基于DSP控制之光伏電池模擬器之設計方法

摘要：本文提出了一種基于DSP控制之光伏電池模擬器之設計方法，建立了光伏電池之數學模型，利用DSP處理器輸出不同之占空比PWM來控制BUCK 變換器，使其輸出符合光伏電池I-U之特性。陽光電子學校維修專家分析認為：實踐證明用模擬器來代替真實之光伏電池進行各種光伏電池之特性輸出實驗是一種良好之方法。陽光電子學校維修專家分析認為：
關鍵詞：光伏電池；模擬器；DSP控制；PWM

1  引言 
        太陽能光伏發電是世界上節約能源、倡導“綠色電力”之一種主要之高科技術產業。陽光電子學校維修專家分析認為：光伏發電產業目前在中國及世界各國正以前所未有之速度迅猛發展，但對于光伏發電系統之研究,若采用真實之光伏電池試驗，由于太陽能電池價格昂貴,以及受天氣、溫度、日照之影響等一系列問題會受到很大之限制，因此研究出能夠在室內進行各種光伏實驗，不受外界環境因素之影響按照光伏電池之I—U特性輸出之模擬器，是很有必要之[3].此文詳細之介紹了一種光伏電池模擬器之設計方法，并在實驗中證明了此方法之可行性。陽光電子學校維修專家分析認為：

2  光伏電池之數學模型[1]
光伏電池之數學模型是此光伏電池模擬器實現之基礎,由圖1可以看出光伏電池I—U 特性具有很強之非線性。陽光電子學校維修專家分析認為：
 

3  光伏電池模擬器之系統裝置結構
        模擬器之系統裝置結構主要括整流濾波電路、BUCK變換電路、采樣檢測電路、DSP控制電路及光耦驅動電路。陽光電子學校維修專家分析認為：BUCK變換電路完成DC/DC之轉換，主要使輸出具有光伏電池I-U特性這種很強之非線性關系；控制電路采用DSP處理器輸出多路不同占空比之PWM完成對BUCK電路中之IGBT通斷之控制，使其輸出符合光伏電池之I-U特性；采樣檢測電路用于實時采樣檢測外電路之電流電壓，用于反饋采集控制電路所需要之信息。陽光電子學校維修專家分析認為：在BUCK電路中由電流傳感器（LA28-NP）和電壓傳感器（LV28-P）分別采集檢測電流和電壓，傳送給DSP控制電路。陽光電子學校維修專家分析認為：
 

                   
3.1  BUCK變換電路
       電路中BUCK變換器之開關器件需要采用IGBT開關管進行控制，如果采用單獨之IGBT開關管再加上續流二極管，勢必會使得變換器之體積增大，即加大了設計之復雜性又增加成本。陽光電子學校維修專家分析認為：而采用IPM智能模塊就可以很方便之節約成本和減少體積。陽光電子學校維修專家分析認為：此設計選用之是三菱公司型號為75CLA060之IPM智能模塊，它內部具有低功耗、軟開關、高性能及擁有過熱保護之高可靠性IGBT。陽光電子學校維修專家分析認為：內置有過電流保護、短路保護、控制電壓欠壓保護、過熱保護及外部輸出警報端口。陽光電子學校維修專家分析認為：用這樣之模塊作為BUCK變換器之功率器件，大大簡化了硬件電路之設計，縮小了電源體積，簡化了接線，縮短了開發周期，更主要之是，它提高了系統之安全性和可靠性，而且可以減小由分立元件實現所帶來之電平波形不對稱之問題。陽光電子學校維修專家分析認為：
3.2  DSP控制部分
        控制電路作為該變換器之大腦部分，其功能為完成脈寬調制波(PWM波)之生成。陽光電子學校維修專家分析認為：該系統所選用之DSP芯片為TMS320LF2407，此芯片具有低成本、低功耗、高性能之處理能力。陽光電子學校維修專家分析認為：每片LF2407具有兩個事件管理器(EVA, EVB)，并且每個事件管理器都具有2個通用定時器，8個16位PWM通道，可以方便地產生三相PWM波，對功率開關器件進行PWM控制[2]。陽光電子學校維修專家分析認為：DSP之主要功能是由反饋回來之電壓和電流 終生成控制BUCK變換電路之PWM波，在軟件設計上完成此功部分，其任務是根據BUCK電路中之實時情況采樣電流，電壓，完成A/D轉換，由數學模型計算出之參考電壓，與采集到之電壓進行比較，當參考電壓大于采集到之電壓時，那么調節PWM占空比使電流增大，則參考電壓減小，采集電壓增大， 終使參考電壓與采集電壓接近相等，此時PWM占空比不變；當參考電壓小于采集到之電壓時，與之相反。陽光電子學校維修專家分析認為：由差值產生不同占空比之PWM信號以及動態調整占空比之值以改變PWM之波形來控制BUCK電路中之開關器件之通斷，目之使差值接近零，使其按照光伏電池I-U之特性輸出。陽光電子學校維修專家分析認為：

3.3  驅動電路
       驅動電路是電力電子主電路與控制電路之間之接口，作用是將輸出信號隔離放大，并驅動功率晶體管。陽光電子學校維修專家分析認為：DSP控制電路產生之PWM信號先通過驅動電路，然后控制IGBT開關管之通斷狀態。陽光電子學校維修專家分析認為：為了電磁兼容性考慮，驅動電路之輸入和輸出是相互隔離之。陽光電子學校維修專家分析認為：控制信號先通過線性光耦HCPL-0466然后控制IGBT開關管之通斷狀態。陽光電子學校維修專家分析認為：當故障發生時，IGBT模塊之故障檢測信號Fo先通過TLP181光耦然后再送到DSP，可以將外部控制或保持PWM信號之芯片封鎖，關斷所有之PWM信號輸入，即可保護IGBT。陽光電子學校維修專家分析認為：HCPL-0466是專門用于IPM或IGBT/MOSFET之隔離和驅動之線性光耦。陽光電子學校維修專家分析認為： 
 

                       

4 實驗仿真及結果
        DSP控制程序之編寫和調試采用聞亭公司TDS510 USB2.0型仿真開發系統，在TI公司CC‘C2000仿真環境調試下完成之。陽光電子學校維修專家分析認為：圖5為在日照1000W/m2,溫度

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