越性能使他在農(nóng)村乃至城市迅速發(fā)展。雖然太陽能LED路燈的初期建設(shè)投資成本比普通路燈要高，但由于它的使用壽命較長，而且不產(chǎn)生電費，只需三到五年左右成本就可以收回，從這些動作可以意識到在其余下的使用壽命路燈除了不產(chǎn)生電費外，由于使用了高能效的LED燈，它在使用的過程中消耗的電量亦是非常低的。因為戶外會遇到各種惡劣天氣而導(dǎo)致無法充電，所以具備長時間的續(xù)航能力是一個很大的亮點，在連續(xù)陰雨天時，在這等背景中太陽能LED路燈低耗太陽能LED路燈充電系統(tǒng)由四部分組成：光伏板、儲能元器件、LED路燈以及-控制器-白天，光伏板將太陽光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能，并將其儲存在儲存儲單元通過驅(qū)動器將存儲的能量輸送到LED路燈。因此，控制器是功率轉(zhuǎn)換和傳52系統(tǒng)設(shè)計和元件選擇一般來說，太陽能LED路燈的主電路需要兩個單向DC/DC電路或控制器來分①光伏電池輸出的功率要與負(fù)載消耗的電量進行合理匹配(韓雪琳，丁澤為根據(jù)LED負(fù)載用電量推算蓄電池容量，再根據(jù)所選擇的太陽能電池板輸出圖2-1系統(tǒng)設(shè)計框圖6般為3~5年，新型鋰離子電池在同等條件下使用壽命一般為7~8年左右。鋰電池組沒離子電池的體積約為鉛酸蓄電池的三分之二，重量約為鉛酸蓄電池的三分之一(趙海長。在溫度為10℃~35℃之間時，在這樣的狀態(tài)中每升高1℃,大約增加5~6個循環(huán)，在溫度保持在35℃~45℃之間時，每升高1℃可延長壽命25個循環(huán)以上，高于50℃蓄電池容量的選擇主要取決于負(fù)載，本設(shè)計選取30WLED燈作為負(fù)載，令其區(qū)別夏季在20:00~07:00時段全額運行11h、冬季18:00~08:00時段全額運行14h,在白負(fù)載額定功率為30W,額定電壓為48V,夏季LED負(fù)載日耗電量為：考慮鉛酸蓄電池的放電深度影響，本設(shè)計比例系數(shù)取0.77綜合考慮，可選用四個12V/12AH的蓄電池組串聯(lián)作為儲能設(shè)備。研究成果相符.表明了研究路徑的精準(zhǔn)無誤。首先.這種一致性證明了本文在研究設(shè)2.3太陽能電池類型的選擇8池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池。硅系太陽能電池目前發(fā)展最為成熟，在所有應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。各太陽能電池特性見表2-1如下(劉雅文，馮子健，2022):類型各項特性硅系太(陽能電池單晶硅太陽能電池是最早發(fā)展起來，技術(shù)最為成熟且性能最穩(wěn)定的太陽能電性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率也是最高。它以高純度單晶硅為原材制作工藝也相對繁瑣一些，成本略高。多晶硅薄膜太陽能電池相比于單晶硅電池，制作成本和時間均具有優(yōu)勢，使用材料也簡易，被廣泛應(yīng)用。但晶體結(jié)構(gòu)較差，轉(zhuǎn)換效率也低一些。非晶硅薄膜太陽能電池生產(chǎn)成本較低，有多種方式制備電池，質(zhì)量小便于生產(chǎn)，轉(zhuǎn)換效率高。多元化合物薄膜太陽能電池主要材料為無機鹽，容易污染環(huán)境而且產(chǎn)量并不高。聚合物多層修飾電極型太陽能電池原材料為有機材料，柔性好，來源也很廣泛同時成本低，切割缺點是電池性能和使用壽命很低，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硅系電納米晶化學(xué)能太陽能電池目前僅處于研制過程，但光電效率超過10%,制作成本很僅為硅類電池的1/5~1/10,使用壽命可超過二十根據(jù)上表分析可得，聚合物多層修飾電極太陽能電池和納米晶化學(xué)能太陽能電池的研究剛走上正軌，轉(zhuǎn)換效率不太理想；在這特定的狀況下非晶硅薄膜太陽能電池的穩(wěn)定性不夠，雖然非晶硅薄膜太陽能電池的價格相比單晶硅太陽能電池較為低廉，但轉(zhuǎn)換發(fā)現(xiàn)在理論上與現(xiàn)有的學(xué)術(shù)框架相契合。本文將本研究的關(guān)鍵成果與領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的理論進行了詳盡對比，以評估其兼容性、補充性及創(chuàng)新潛力。通過這一環(huán)節(jié)，本文確認(rèn)了研究結(jié)論的理論根基，表明其既能支撐并豐富現(xiàn)有理論框架，又可能在某些方面提9型號峰值功率峰值電壓峰值電流開路電壓短路電流8經(jīng)比較后，本文研究背景下我們充分估算了這種情況的影響選擇為40W,有效日照時長為7.5h,該太陽能電池板一天給蓄電池充電的安時數(shù)為：打造個性化的研究框架，本文得以更深刻地揭示數(shù)據(jù)背后的原理和關(guān)系，從而獲得了更為準(zhǔn)確和詳盡的研究結(jié)論。以新都區(qū)為例，新都緯度為30.82°,平均有效日照時長為7.5h,路燈負(fù)載日耗電量約為8.75AH,代入公式：式中β代表太陽能板最佳傾角，e為常數(shù)，w為緯度。得太陽能板最佳傾角為16.66°第四代光源，也是綠色節(jié)能照明的光源。LED與傳統(tǒng)的照明相比有很多優(yōu)點。比如：①能耗低LED的工作電壓一般只需2-3.6V,工作電流僅有0.02-0.03A,也就是說LED只有0.1W的功耗，和同樣光效的白熾燈相比消耗電能減少以上，和節(jié)能燈相比則減少70%以上，在此類環(huán)境中所以LED光源才是真正的節(jié)能②使用壽命長。在正常情況下，LED使用壽命很長，可以達到100000h以上。③安全低電壓LED使用的是低壓的直流電源，供電電壓一般是6-24V,與使用高壓電源的光源相比，更具有安全優(yōu)勢，非常適合于家庭和公共場合。此外，LED還有體積小、發(fā)熱少、堅固耐用、易于調(diào)光、產(chǎn)品豐富等優(yōu)點。但是，LED也有它不足的地方，制造成本較高、顯色性差，而且需要有專門的恒從圖中曲線可以看出，當(dāng)電壓為正時，其電壓較小時，電流較小，不發(fā)光只有當(dāng)電壓達到一定值時，在這樣的狀況里電流才會隨著電壓的升高呈指數(shù)關(guān)系上升。當(dāng)電壓為負(fù)時，電壓較小時，反向電流數(shù)值很小，當(dāng)電壓達到一定值時，方向電流會急劇以新都某偏遠(yuǎn)二級公路為例，該次干道路段長3000m,整體路寬15m,參照表2-3《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ45-2006)規(guī)定的機動車交通道路路面照度維持值(丁道路類型路面亮度路面照度眩光限制閘值最大初始值值度值度平均照度均勻度快速路、主干路次干路表中對每一級道路的平均亮度和平均照度給出了兩檔標(biāo)準(zhǔn)值，“/”的左側(cè)為低檔值，右側(cè)為高檔值(周騰飛，唐慶民，2020)。對同一級道路選定其照明標(biāo)準(zhǔn)值時，在這樣的狀態(tài)中交通控制系統(tǒng)和道路分隔設(shè)施完善的道路，宜選擇該表中的低檔值，反之宜選擇高檔值?？紤]到為新都地區(qū)某偏遠(yuǎn)公路，這在一定程度上闡明交通控制系統(tǒng)可能不夠完善，道路分隔設(shè)施不夠完善，所以選擇快速路、主干路的高檔值30V。由前面可得太陽能電池板一天給蓄電池組充電9.68AH,滿足LED燈最大日耗電量8.75AH的要求。為保障研究成果的可靠性和信賴度，本文首要任務(wù)是廣泛搜集并審閱國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的經(jīng)典與最新文獻，以打造一個堅實的理論基礎(chǔ)和研究背景。這一步驟不僅助力本文全面了解了該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及爭議問題，還為本文提供了豐富的理論資源和實證支持。通過對比和分析不同研究的策略和成果，本文得以揭示出研究空白和潛在的研究新途徑，為本文的研究設(shè)計與實施奠定了堅實基礎(chǔ)。本設(shè)計30WLED路燈負(fù)載可以選擇由1W/350mA的LED燈珠組成，具體組成方(1)一只LED燈珠工作電壓大概為3V。(2)兩列LED燈組，每列LED燈組功率為15W,兩列LED燈組并聯(lián)的輸出總功率為30W。(4)每一列的LED燈組由15顆1W/350mALED燈珠串聯(lián)構(gòu)成，每一列LED燈由于路燈只是在區(qū)分夏季和冬季的照明時間的前提下，只在夜間某一時間段內(nèi)點DS12C887可以計算到2100年前的秒、分、小時、星期、日期、月、年七種日歷信息同時帶有閏年補償；在這等背景中它自身配有晶體振蕩器和鋰電池；可工作10年即使沒有外部電源的加持(陳志浩，張子韜，2022);在時間記錄方面，有12小時制和24小時制兩種模式。從本研究可以看出，其與先前的理論驗證保持一致性，不僅驗證了研究前提的正確無誤，還進一步闡明了研究現(xiàn)象背后的深層次原理和法則。此番成果不僅加深了對研究問題的洞察，也為后續(xù)的學(xué)術(shù)研究和實際應(yīng)用提供了有力依據(jù)。通過深入分析數(shù)據(jù)與結(jié)論，本文發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象與動向，這些新發(fā)現(xiàn)不僅豐富了現(xiàn)有理論的內(nèi)涵，還可能為相關(guān)領(lǐng)域的研究帶來新視角和思路。此外，本研究還證明了所用研究手段的可靠性及有效性，為后續(xù)研究提供了可復(fù)制的方法論模式。綜上所述，本研究在理論貢獻和實踐指導(dǎo)上均取得了顯著成效。在12小時制模式中，用AM和PM區(qū)分上午和下午；可用二進制數(shù)或者BCD碼表示時間；DS12C887中帶有128字節(jié)RAM,在這特定的狀況下其中11字節(jié)用于存儲時間信息，4字節(jié)RAM用來存儲DS12C887的控制信息，稱為控制寄存器，113字節(jié)RAM供用戶使用；用戶可以通過編程來實現(xiàn)多種方波輸出；也可應(yīng)用于MOTOROLA和INTEL兩種總線；定鬧1234567o89o各引腳名稱及描述如下：引腳1-—MOT—一選擇總線類型引腳4-11——ADOAD7——雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線引腳12-—GND——電源地引腳13——CS—一片選輸入引腳14——AS——地址鎖存ALE引腳15-—R/W—一讀寫輸入引腳17-—DS——有效時表示的是該芯片正在向總線輸出數(shù)據(jù)引腳24--VCC——正電源。若系統(tǒng)掉電，時鐘可以借助內(nèi)部電池和振蕩器繼續(xù)正常工作。當(dāng)VCC>4.25V,芯片允許寫入外部程序；當(dāng)VCC≤4.25綜合考慮器件特性，在本次設(shè)計中，選用高精度實時時鐘芯片DS12C887為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確運行時間。本次設(shè)計的主電路一實現(xiàn)的功能是將太陽能電池板輸出的42V到48V的電壓，升壓至59V后，使蓄電池組恒壓充電。從這些例子中說明下面將對可用于主電路一的斬波器的功能就是把一種固定電壓的直流電轉(zhuǎn)變成電壓可調(diào)的直流電(張晨曦，陳浩然，2023)。它也被稱為DC/DC變換器。多指將直流電直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，不包括斬波電路原本是指用電時，因某些需要，將部分正弦波“切斷”(例如在電壓為30V時，用電子元件使背面的30-0V部分為球形，輸出電壓為0),然后借用直流-直流開關(guān)電源，主要是在調(diào)節(jié)開關(guān)電源的過程中，原本是一路電源，電線把它“斬”脈寬調(diào)制方式和頻率調(diào)制方式是斬波器的兩種工作方式。脈寬調(diào)制方式指的是Ts (周期)不變，改變Ton(開關(guān)每次接通的時間);本文研究背景下我們充分估算了這種情況的影響頻率調(diào)制方式是指Ton不變，改變Ts(但是容易產(chǎn)生干擾)。BOOST升壓斬波電路屬于直直變換電路，由于它的輸入直流電壓比輸出直流電壓低，所以又在充電過程中，開關(guān)閉合(三極管導(dǎo)通),等效電路如圖2-7,開關(guān)(三極管)處用導(dǎo)線代替。這時，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量(孫雅婷，朱嘉文，2022)。本階段的研究成果通過整合不同專業(yè)的知識積淀、研究思路和技術(shù)革新，研究者在多個維度上取得了顯著的突破。通過跨學(xué)科的合作與互動，本文成功地將多個學(xué)術(shù)領(lǐng)域的理論與技巧相融合，為應(yīng)對復(fù)雜挑戰(zhàn)提供了全新的角度和應(yīng)對策略。這一過程中，研究人員不僅深化了對各自專業(yè)領(lǐng)域的理解，還促進了學(xué)科間的交叉整合，為跨領(lǐng)域研究的繁榮發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。圖BOOST電感放電電路拓?fù)鋱D放電過程如圖，這是當(dāng)開關(guān)斷開(三極管截止)時的等效電路。如此能夠看出當(dāng)開關(guān)斷開(三極管截止)時，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?,而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢(吳志遠(yuǎn)，林馨雨，2022)。本研究有效地將理論與實際相聯(lián)系，為所研究的問題提供了堅實的回應(yīng)，并為后續(xù)研究開拓了新的研究視角和思路啟發(fā)。通過實證分析、案例考察及多元研究手段，本文不僅驗證了理論假說的正確性，還揭示了實踐中的主導(dǎo)影響因素及其作用模式。這一聯(lián)系不僅增強了本文對問題本質(zhì)的認(rèn)知，也為相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者提供了可參考的研究方法和框架。后續(xù)研究可以在此基礎(chǔ)上進一步探索問題的深層次原因、擴大應(yīng)用范疇或提出更為精細(xì)化的解決方案，共同推動該領(lǐng)域知識的豐富與進步。本次設(shè)計中，主電路一采用Boost電路，并采用閉環(huán)控制，通過檢測輸出電壓的值來控制占空比(占空比δ是指一個周期內(nèi)，在此類環(huán)境中開關(guān)器件的導(dǎo)通時間和周期的比值，即為δ=t/T,t是開關(guān)器件的導(dǎo)通時間),調(diào)整適合的占空比即可得到所需本次設(shè)計中的主電路二實現(xiàn)的功能是將蓄電池組輸出的48V電壓降至30V后供電給LED路燈。下面將對可用于主電路二的電路進行介紹。BUCK電路就是一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，在這樣的狀況里就是通過震蕩電路將一直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐桓哳l電源，再通過脈沖變壓器、整流濾波回路輸出需要的直流電壓(楊直流①D1控制電路輸出的驅(qū)動脈沖控制開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷。當(dāng)控制電路脈沖輸出高電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，續(xù)流二極管D陽極電壓為0,陰極電壓為Us,即反向截止，開關(guān)上流過電is流經(jīng)電感L向負(fù)載供電；這時L中的電流上升，在L兩端產(chǎn)生的右負(fù)左正自感電勢阻礙電流上升，L將電能轉(zhuǎn)化為磁能儲存起來。經(jīng)過時間ton后，控制電路脈沖變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管關(guān)斷，但由于L中的電流不能突變，這時電感L兩端產(chǎn)生右正左負(fù)的自感電勢阻礙電流下降，這在一定程度上闡明從而使D正向?qū)?，于是L中的電流經(jīng)D構(gòu)成回路，電流值下降，L中儲存的磁能轉(zhuǎn)化為電能提供給負(fù)載(鄒文杰，陳瑾萱，2022)。經(jīng)過時間toff后，控制電路脈沖再次使開關(guān)管導(dǎo)通。濾波電容C的存在是為了降低輸出電壓Uo的脈動。由公式變形得占空比D:代入太陽能電池板輸出的4248V的電壓，同時輸出電壓為59V得：根據(jù)Boost直直斬波變換器的工作波形分析，當(dāng)Boost直直斬波變換器處于穩(wěn)定換器中的續(xù)流二極管通過的平均電流等于平均輸出電流Io,Boost直直斬波變換器中等于負(fù)載端平均輸出電流Io,所以在IGBT的一個開關(guān)周期內(nèi)，Boost直直斬波變換入電流Iin。如果設(shè)Boost型直直斬波變換器的直流開關(guān)電源的效率為100%,則(周文Iin·Vin=Io·V?所謂CCM模式，如果是開關(guān)頻率固定的它激式電源，負(fù)載較大時，為了保持輸電流還未下降到0時，開關(guān)管可能會再次導(dǎo)通，即線圈磁能還沒有釋放完畢、激磁電階段，激磁電流復(fù)位到0。換言之自激式開關(guān)電源并不會工作在CCM模式(高玉婷，為了保證電路能夠工作在CCM模式，最小電感電流應(yīng)大于0,電感取值應(yīng)滿足低，會產(chǎn)生噪聲(人耳可以聽到的開關(guān)頻率在20kHz以下),而且要求電感電容值3.1.2BOOST電路電容C對于Boost電路，如此能夠看出對輸出電壓的波紋大小起到?jīng)Q定性輸出側(cè)電容Co流過的電流ic是在開關(guān)管導(dǎo)通期間，輸出側(cè)電容充當(dāng)電源，電壓是指在負(fù)載RL受到電源供電的時候所產(chǎn)生的變化，因此即使波會加大，這將嚴(yán)重影響到Boost型DC/DC直流開關(guān)電出濾波電容。在Boost電路系統(tǒng)中，在為使Boost型DC/DC直流電源的輸出電壓紋波小于5%,輸出電容取值應(yīng)大于750μF,本次設(shè)計中輸出電容取1000μF。因系統(tǒng)最大電流為2.58A,反向擊穿電壓一般為有效值的1.5倍，本最大導(dǎo)通電加了電容濾波則要大于負(fù)載電流2倍。在本次設(shè)計中選取型號為1N1202200V12A的3.2BUCK降壓電路參數(shù)計算容組成二階濾波系統(tǒng)輸出比較穩(wěn)定的電壓和電流。電感在BUCK電路中可以減少電釋放完(即電感電流的最小值正好下降為0的狀態(tài))時，IGBT的下一個周期的驅(qū)動的末端值，用I1表示對應(yīng)的電感電流的充電或者放電的初始值時(張?zhí)煊?，王志在IGBT的一個開關(guān)周期內(nèi)，通過電感電流的將式(4-18)和AIL=I?-I?帶入式(4-19)可得式(4-20)如下：等于0,即L=0,化簡式(4-20)可得負(fù)載電流在臨界狀態(tài)下的數(shù)值為：將式(4-19)和式(4-20)帶入式(4-21)可得電感數(shù)值在臨界狀態(tài)的情況下的得L=0.05625mH,其中RL=30Ω,fs=1000HZ。把式(4-23)帶入式(4-24)可得在這種條件下根據(jù)式(4-26),為使Buck型DC/DC直流電源的輸出電壓紋波小于5%,則輸出電容取值應(yīng)大于1.67μF時，此處輸出電容取5μF。自一般為有效值的1.5倍；最大導(dǎo)通電流，簡稱電流，如果沒有施加電容濾波，則不應(yīng)小于負(fù)載電流，但施加了電容濾波則要大于負(fù)載電流2倍。結(jié)果同上，在BUCK電路中選擇1N1202200V12A型電力二極管。PI調(diào)節(jié)是一種線性控制，它根據(jù)給定值與實際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差的比例和積分通過線性組合構(gòu)成控制量，從這些例子中說明對被控對象進行控制。PI調(diào)節(jié)可以按照比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。本次設(shè)計中采用PI調(diào)節(jié)器都輸出電壓進行閉環(huán)控制，從而得到系統(tǒng)需PI調(diào)節(jié)器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值與實際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差的比例和積分通過線性組合構(gòu)成控制量，本文研究背景下我們充分估算了這種情況的影響對被控對象進行控制。通過控制量對電路PWM脈沖序列進行控制，這樣就可以改變電路的占空比，從而輸出想要得到的理想電壓，形成閉環(huán)調(diào)節(jié)，可以對被控對象起到控制的作用。比例調(diào)節(jié)作用：按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生積分調(diào)節(jié)作用：使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無誤差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進數(shù)Ti,Ti越小，積分作用就越強。如此能夠看出反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)簡單說來，PI控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：比例環(huán)節(jié)：即時成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。通常隨著值的加大，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量加大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，但是當(dāng)增加到一定程度，系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定。2.積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度(型別)。[1]積分作用的強弱取決于積分常數(shù)，積分常數(shù)越大，在此類環(huán)境中積分作用越弱，反之越強。閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量越小，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢?？偟膩碚f，在控制工程實踐中，PI控制器主要是用來改善控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。I型系統(tǒng)指的是開環(huán)傳遞函數(shù)的分母，s僅有一個。計算觀察電流環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)Wcur(s),使之滿足I型系統(tǒng)的條件。滿足Kp/Ki=L/的條件，分子分母都約去一項，就能將電流環(huán)變成了I型系統(tǒng)。剩下的函數(shù)分子Kpwm*Ki/R即為I型系統(tǒng)的分子K,分母中的1.5Ts即為I型系統(tǒng)的T,最后使K*T=0.5即可：經(jīng)過計算可得調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)取值為：4仿真結(jié)果4.1BOOST閉環(huán)電路仿真實驗為42-48V,于是隨機抽取42V、45V、48V作為實驗數(shù)據(jù)，以此模擬在太陽能電池板輸出電壓不同時，該BOOST閉環(huán)電路是否能順利將電壓升壓至59V后給蓄電池恒壓區(qū)圖10BOOST閉環(huán)電路仿真波形(42V升至59V)分析該電路仿真波形可以得出，BOOST升壓電路將太陽能電池板發(fā)出的42V電壓成功升至59V,在這樣的狀態(tài)中波形快速趨于穩(wěn)定平緩，沒有超調(diào)量，滿足設(shè)計要圖11BOOST閉環(huán)電路仿真波形(45V升至59V)從這些動作可以意識到分析該電路仿真波形圖可以得出，BOOST升壓電路成功將太陽能電池板放出的45V電壓升壓至59V,沒有超調(diào)量，陡升至平緩用時短暫，滿足本次設(shè)計的要求。4.1.4BOOST閉環(huán)電路仿真波形三當(dāng)太陽能電池板輸出電壓為48V時，BOOST閉環(huán)電路仿真波形如下圖所示：圖12BOOST閉環(huán)電路仿真波形(48V升至59V)48V電壓升壓至59V,這在一定程度上闡明雖然有超調(diào)量，但是