基于MPPT技術的太陽能發(fā)電的路燈控制系統(tǒng)

　　式中Ui為太陽能光伏電池輸出電壓；D為PWM脈沖占空比；f為開關頻率；k為k=△I／2Io；△I為紋波電流；Io為負載上的輸出電流。

　　允許的紋波電流△I越小，即k越小，電感L越大，電流紋波越小，可以選擇較小的濾波電容；反之，電感L較小，但電容較大。一般選取k=0.05～0.1。

　　將電感值確定以后，實際電感器的設計必須符合相關電氣標準、系統(tǒng)尺寸和安裝方式等限制。許多磁性元件供應商均提供各種型號的標準產(chǎn)品，可滿足絕大多數(shù)的設計標準要求。

　　Buck電路為實現(xiàn)最大功率技術的主電路，采用C8051F330單片機進行控制，采用有效的算法通過軟件編程由單片機輸出不同占空比的PWM信號，經(jīng)由U4，U5處理，如圖3所示，驅(qū)動開關管Q1的導通與關斷。由于單片機C8051F330的驅(qū)動電流太小，且Buck電路中MOS管與主電路不共地，故采用隔離作用的B1215LS和輸出電流為0.5 A的高速光電耦合的MOS門驅(qū)動FOD3181，滿足MOS管工作的要求。

　　1.2 單片機控制電路

　　控制板采用C8051F330作為主控制器，該MCU具有高速、微型封裝、低功耗、工業(yè)級等特點；同時還具有多通道10位AD轉(zhuǎn)換器、PWM輸出等豐富的片上資源。

　　C8051F330(如圖4所示)的P0.2為太陽能光伏陣列的電壓采樣信號輸入，P0.3為蓄電池電壓采樣值的輸入，P0.5為主電路中電流信號采樣值的輸入，P1.6為溫度傳感器值的輸入，P0.6為8位PWM信號輸出，P0.4輸出控制負載的接入及過流時對電路的關斷，P1.0～P1.4接撥碼開關，為路燈設置定時，其定時長短由撥碼開關的狀態(tài)決定，四位撥碼開關共24=16個狀態(tài)，分別可定時1～16個小時。

　　2 電 源

　　目前太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要為了節(jié)能，采用綠色能源而不接入市電，或者用于網(wǎng)電未涉及的地域，所以整個系統(tǒng)的工作需要太陽能電池板所產(chǎn)生的電能量經(jīng)轉(zhuǎn)換或處理后的電源的支持，在本課題中欲采用+3.3 V和12 V電源，以支持控制芯片和集成運算放大電路或晶體管的工作。12 V電源主要是給系統(tǒng)電路中的三極管等元件的正常工作提供能量，由于采用了凌陽C8051F330單片機進行控制，故系統(tǒng)需要提供+3.3 V的電源。

　　3 軟件設計

　　整個系統(tǒng)的控制流程如圖5所示。

　　路燈的接人以太陽能板的電壓為依據(jù)，當采樣電壓3 V時，太陽光已暗，接入路燈，開始定時，定時時間值由撥碼開關設置。同時停止MPPT，以減小夜間的能量損耗。當定時時間到后，斷開路燈。在整個系統(tǒng)工作過程中，單片機始終采集蓄電池的端電壓，路燈是否接入以及接入后，一旦發(fā)生蓄電池過放現(xiàn)象，單片機P0.4引腳輸出高電平，斷開路燈，保護蓄電池。待蓄電池通過充電電壓升高后，如滿足接人條件，再接人路燈。在本設計中，加入了最大功率跟蹤技術，使輸入功率提高了20％。由于蓄電池的容量遠大于太陽能光伏陣列的充電能力，蓄電池充電時未采用防過充措施。

　　4 結(jié) 語

　　經(jīng)實際運行表明，該控制系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠、實用性強等優(yōu)點，較好地將太陽能光伏技術與路燈控制技術結(jié)合起來，并實現(xiàn)了智能控制。