光伏最大功率点跟踪系统DCDC变换器的设计【开题报告】

毕业设计开题报告

电气工程及其自动化

光伏最大功率点跟踪系统DC/DC变换器的设计

1选题的背景、意义

据预测，2050年世界人口将增至89亿，届时的能源需求将是目前的3倍，而可再生能源要占50％，而绝对地说，2050年可再生能源供应量将是现在全球能耗的2倍。中国能源界的权威人士预测，到2050年，中国能源消费中煤只能提供总能耗电的30～50％，其余50~70%将靠石油、天然气、水电、核电、生物质能和其它可再生能源[1]。由于中国自己的油气资源、核电和水力资源都十分有限，直接地大量燃烧生物质能也将会被逐渐淘汰。

国际上普遍认为，在长期的能源战略中，太阳能光伏发电在太阳能热发电、风力发电、海洋发电、生物质能发电等许多可再生能源中具有更重要的地位。而太阳能发电最为突出，这是因为光伏发电有无可比拟的优点：充分的清洁性、绝对的安全性、确实的长寿命和免维护性、初步的实用性、资源的充足性及潜在的经济性等[2]。1998年在维也纳召开的“第二届全球光伏大会”，世界著名太阳能专家施密特教授作为大会主席，面对2000多名与会代表，也指出太阳能将在21世纪中取代原子作为世界性能源，唯一的问题是在2030年实现，还是在2050年实现。而日本的“新阳光计划”，欧盟“可再生能源白皮书”都把光伏作为首先发展项目[3]。

所以不论从经济、社会的可持续发展和保护人类生存的地球生态环境的高度来审视，还是解决21世纪众多人口能源问题，在有限资源和环保要求的双重之月下发展经济已成全球的热点问题，发展太阳能光伏发电有着巨大的现实意义。所以利用光伏最大功率跟踪显得尤为重要[4]。

2相关研究的最新成果及动态

随着能源日益紧张，效率成为DC/DC变换器的最为重要的指标之一。如何提高变换器的转换效率，前人做了大量的研究，各种新的拓扑结构。软开关技术以及同步整流技术被不断的提出，而其中LLC谐振变换器以及两级结构DC/DC

变换器，以其高效率以及宽电压输入能力，备受青睐，成为了研究的热点。

近年来，复合电路拓朴也迅速发展起来，这种电路拓朴的集中目标都在于如何让同步整流部分的效率做到最佳状态。当初级电压变化一倍时，二次侧的占空比会相应缩小一半，而MOSFET的源漏电压却升高一倍。这意味着我们必须选择更高耐压的同步整流用MOSFET。第一家申请专利的是美国SynQor公司，它的电路为Buck加上双组交互forward组合技术。第二家申请专利的是美国国家半导体公司，它的电路为Buck加上一组对称拓朴（推挽、半桥、全桥）。第一级与SynQor公司相同，而第二级则为对称型电路拓朴。这样就可方便地实现ZVS、ZCS同步整流，它的同步整流不仅是ZVS、ZCS软开关的，而且是最大占空比条件下的同步整流[5~6]。目前，美国几家高级DC/DC制造商已经在高功率密度的DC/DC中使用了小型微处理器的技术。首先它可以取代很多模拟电路，减少了模拟元件的数量，它可以取代窗口比较器、检测器、锁存器等完成电源的起动、过压保护、欠压锁定、过流保护、短路保护及过热保护等功能[7]。由于这些功能都是依靠改变在微控制器上运行的微程序，所以技术容易保密。第二代微控制器控制的DC/DC还没有将典型的开关电源进行全面的数字闭环控制，但是已经没有PWM IC出现在电路中，一个小型MCU参与DC/DC的整个闭环控制[8]。但PWM部分仍是模拟控制，现在，采用DSP数字信号处理器参与脉宽调制，最大、最小占空比控制、频率设置、降频升频控制、输出电压的调节等工作,以及全部保护功能的DC/DC变换器已经问世[9]。

这就是使用TI公司的TSM320L2810控制的开关电源是全数字化的电源，这时DC/DC的数字化进程就真正地实现了。

3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标

光伏最大功率点跟踪系统包括太阳能阵列，DC/DC变换器，主控制器，模数转换电路，充电控制器，蓄电池组。这个课题是利用DC/DC变换模块的设计与仿真，设计中采用500峰瓦的光伏阵列，输入电压范围为20~36V，负载要求恒定电压为28V，并进行Matlab仿真。也就是以功率MOSFET为电子器件，设计一个升降压DC/DC变换器，用PWM方式控制功率MOSFET导通与关断，

并且使用软开关技术来提高变换器的转换效率，从而用单片机为控制单元，实现PWM控制，最后利用Matlab软件对设计电路进行仿真。从而实现光伏方阵与负载之间的适配，既能保证太阳能的最大功率跟踪又要保证负载有恒电压的输入。

因此，DC/DC变换模块的设计在整个光伏最大功率点跟踪系统设计中起着决定性的作用。所以在此课题中就是要设计一个转换器来尽最大可能提高太阳能的利用率，使得光伏电池工作在最大输出功率点上，以获得一个最大功率输出，这不仅是我们想要达到的目标也是研究的一个难点。

4研究工作详细进度和安排

2010.11—2011.2 充分检索资料的基础上完成课题开题报告、文献综述、外文翻译

2011.2.—2011.3 设计DC/DC变换器的主电路

2011.3 —2011.4 设计DC/DC变换器的控制电路，软件实现

2011.4—2011.5 整理毕业设计的资料，完成毕业论文的撰写

5参考文献

[1] 欧阳长莲.DC/DC开关变换器的建模分析与研究[D].南京航空航天大学，2005.

[2] 刘莫尘.独立光伏发电的自动跟踪系统[D].山东大学,2005.

[3] Lead-Acid Battery Guide for Stand-Alone Photovoltaic Systems.Report IEA PVPS TASK December 1999:1-33.

[4] 中国可再生能源发展项目办公室.中国光伏产业发展研究报告（2006-2007）. 北京,2008.

[5] 黄宏生.光伏最大功率跟踪系统的研究[D].汕头大学,2006.

[6] 杨金焕.太阳能发电的进展及建议，世界科技研究与发展.2003,8.

[7] 闵江威.光伏发电系统的最大功率点跟踪控制技术研究[D].华中科技大

学,2006.

[8] 未来的光伏电池能源[J].技术与市场,1997（03）.

[9] 王斯成.我国光伏发电有关问题研究.中国能源,2007, (2):7-11.