光伏电池能量收集、转换器的设计与制作(C题)

1、南 京 师 范 大 学电气与自动化工程学院电 子 设 计 报 告（2017年5月） 题 目 光伏电池能量收集、转换器的设计与制作（C题） 姓 名： 赵普 王安鹏 顾亚楠 组 号： 第4组 指导教师： 陈余寿 赵芙生 高翔 目录摘要一、系统方案分析比较11.1系统方案11.2升压模块的论证与选择11.3数字模块的论证与比较2二、核心部件电路设计32.1电路设计32.2关键元件参数计算3三、系统软件设计分析43.1软件分析43.2关键模块程序清单4四、竞赛工作环境条件54.1测试方案54.2测试条件与仪器6五、作品成效总结分析75.1基本要求75.2发挥部分7六、参考资料8附录8摘要新能源是二十一

2、世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。而太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，“取之不竭、用之不尽”。在各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在本设计中，我们主要目的在于利用光能产生稳定电能，主要研究光伏电池的稳定输出和DC-DC模块的转换。本系统DC-DC模块主要利用开关电源芯片MC34063作为升压核心，使用超低功耗单片机stc12c5a60s2对电压、电流、电压调整率和负载调整率进行测量和显示。整个系统较为稳定，测量和显示较为准确。关键词：新能源 光伏电池 DC-DC 单片机Ab

3、stractNew energy is the twenty-first century world economic development in the most decisive one of the five major technical areas. And solar energy is a clean, efficient and never fail new energy, "inexhaustible, with the endless." In all governments, solar energy use is an important part

4、 of the national sustainable development strategy. And the photovoltaic power generation is safe and reliable, no noise, no pollution, less control, low failure rate, easy maintenance and so on. In this design, our main purpose is to use light energy to generate stable energy, mainly to study the st

5、able output of photovoltaic cells and DC -DC module conversion. The DC-DC module of the system mainly uses the switching power supply chip MC34063 as the boosting core, and uses the ultra-low power single chip stc12c5a60s2 to measure and display the voltage, current, voltage regulation and load regu

6、lation. The whole system is more stable, measurement and display more accurate.Keywords: new energy photovoltaic cell DC-DC microcontrollers- 7 -一、 系统方案分析比较1.1系统方案系统包含电能采集模块、DC-DC升压模块、测量与显示模块等三个主要部分。其中DC-DC变换电路是核心部分，单片机通过采集电压信号对电压调整率、负载调整率进行计算和显示。主核心电路我们采用开关电源控制芯片MC34063，前加自举电路保证2.2V条件下电路也能正常工作，后在负载

7、两端加端口送给单片机计算和显示。系统整体框图如图1所示。DC-DC单片机检测与计算显示负载光能电能光源图1 系统整体框图1.2升压模块的分析与比较方案1：采用boost电路作DC-DC升压模块。用IR2111组成驱动电路驱动boost开关芯片，利用单片机PWM输出可调占空比的方波控制实现升压功能。此方案设计简单，易于实现，效率很高，但是首先需要驱动电路，并且需要单片机实现对其的升压控制。方案2：直接采用开关电源控制芯片MC34063实现DC-DC升压。此方案外围电路设计稍稍复杂，但是无需单片机控制并且无需驱动控制。综合考虑，鉴于本题的要求：在升压模块必须与单片机断开连接，我们最终确定选择方案2

8、。1.3数字模块的分析与比较方案1：用STC12C5A60S2作检测和显示控制芯片。STC12C5A60S2/AD系列单片机是宏晶科技生产的高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对强干扰场合。方案2：用MSP430G2553作检测和显示控制芯片。德州仪器MSP430系列是超低功耗微控制器，内置16位定时器，16个I/O口，可在1us时间内完成从低功耗模式至运行模式的唤醒。综合考虑，鉴于STC功率更低、运算速度更快、操作简便，I/O口多，我们最终选

9、用方案1作为检测和控制芯片。二、 核心部件电路设计2.1电路设计如图2所示为本次DC-DC核心。本设计DC-DC升压变换电路摒弃了一贯的BOOST套路，而是选用了开关电源芯片MC34063进行升压，MC34063 是一块单片DC/DC 变换控制电路，内含直流到直流变换器所要求的主要功能。有带有温度补偿的基准电压源、比较器、带激励电流限制的占空比可控振荡器、驱动器和大电流输出开关等。图2 MC34063升压电路图2.2关键元件参数计算（1）5号管脚电阻的选择：DC-DC模块输出电压值取决于5号管脚R1和R2的比值Vout=1.25V*（1+R2R1），根据题意，要在输入2.23.3范围内稳定输出

10、5V，故R1：R2=1:3，取电阻标称值R1=1k，R2=3k。（2）定时电容的选择Ct=0.000004*Ton=0.000004*140000=1000pf（3）储能电感的选择Lmin=(Vimin-Vces)*Ton/Ipk=(2.2-1.25)*140000/200mA100uH三、系统软件设计分析3.1软件分析该系统需要的软件部分并不复杂，我们采用stc12c5a60s2低功耗为核心，系统主要需要完成两个任务，采集和显示。流程图如图3所示。图3 软件流程图3.2关键模块程序清单#include "timer.h"void Timer1Init()/1毫秒22.11

11、84MHz AUXR |= 0x40;/定时器时钟1T模式TMOD &= 0x0F;/设置定时器模式TMOD |= 0x10;/设置定时器模式TL1 = 0x9A;/设置定时初值TH1 = 0xA9;/设置定时初值TF1 = 0;/清除TF1标志TR1 = 1;/定时器1开始计时ET1 = 1;EA = 1; 四、竞赛工作环境条件4.1测试方案（1）硬件测试采用模块化测试方法，逐步测试；首先用直流稳压源为DC-DC模块供电，保证DC-DC正常工作；其次测试LED灯和太阳能电池板模块，保证太阳能电池板输出3.3V-2.2V；（2）软件测试将软件写入单片机后，搭建简单测试电路，给AD输入假

12、定值进行测试，判断DA输出和显示是否符合要求。（3）软硬件联调软硬件都测试完成后，各模块连接单片机进行级联测试，在确定单片机能够控制模块运行后，加入太阳能模块进行整体性能测试和指标优化。4.2测试条件与仪器数字万用表LINI-T UT802，数字示波器SDS 1102CFL.五、作品成效总结分析5.1基本要求（1）I0=50Ma不变,输出电压额定值V0=5V，分别测V1=3.3V和2.2V时对应的输出电压值，分别记为V01，取变化较大的值与V0=5V的差作分子，V0=5V做分母，计算电压调整率Su。测试结果如表5-1所示。表5-1 电压调整率测试上限值额定值下限值电压调整率SuV1/V3.33

13、.02.20.6%V0/VV01=55V02=4.97(2)V1=3V不变，分别测I0=5mA和I0=50mA 时对应的输出电压值，分别记为V01和V02，取变化较大的值与V0=5V的差作分子，计算负载调整率S。测量结果如表5-2所示。表5-2 负载调整率测试下限值上限值负载调整率SI0/mA5502.6%V0/VV01=5.13V02=5(3)V1=3V,V0=5V,I0=50mA 时的输出噪声纹波电压峰峰值Vopp，测量结果如表5-3所示。 表5-3 纹波测试Vopp(mV)20mV5.2发挥部分闭合S1，S2，S3，接入单片机，重测上述参数（1）I0=50mA不变,输出电压额定值V0=5V，分别测V1=3.3V和2.2V时对应的输出电压值，分别记为V01，取变化较大的值与V0=5V的差作分子，V0=5V做分母，计算电压调整率Su，单片机显示。测试结果如表5-4所示。表5-4 电压调整率测试上限值额定值下限值电压调整率SuV1/V3.33.02.22%V0/VV01=5.025V02=4.9（2）V1=3V不变，分别测I0=5mA和I0=50mA 时对应的输出电压值，分别记为V01和V02，取变化较大的值与V0=5V的差作分子，计算负载调整率S，单片机显示。测量结果如表5-5所示。表5-5 负载调整率测试下限值上限值负载调整率SI0/mA5503%V0/VV01=5.15