基于DSP控制之光伏电池模拟器之设计方法

摘要：本文提出了一种基于DSP控制之光伏电池模拟器之设计方法，建立了光伏电池之数学模型，利用DSP处理器输出不同之占空比PWM来控制BUCK 变换器，使其输出符合光伏电池I-U之特性。阳光电子学校维修专家分析认为：实践证明用模拟器来代替真实之光伏电池进行各种光伏电池之特性输出实验是一种良好之方法。阳光电子学校维修专家分析认为：
关键词：光伏电池；模拟器；DSP控制；PWM

1  引言 
        太阳能光伏发电是世界上节约能源、倡导“绿色电力”之一种主要之高科技术产业。阳光电子学校维修专家分析认为：光伏发电产业目前在中国及世界各国正以前所未有之速度迅猛发展，但对于光伏发电系统之研究,若采用真实之光伏电池试验，由于太阳能电池价格昂贵,以及受天气、温度、日照之影响等一系列问题会受到很大之限制，因此研究出能够在室内进行各种光伏实验，不受外界环境因素之影响按照光伏电池之I—U特性输出之模拟器，是很有必要之[3].此文详细之介绍了一种光伏电池模拟器之设计方法，并在实验中证明了此方法之可行性。阳光电子学校维修专家分析认为：

2  光伏电池之数学模型[1]
光伏电池之数学模型是此光伏电池模拟器实现之基础,由图1可以看出光伏电池I—U 特性具有很强之非线性。阳光电子学校维修专家分析认为：
 

3  光伏电池模拟器之系统装置结构
        模拟器之系统装置结构主要包括整流滤波电路、BUCK变换电路、采样检测电路、DSP控制电路及光耦驱动电路。阳光电子学校维修专家分析认为：BUCK变换电路完成DC/DC之转换，主要使输出具有光伏电池I-U特性这种很强之非线性关系；控制电路采用DSP处理器输出多路不同占空比之PWM完成对BUCK电路中之IGBT通断之控制，使其输出符合光伏电池之I-U特性；采样检测电路用于实时采样检测外电路之电流电压，用于反馈采集控制电路所需要之信息。阳光电子学校维修专家分析认为：在BUCK电路中由电流传感器（LA28-NP）和电压传感器（LV28-P）分别采集检测电流和电压，传送给DSP控制电路。阳光电子学校维修专家分析认为：
 

                   
3.1  BUCK变换电路
       电路中BUCK变换器之开关器件需要采用IGBT开关管进行控制，如果采用单独之IGBT开关管再加上续流二极管，势必会使得变换器之体积增大，即加大了设计之复杂性又增加成本。阳光电子学校维修专家分析认为：而采用IPM智能模块就可以很方便之节约成本和减少体积。阳光电子学校维修专家分析认为：此设计选用之是三菱公司型号为75CLA060之IPM智能模块，它内部具有低功耗、软开关、高性能及拥有过热保护之高可靠性IGBT。阳光电子学校维修专家分析认为：内置有过电流保护、短路保护、控制电压欠压保护、过热保护及外部输出警报端口。阳光电子学校维修专家分析认为：用这样之模块作为BUCK变换器之功率器件，大大简化了硬件电路之设计，缩小了电源体积，简化了接线，缩短了开发周期，更主要之是，它提高了系统之安全性和可靠性，而且可以减小由分立元件实现所带来之电平波形不对称之问题。阳光电子学校维修专家分析认为：
3.2  DSP控制部分
        控制电路作为该变换器之大脑部分，其功能为完成脉宽调制波(PWM波)之生成。阳光电子学校维修专家分析认为：该系统所选用之DSP芯片为TMS320LF2407，此芯片具有低成本、低功耗、高性能之处理能力。阳光电子学校维修专家分析认为：每片LF2407具有两个事件管理器(EVA, EVB)，并且每个事件管理器都具有2个通用定时器，8个16位PWM通道，可以方便地产生三相PWM波，对功率开关器件进行PWM控制[2]。阳光电子学校维修专家分析认为：DSP之主要功能是由反馈回来之电压和电流最终生成控制BUCK变换电路之PWM波，在软件设计上完成此功部分，其任务是根据BUCK电路中之实时情况采样电流，电压，完成A/D转换，由数学模型计算出之参考电压，与采集到之电压进行比较，当参考电压大于采集到之电压时，那么调节PWM占空比使电流增大，则参考电压减小，采集电压增大，最终使参考电压与采集电压接近相等，此时PWM占空比不变；当参考电压小于采集到之电压时，与之相反。阳光电子学校维修专家分析认为：由差值产生不同占空比之PWM信号以及动态调整占空比之值以改变PWM之波形来控制BUCK电路中之开关器件之通断，目之使差值接近零，使其按照光伏电池I-U之特性输出。阳光电子学校维修专家分析认为：

3.3  驱动电路
       驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间之接口，作用是将输出信号隔离放大，并驱动功率晶体管。阳光电子学校维修专家分析认为：DSP控制电路产生之PWM信号先通过驱动电路，然后控制IGBT开关管之通断状态。阳光电子学校维修专家分析认为：为了电磁兼容性考虑，驱动电路之输入和输出是相互隔离之。阳光电子学校维修专家分析认为：控制信号先通过线性光耦HCPL-0466然后控制IGBT开关管之通断状态。阳光电子学校维修专家分析认为：当故障发生时，IGBT模块之故障检测信号Fo先通过TLP181光耦然后再送到DSP，可以将外部控制或保持PWM信号之芯片封锁，关断所有之PWM信号输入，即可保护IGBT。阳光电子学校维修专家分析认为：HCPL-0466是专门用于IPM或IGBT/MOSFET之隔离和驱动之线性光耦。阳光电子学校维修专家分析认为： 
 

                       

4 实验仿真及结果
        DSP控制程序之编写和调试采用闻亭公司TDS510 USB2.0型仿真开发系统，在TI公司CC‘C2000仿真环境调试下完成之。阳光电子学校维修专家分析认为：图5为在日照1000W/m2,温度

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