多功能太阳能电源系统研究与设计

摘要

随着经济发展，资源与环境，建设低碳、节约型社会成为当代世界关注的一个问题，一个重要途径就是使用大自然赋予我们的清洁能源，如太阳能，风能等，并且提高利用率[1][2]。我国改革开放30多年，环境的承载力已达到极限。在没有找到石油，煤等资源的替代品时，加强对太阳能、风能的利用已迫在眉睫。
　　随着电子产品的发展，当前市场上的模拟开关电源已经不能满足市场的需求。虽然DSP功能强大，但是价格昂贵的它基本上不会运用在民用的领域。这不仅制约着数字电源大规模投放市场，对未来数字电源的革新造成影响，也使得现阶段的市场很少有适合居民使用的数字电源。
　　本文系统以太阳能为输入，通过研究太阳能电池阵列的工作原理和物理模型，将太阳能输入最大限度地转化为可变直流电源，作为本系统的电能来源。利用MATLAB仿真系统，得到太阳能电池阵列在不同温度和不同光照条件下的U-I、P-I曲线。
　　在得到太阳能电池阵列的输出特性曲线后，首先设计本实验的研究目标，根据TI公司最新的电源芯片MAX15301和中颖公司的单片机SH79F165构成一个数字控制系统，建立一个基于太阳能的多功能电源系统，本文重点介绍了各个模块的设计。
　　最后运用Altium Designer10进行硬件电路设计，实验测的所需要的数据，根据设计目标调整电路参数，最后实现多功能太阳能电源系统的设计。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 数字电源的发展及面临的问题

1．3 研究意义

1．4 论文创新点

1．5 本文的安排

1．6 本章小结

第二章 太阳能光伏阵列的基本工作原理和仿真

2．1 光伏系统的分类

2．2 光伏电池

2．2．1 光伏效应及光伏电池工作原理

2．2．2 光伏电池的等效电路

2．3 太阳能阵列MATLAB建模

2．3．1 单个光伏电池的MATLAB建模

2．3．2 太阳能电池阵列的MATLAB建模

2．4 系统最大功率点跟踪仿真

2．4．1 最大功率点跟踪控制原理

2．4．2 最大功率点仿真分析

2．5 本章小结

第三章 经典DC-DC电路变换器原理简述

3．1 经典DC-DC电路变换器的原理

3．1．1 升压式变换器原理

3．1．2 降压式变换器原理

3．1．3 反激式变换器原理

3．2 脉冲宽度调制的两种控制模式及特点

3．2．1 电压控制模式

3．2．2 电流控制模式

3．2．3 电压模式与电流模式优缺点对比

3．3 芯片MAX15301工作原理简介

3．3．1 芯片MAX15301基本介绍

3．3．2 芯片MAX15301引脚介绍

3．3．3 芯片内部功能介绍

3．4 本章小结

第四章 数字电源管理总线技术

4．1 电源管理总线规范

4．2 SMBus电源管理总线

4．2．1 SMBus简介

4．2．2 SMBus协议

4．2．3 SMBus数据传输机制

4．2．4 SMBus控制寄存器

4．3 本章小结

第五章 硬件电路的实现

5．1 本文设计目标

5．2 MAX15301控制系统设计

5．3 单片机工作系统设计

5．4 串口通信系统设计

5．5 稳压电源系统设计

5．6 反激式变换器输出系统设计

5．7 输出反馈系统设计

5．8 本章小结

第六章 硬件电路制作与测试

6．1 硬件电路实现

6．2 电路性能测试

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读研究生发表的论文