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太阳能LED路灯控制系统的研究

作　者: 谢力
导　师: 董春
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 太阳能电池蓄电池 LED 充电放电 LCMPPT
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 233次
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内容摘要

照明用电在整个能源耗费中占有很大比重,它使人们迫切寻找一种绿色照明方式。太阳能作为一种清洁无污染的新能源与LED光源的结合使用使得这种方式成为可能。由于太阳能的输出功率非线性,受温度及光照强度的影响而时刻变化,因此需要一种最大功率跟踪方式使其始终输出最大功率。基于系统的分析,本文采用一种有限电流误差的最大功率跟踪方案(LCMPPT),并设计了能量双向流动的充放电控制器。首先比较了几种常用的太阳能最大功率跟踪(MPPT)控制方式,在总结它们优缺点基础上,本文采用LCMPPT作为最大功率跟踪方案,使太阳能电池的输出始终在其最大功率点附近。为了加快系统的响应速度,提高系统的稳态精度,建立了太阳能充电器的动态模型,并在此模型的基础上设计了一个数字的PI调节器。其次,针对大功率白光LED电气特性及本文实际情况,采用峰值电流控制的Buck—Boost变换器作为其恒流驱动器,并分析变换器工作时电流稳定性及斜坡补偿的必要性,选用MAX16834作为恒流控制芯片。再次,设计了一个能量双向流动的Buck—Boost主电路,该电路工作于充电模式下等效为Buck电路,工作于放电模式下等效为Buck—Boost电路。采用自举的驱动方式使该电路具有最少的外围器件。对整个系统进行了控制策略的分析,包括充电控制流程、LED照明控制流程、同步整流控制等。最后,搭建了太阳能照明系统的实验平台,完成了相关的调试,采集了实验波形,对实验结果的分析证明了控制方案的可行性。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-10
1 引言  10-16
  1.1 课题研究背景及意义  10
  1.2 太阳能市场现状及发展前景  10-12
  1.3 LED照明市场现状及发展前景  12-13
  1.4 太阳能半导体照明系统  13-14
  1.5 本文所做工作  14-16
2 太阳能电池的最大功率跟踪技术  16-36
  2.1 太阳能电池的工作原理及特性  16-18
  2.2 太阳能电池的仿真模型及分析  18-19
  2.3 常用MPPT控制方法的比较分析  19-23
  2.4 本文采用的最大功率跟踪算法—LCMPPT  23-35
    2.4.1 LCMPPT的工作原理  23-25
    2.4.2 Buck型充电器的建模分析  25-29
    2.4.3 LCMPPT的参数分析  29-30
    2.4.4 LCMPPT的PI调节器设计  30-32
    2.4.5 PI调节器的数字化  32-33
    2.4.6 PI调节器的优化  33-35
  2.5 本章小结  35-36
3 峰值电流控制大功率白光LED驱动电路分析设计  36-48
  3.1 峰值电流控制Buck—Boost型变换器工作原理  36-37
  3.2 电流稳定性及斜坡补偿分析  37-41
    3.2.1 电流稳定性分析  37-39
    3.2.2 电流斜坡补偿  39-41
  3.3 峰值电流控制Buck—Boost恒流驱动电路设计  41-46
    3.3.1 峰值电流控制恒流驱动器  41-43
    3.3.2 电感计算  43
    3.3.3 电流检测电阻计算  43-44
    3.3.4 斜率补偿电容计算  44
    3.3.5 输入输出滤波电容计算  44-45
    3.3.6 反馈补偿  45-46
  3.4 本章小结  46-48
4 太阳能LED路灯的系统设计  48-64
  4.1 系统配置及功能设计  48-49
  4.2 控制系统硬件的总体设计  49-50
  4.3 Buck—Boost双向变换器主电路的设计  50-52
    4.3.1 Mode 1(Buck模式)  50-51
    4.3.2 Mode 2(Buck—Boost模式)  51
    4.3.3 DC-DC开关器件选型设计  51-52
  4.4 buck型充电器具体设计  52-57
    4.4.1 MOSFET驱动电路的设计  53-55
    4.4.2 辅助电源电路的设计  55
    4.4.3 信号采集电路设计  55-57
  4.5 系统控制策略  57-63
    4.5.1 系统的整体控制策略  58
    4.5.2 蓄电池的充电控制策略  58-61
    4.5.3 最大功率跟踪(MPPT)控制策略  61-62
    4.5.4 LED照明控制流程  62-63
    4.5.5 同步整流控制策略  63
  4.6 本章小结  63-64
5 实验结果分析  64-68
6 结论与展望  68-70
参考文献  70-72
作者简历  72-76
学位论文数据集  76

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