太阳能手机充电器的设计与仿真毕业设计(编辑修改稿)

太阳能手机充电器的设计与仿真毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

3 . 03 . 64 . 24 . 85 . 46 . 0U / VP / W1 0 0 0 W / m28 0 0 W / m26 0 0 W / m2 图 23(b) 太阳能电池在 25℃ 下 不同光照强度下的 PV特性曲线 由图 23 可以看出，短路电流随着光照强度的增加而大幅增加，开路电燕山大学本科生毕业设计 (论文 ) 8 压随光照强度的增加略有增加，所以，输出功率是随着光照强度的增加而增加的。 00 . 71 . 42 . 1 2 . 83 . 54 . 2500 . 40 . 81 . 21 . 62 . 02 . 4U / VI / A3 0 ℃2 0 ℃2 5 ℃ 图 24(a) 太阳能电池在 S=1000W/㎡ 时 不同温度下的 IV特性曲线 00 . 7 1 . 42 . 12 . 83 . 5 4 . 2500 . 61 . 21 . 82 . 43 . 03 . 64 . 24 . 85 . 46 . 0U / VP / W2 0 ℃2 5 ℃3 0 ℃ 图 24(b) 太阳能电池在 S=1000W/㎡ 时 不同温度下的 PV特性曲线 由图 24 可以看出，短路电流随温度的升高而略有增加，开路电压随温度的升高而大幅减少，所以，输出功率是随着温度的升高而降低的。 太阳能电池仿真模型的建立 把式 (22)进行近似，即忽略 (U+IRs)/Rsh，并且设定 Iph=Isc。 设在开路状态下： I=0， V=Voc；在最大功率点处： V=Vm， I=Im。 由上述条件可以把式 (22)化简为：    1VC Ve x pC1IIoc21sc (23) 在最大功率点处有： 第 2章 太阳能电池与蓄电池论述 9    1VCVe x pC1IIoc2m1scm (24) 在常温条件下： exp[Vm/(C2Voc)]≥1，可忽略 “ 1”项，得出 C1为：   oc2 mscm1 VC Ve x pII1C (25) 在开路状态下，把式 (25)带入式 (23)得：      1C1e x pVC Ve x pII11I02oc2mscmsc (26) 由于 exp(1/C2)≥1，可忽略“ 1”项，得到 C2：    scmocm2 II1/ln1VVC (27) 按照标准，取 Sref=1000W/m2， Tref=25℃ 为参考光照强度与温度。 设 T 为任意光照强度 S 及任意温度 Tair下的太阳能电池的温度，则有： air  (28) 对于 IV特性曲线上任意一点 (V39。 ， I39。 )有： TrefTdT  (29) scr e fr e f I1SSdTSSαdI   (210) dIRβdTdV s (211) dIII39。  (212) dVVV39。  (213) 式中 α—— 参考光照强度下的电流温度系数，取 (A/℃ )； β—— 参考光照强度下的电压温度系数，取 (V/℃ )。 根据上文中的数学模型，建立的太阳能电池的 simulink 模型如图 25 所示。 燕山大学本科生毕业设计 (论文 ) 10 1Io6 . 8V o c5 . 5Vm25T r e f10000S r e fS co p e 1S a t u r a t i o n0 . 5RP r o d u ct 6P r o d u ct 5P r o d u ct 4P r o d u ct 3P r o d u ct 2P r o d u ct 1P r o d u cteuM a t hF u n ct i o n 2euM a t hF u n ct i o n 1lnM a t hF u n ct i o n0 . 1 7 5I s c0 . 1 5Im K G a i n 2 K G a i n 11G a i nD i vi d e 6D i vi d e 5D i vi d e 4D i vi d e 3D i vi d e 2D i vi d e 1D i vi d e1C o n s t a n t 51C o n s t a n t 41C o n s t a n t 31C o n s t a n t 21C o n s t a n t 11C o n s t a n t3t2v1s 图 25 simulink 太阳能电池模型 太阳能电池最大功率的实现 太阳能电池是一种非线性电源，其最大功率点是随着光照强度和温度的变化而变化的。 最大功率点跟踪 (MPPT)就 是要使系统工作点跟踪最大功率的变化，使光电转换效率达到最大。 为了实现最大功率点跟踪，需要在太阳能电池与负载之间接入 DC/DC 变换器，通过对 DC/DC 变化器的 PWM 驱动。 太 阳能 电池 板负载B O O ST 电路最 大功 率跟 踪P W M控 制电 流 检 测电 压 检 测 图 26 太阳能电池最大功率跟踪原理图 (1)最大功率跟踪控制算法 现在有多种 MPPT 控制的算法，电导增量法因其控制准确，响应速度快而得到了广泛的应用。 第 2章 太阳能电池与蓄电池论述 11 因为太阳能电池的 PV曲线在最大功率点处的斜率是零， 于是得到： 0dVdIVIdVdP  (214) 即： VIdVdI  (215) 式 (215)就是实现 MPPT 的条件，也就是说，当输出电导的变化量与输出电导的负值相同时，太阳能电池工作于最大工作点处。 电导增量法的流程图如图 27 所示， simulink 仿真模块如图 28 所示。 输 入 V （ k ） ， I （ k ）Δ V = V ( k ) V ( k 1 )Δ I = I ( k ) I ( k 1 )Δ V = 0Δ I / Δ V = I / V Δ I / Δ V I / V Δ I = 0Δ I 0Vr e f =Vr e f Δ Vr e f Vr e f =Vr e f +Δ Vr e fVr e f =Vr e f Δ Vr e fVr e f =Vr e f +Δ Vr e fV ( K 1 ) = V ( K )I ( K 1 ) = I ( K )返 回是是是是是否否否否否图 27 电导增量法计算流程图 燕山大学本科生毕业设计 (论文 ) 12 1P W MZ e r o O r d e rH o l d 2Z e r o O r d e rH o l d 1Z e r o O r d e rH o l d = 1S w i t c h 1 = 1S w i t c hS i g nS c o p e 4S c o p e 3S c o p e 2S c o p e 1S c o p eS a t u r a t i o nR e p e a t i n gS e q u e n c e= =R e l a t i o n a lO p e r a t o rP r o d u c t 2P r o d u c t 1P r o d u c tM e m o r y 2M e m o r y 1M e m o r y0C o n s t a n t 31C o n s t a n t 20 . 0 0 1C o n s t a n t 10C o n s t a n t2V1I图 28 电导增量法的 simulink 仿真模块 (2)升压变换器 DC/DC 变换器采用 BOOST 电路，太阳能电池的输出电压 Upv 就是BOOST 电路的电源，设 BOOST 电路的输出电压为 Uo。 BOOST 电路如图29 所示，当开关管导通时， 二极管 VD 关断，电源 Upv 向大电感 L 储存能量，同时大电容向负载 RL供电 ，此时 Uo=Upv；当开关管关断时，电感的电流不能突变，二极管导通，电感与电容一起向负载供电，同时向电容充电，此时 Uo=UpvUL。 由上述工作原理，整理可得 BOOST 电路输入电压 Upv与输出电压 Uo 之间的关系为： pvo UD1 1U  (216) 输入电流 IL与输出电流 Io 之间的关系为： D1II Lo  (217) 则等效电阻 Req为 : 2Looeq D ）（1RIVR  (218) 由式 (218)可 知，调节 BOOST 电路的开关的占空比 D，就可以改变输入阻抗的大小，当 BOOST 电路的等效输入阻抗与太阳能电池的输出阻抗相匹配时，太阳能电池的输出功率达到最大 [6]。 第 2章 太阳能电池与蓄电池论述 13 U p vV DCR LV TILI oU o 图 29 BOOST 升压变化器电路图 (3)仿真结果 基于 BOOST 电路，对太阳能电池的最大功率跟踪进行 simulink 仿真，该仿真模块主要包括：太阳能电池模块、 MPPT 模块、 BOOST 电路部分。 其主要研究在 不同光照强度与温度下太阳能电池输出最大功率的变化。 仿真模型如图 210 所示。 svtI ot y nIVP W Mm p p tv+V o l t a g e M e a s u r e m e n t 1S t e p 1S t e pS e r i e s R L C B r a n c h 3S e r i e s R L C B r a n c h 2S e r i e s R L C B r a n c h 1S e r i e s R L C B r a n c hS c o p eP r o d u c tgmDS。