基于雙向變換技術的光伏LED照明系統(tǒng)設計
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3 充電控制
3．1 充電電路
在充電工作模式，電路拓撲結構是Zeta變換器。若電路進入穩(wěn)態(tài)，VQ1導通時，光伏電池經VD1向L1儲能，同時通過C1，L2向蓄電池供電；VQ1關斷時，L1通過VD3向C1充電，同時L2向蓄電池供電。Zeta變換器輸入、輸出電壓關系為：Uo=DUi／(1-D)。由于Zeta變換器的負載為蓄電池，Uo的值將被箝位于蓄電池兩端的電壓U，則Ui由VQ1的占空比D確定，調節(jié)D就能找到光伏電池陣列最大功率點(MPP)的電壓值Um和電流值Im。此時光伏電池以最大功率對蓄電池進行充電。
3．2 充電算法
對于一個蓄電池，最理想的充電方式為三段式充電法，即恒流、恒壓、浮充。對于光伏LED照明系統(tǒng)而言，晚上蓄電池對照明負載供電并且控制電路始終由蓄電池供電，當檢測到太陽能電池滿足供電條件，DC／DC轉換電路開始工作時，蓄電池總為非滿狀態(tài)，此時U小于蓄電池的最大電壓上限UM，即UUM，此時實施最大功率充電(MPPT)；當檢測U=UM時，若充電電流I大于等于閾值電流I，即I≥Ic，則對蓄電池進行恒壓充電(CV)；若IIc，則轉換為浮充充電(VF)?？傊?，采用何種充電方式是由蓄電池的充電條件和當前狀態(tài)決定的，MPPT算法采用了電導增量法。
3．3 算法實現(xiàn)
3．3．1 MPPT充電實現(xiàn)
電導增量法是根據(jù)光伏陣列P-U曲線為一條一階連續(xù)可導的單峰曲線的特點，利用一階導數(shù)求極值的方法，即對P=UI求全導數(shù)，可得：dP=IdU+UdI，兩邊同時除以dU，并令dP／dU=0，可得：dI／dU=-I／U，此式即為達到光伏陣列MPP所需滿足的條件。該方法是通過比較輸出電導變化量和瞬時電導值的大小來決定參考電壓變化的方向。電導增量法流程圖如圖3所示。Un，In為此次采樣值，Un-1，In-1為上次采樣值，dU=0，dI=0條件在實際使用中經常用一個小的閾值來代替為零的條件。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/167364.htm
3．3．2 恒壓、浮充實現(xiàn)
由上述分析可知，CV和VF均向蓄電池提供一個固定電壓值，實現(xiàn)方法有兩種：①若系統(tǒng)精度要求不高，則只要向Zeta電路提供一個固定的占空比即可；②若系統(tǒng)精度要求很高，則可采用反饋方式來實現(xiàn)。為降低系統(tǒng)的復雜度，提高可靠性，在此選擇第一種實現(xiàn)方法。
4 放電設計
在放電工作模式下，蓄電池向LED供電，蓄電池通過Sepic變換器向LED負載供電。電路工作于電流連續(xù)模式(CCM)下，VQ2導通時，蓄電池向L2儲能，C1，L1回路導通，C2向LED負載供電；VQ2關斷時，蓄電池經L2，C1和VD2后向LED負載供電，同時L2，C1，L1回路導通。由于LED特性曲線的非線性和對溫度的敏感性，必須用恒流源為其供電，基于Sepic變換器采用電流閉環(huán)控制實現(xiàn)LED照明負載的恒流驅動。采用高亮LED驅動芯片HV9930作為控制芯片LED恒流驅動電路。
5 實驗調試
5．1 系統(tǒng)容量
太陽能電池采用Solar HQ070P-90W電池板，在標準測試條件下(輻照度1 kW／m2，溫度25℃)，其基本參數(shù)為：最大功率Pm=90 W，Um= 17．2 V，Im=5．23 A，開路電壓Uoc=21．6 V，短路電流Isc=5．81 A。光伏LED照明系統(tǒng)光源為36個高性價比的額定功率為1 W，額定電流為300 mA的白光LED，采用6串6并混聯(lián)方式進行連接，以恒流方式進行驅動。LED照明系統(tǒng)儲能裝置選擇閥控密封式鉛酸蓄電池，設計容量越大，工作越處于淺循環(huán)，壽命越長，但成本也相對較高，實際安裝時酌情選擇。此處蓄電池額定電壓為12 V，設計容量為當連續(xù)4天陰雨時仍可工作，選取適當參數(shù)進行計算并留有一定裕量，蓄電池容量最終選擇250 Ah。
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