基于STM32的太阳能充电控制器的研究和实现

【摘要】：光伏发电技术和产业不仅是当今能源的一个重要补充,更具备成为未来主要能源来源的潜力。本论文以太阳能发电系统为研究对象,以最大限度利用太阳能为主要目的,进行了太阳能充电最大功率跟踪控制器的理论研究和实物设计制作。最大功率点跟踪(MPPT)技术应用主要有三个方面:一是为单独的负载供电时采用MPPT技术;二是利用MPPT技术以最大功率对蓄电池充电;三是光伏并网,利用MPPT技术以最大并网电流对电网馈送能量。由于光伏系统的输出特性易受光照强度、温度等环境因素的影响以及光伏发电系统普遍存在的光电转换效率偏低的问题等原因,使得最大功率点跟踪变得十分困难,因此本文着重研究利用MPPT技术对蓄电池充电的应用方向,设计了一个可以应对在各种对光伏阵列输出功率因素的影响下(尤其是不均匀光照的影响)的最大功率点跟踪控制器。我主要做了如下的工作:(1)详细介绍了光伏发电系统组成、分类和应用领域,在深入了解光伏电池工作原理的基础之上,研究了光伏电池的等效电路,并且分析了光伏电池的输出特性;(2)介绍了MPPT技术的概念和原理,在分析几种常用的MPPT算法的基础上,选用占空比扰动法来实现充电控制器的最大功率点跟踪;(3)在分析了蓄电池充电特性与充电方法的基础上,结合光伏电池特性,提出了一种四段式的光伏充电方法,并根据这一充电过程的要求对光伏充电系统的硬件和软件做了详细的设计。硬件部分采用了STM32F103系列作为处理器,重点分析了BUCK电路和基于UC3843的反激电源电路的原理并计算了相关参数。软件部分设计了最大功率点跟踪算法,蓄电池充电、放电算法和UC3843开启关闭控制算法。(4)制作出实物后搭建了光伏充电实验平台,并在光伏充电系统上实现了这一充电过程,并做了实际测量数据并且进行了分析;实验和测试结果表明占空比扰动法具有较好的跟踪效果。 【关键词】：太阳能光伏发电 最大功率点跟踪(MPPT) 分段式充电 STM32F103C8T6 Buck电路 UC3843反激电源
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题研究的背景和意义10-12
• 1.1.1 能源危机重重10-11
• 1.1.2 生态环境恶化11
• 1.1.3 常规电网具有局限性11-12
• 1.2 国内外光伏发电的发展现状12-14
• 1.2.1 国际光伏发电的发展现状12-13
• 1.2.2 我国国内光伏发电的发展现状13-14
• 1.3 光伏发电系统的基本组成及分类14-19
• 1.3.1 光伏发电系统概述14-15
• 1.3.2 光伏发电系统的基本组成15-16
• 1.3.3 光伏发电系统的分类16-19
• 1.3.4 光伏发电系统的原理19
• 1.4 论文规划19-21
• 第2章 太阳能电池的概述21-27
• 2.1 太阳能电池的工作原理21
• 2.2 光伏电池的内部等效电路分析21-24
• 2.3 光伏电池特性的分析24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 太阳能最大功率点跟踪理论分析27-34
• 3.1 最大功率点跟踪控制的基本原理27
• 3.2 太阳能最大功率点跟踪算法分析27-32
• 3.2.1 恒电压跟踪法27-28
• 3.2.2 电导增量法28-30
• 3.2.3 扰动观测法30-32
• 3.2.4 占空比扰动法32
• 3.3 本章小结32-34
• 第4章 蓄电池的充放电工作原理及分析34-39
• 4.1 蓄电池的工作原理及特性34-35
• 4.1.1 蓄电池的概念34
• 4.1.2 蓄电池的基本组成34-35
• 4.2 蓄电池的工作原理35-38
• 4.2.1 铅酸蓄电池的充电特性35-36
• 4.2.2 铅酸蓄电池的放电特性36-37
• 4.2.3 本文光伏充电控制方法37-38
• 4.3 本章小结38-39
• 第5章 硬件设计39-59
• 5.1 系统的总体设计39
• 5.2 单片机模块设计39-42
• 5.2.1 STM32F103C8T6 资源介绍39-40
• 5.2.2 MCU电路40-42
• 5.3 DC-DC电路的设计42-47
• 5.3.1 DC-DC电路特性42-43
• 5.3.2 Buck电路工作原理43-45
• 5.3.3 BUCK电路参数计算45-47
• 5.4 防反接电路47
• 5.5 电源模块的设计47-53
• 5.5.1 基于UC3843 的反激式电源设计及参数计算47-50
• 5.5.2 反激式开关电源变压器设计50-52
• 5.5.3 电源供电电路的设计52-53
• 5.6 显示模块的设计53-54
• 5.6.1 LDC1602 介绍及引脚说明53-54
• 5.6.2 LCD1602 电路连接54
• 5.7 信号采集模块的设计54-56
• 5.7.1 电压采集54-55
• 5.7.2 电流采集55-56
• 5.8 外围电路的设计56-57
• 5.8.1 继电器驱动电路56
• 5.8.2 MAX232 串口芯片56-57
• 5.8.3 蜂鸣器报警电路57
• 5.9 控制器的PCB图57-58
• 5.10 本章小结58-59
• 第6章 系统软件分析及实验数据分析59-70
• 6.1 软件平台59-62
• 6.1.1 Keil uVision4 的介绍59
• 6.1.2 调试和下载工具Jlink59
• 6.1.3 实验平台的搭建59-62
• 6.2 程序流程图62-65
• 6.2.1 MPPT算法62
• 6.2.2 蓄电池充电控制算法62-63
• 6.2.3 蓄电池放电控制算法63-64
• 6.2.4 UC3843 控制算法64-65
• 6.3 实验数据分析65-69
• 6.4 本章小结69-70
• 第7章 结论与展望70-72
• 7.1 结论70
• 7.2 展望70-72
• 参考文献72-75
• 致谢75

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