光能手机万能充电器.doc

2011-2012德州仪器C2000及MCU创新设计大赛 题 目： 光能手机万能充电器 学 校： 广东石油化工学院 组 别： 本科组 应用类别： 控制系统类 平 台： c2000 光能手机万能充电器 孙志谊、张嘉兴、庄秋水 摘要:此设计是用TMS320F28027的DSP作为主控芯片，制作了一部太阳能充电和和逆变装置。设计主要采用了DC-DC变换器，推挽变换器，DC-AC变换器，通过算法寻找太阳能电池的最大功率点。 关键词：DSP、充电、buck电路、最大功率点跟踪、登山法、 一、引言： 能源是为人类的一切活动提供不同种类能量的资源，是人类社会最重要的基础资源之一，可以说是与人类的现在与未来密不可分的一种物质，也因此备受人们关注。 能源按消耗后是否产生污染分为污染型能源（如化石燃料等）与清洁型能源（如水能、风能、太阳能等）。在和谐社会与可持续发展的理念下，清洁型能源自然成为了当前各界关注的重点。清洁型能源中的太阳能更是以其覆盖面广，环境限制低，又无需运输等优点而成为人们关注的焦点。 太阳能的开发与利用主要分为热能利用以及光能利用： 一方面人们通过利用阳光加热水产生蒸汽等方式以利用其内能，另一方面人们用太阳能电池将太阳能转化为电能来进行利用。综合比较，因电能更易储存和输送，将太阳能转化为电能更有利于人们对太阳能的综合利用。因此太阳能电池在近几十年中不仅是人们重点关注的问题，也是科学家最感兴趣的话题之一。 我们这次做的设计主要围绕着太阳能充电展开，通过不同的的最大功率点跟踪算法追踪太阳能电池最大功率点来提高太阳能的能源利用效率，利用太阳能电池给蓄电池充电，再通过蓄电池的降压给手机充电或逆变出交流电作为临时电源。此设计可以给人们带来很大的便利，不管是居家还是旅行都能充分利用太阳的能量， 也能减小因能源问题所带来的负担，具有一定的发展前景。 我们所需要解决的问题包括了太阳能最大功率点的跟踪，DC-DC变换电路和逆变电路。 二、系统方案： 本设计使用了TI公司的TMS320F28927的DSP芯片，通过采样和多路输出PWM波来控制多块充电电路，逆变电路以及太阳能最大功率点的跟踪，充分利用芯片的各个功能。总体电路有模拟太阳能电池、buck电路、光耦驱动电路、推挽电路、全桥逆变电路、蓄电池和DSP等组成。如硬件框图所示，DSP通过对模拟光伏电池的输入电压和电流采样来追踪最大功率点；并通过对输出电压的采样来控制和限制给蓄电池充电的电压；再由蓄电池作为电源，DSP通过采样另一块buck电路的输出电压来控制给手机充电的电压；推挽电路DSP输出PWM控制开关管开断，经过变压器进行电压放大，于电压输出端采样稳定电压输出，再通过DSP输出SPWM进行全桥逆变实现DC-AC。 三、系统硬件设计 1、硬件系统电路框图： 2、DC-DC变换器工作原理： 本设计经过太阳能光伏板收集到太阳能，然后经过DC-DC变换器给蓄电池充电，使输入输出阻抗实现匹配；再由蓄电池经过DC-DC变换给手机充电。 目前，常见的DC-DC变换电路有Buck电路、Boost电路和SEPIC电路，我们的设计主要采用Buck电路作为DC-DC转换电路。 buck降压斩波电路降压斩波电路用于直流到直流的降压变换 IGBT降压斩波电路降压斩波电路 3、Buck电路工作原理 Buck基本原理图a 如图b中V的栅射电压UGE波形所示： t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u0=E,负载电流i0按指数曲线上升； t=t1时刻V关断，二极管VD续流，负载电压u0近似为零，负载电流i0呈指数曲线下降; 通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小； 至一个周期T结束，再驱动V导通，重复上一个周期的过程。 4、电路中的数量关系 当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图b中所示。负载电压的平均值为: 式中，ton为V处于通态的时间;toff为V处于断态的时间；T为开关周期；为导通占空比。 负载电流平均值为 若负载中L值较小，在T关断后，到了t2时刻，如图c所示，，负载电流已衰减至零，出现负载电流断续的情况。 电流断续时，u0平均值会被抬高，一般不希望出现。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式： 保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制（PWM控制方式）； 保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T，称为频率调制； ton和T都可调，使占空比改变，称为混合型。 其中PWM控制方式应用最多。 5、推挽变换器结构与工作原理 推挽变换器组成如下图所示，它由初级带有中心抽头的变压器、两只开关管、