光电驱动电动车的研究光电转换系统Word文档下载推荐.docx
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关键词：
太阳能，升压电路，控制器，蓄电池
AStudyofPhotoelectricDrivenElectricVehicles--
Photoelectricconversionsystem
Abstract
ThispaperanalyzestherequirementsfromthePhotoelectricdrivenelectricbicycleofthephotoelectricconversionsystem,thewholesystemwillbedividedintothreeparts,analysisanddiscussionofthevariouspartsofthecircuitofthecontrolstrategy,implementationmethod.PartofthesystemcontrolcircuitbasedonIntel'
sAT89C2051chipmicrocontroller.Coordinatewithphotoelectricconversion,accordingtothepermanentmagnetbrushlessDCmotorcontrolofthePWMpulsewidth,speedsensorandpassedthroughspeed,throughhardwareandsoftwaresupport,fortheentiresystemdesignrequirements.
Keywords:
Solarenergy,Step-upcircuit,Controller,Batteries
目录
1绪论1
1.1当前电动自行车存在的缺陷1
1.2电动自行车改进的方法1
2太阳能供电控制电路2
2.1系统设计方框图2
2.2太阳能电池板2
2.3防过充保护电路3
2.4升压电路3
2.4.1电源转换器的特性3
2.4.2电源转换器的引脚和工作原理4
2.5控制电路6
3太阳能电池的原理6
3.1太阳能电池6
3.2硅太阳能电池7
3.2.1硅太阳能电池工作原理与结构7
3.2.2硅太阳能电池的生产流程9
3.3太阳能电池的分类9
3.3.1硅太阳能电池10
3.3.2多元化合物薄膜太阳能电池10
3.3.3聚合物多层修饰电极型太阳能电池11
3.3.4纳米晶太阳能电池11
3.3.5有机太阳能电池11
4蓄电池11
4.1铅酸蓄电池11
4.2胶体铅酸蓄电池12
4.3镍氢蓄电池12
4.4锂离子电池13
4.5蓄电池的相关参数：
13
5太阳能电池板和蓄电池的选用14
5.1蓄电池的选用14
5.2太阳能电池板的选用14
6PWM调速与回馈制动15
6.1直流电动机电枢的PWM调速原理16
6.2回馈制动的控制原理17
7总体电路设计19
8结束语20
致谢20
参考文献21
附录光电转换系统电路总图22
1绪论
电动自行车作为一种有效替代燃油车的绿色交通工具，
拥有节能、环保、便捷三大优点，在减轻或消除城市环境污染方面将发挥着越来越大的作用，其发展前景十分广阔。
其作为自行车史上具有革命性的交通工具,在给人们生活带来方便的同时，也对整个社会的经济产生了积极的影响。
无论何种类型电动车的驱动系统,都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分,其中能源供给子系统是电动车的行驶的基础，主要包括蓄电池和太阳能等能源为其提供源动力。
目前，电动自行车主要依赖蓄电池提供电能，能源消耗较大。
利用太阳能转换和蓄电池对电动车进行驱动对增加电动车行程和节约利用能源大有裨益。
同时本设计采用以单片机为核心的控制器更有助于控制器向智能化方向发展。
1.1当前电动自行车存在的缺陷
我国在上世纪70年代就已经研制出电动自行车了，只不过当时受国民经济和电动车技术水平的制约，电动自行车并没有得到普及，但是随着社会经济的发展现在的电动自行车得到了普及和更深层次的发展。
电动自行车包括电源、控制系统、传动系统、电机四大块，并且采用了很多的新技术和新材料，它的诞生为人们的出行和缓解交通压力做出了巨大贡献。
但是，目前人们所使用电动自行车的行程完全依赖蓄电池容量的大小，而且化学类的蓄电池容量扩展技术一直没有得到太大的发展，并且会对环境产生污染，不利于二次回收。
电动车在刹车和下坡等情况下，会将电能和机械能转变为热能而浪费掉，这些缺点如果得到改善，会对增加电动自行车的行驶里程和人们的使用带来很大方便。
1.2电动自行车改进的方法
太阳能发电被誉为是理想的可再生能源。
如果是将太阳能这种无限资源配合原有的蓄电池作为于驱动电动车的源动力，再加上回馈制动技术将会提高电动自行车的行驶里程，为人们的使用和出行带来很大方便，将对电动车未来的发展具有深远意义。
从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，电动车正面临着重大的技术突破，有望成为21世纪的重要交通工具。
目前电动自行车采用的直流无刷电机都是三相电机，由于电机具有可逆性，电动机在特定的条件下可以转变成发电机运行，因此可以通过回馈制动，回收制动能量对电池进行充电，提高电动车的行驶里程。
采用回馈制动，可接收电动车下坡、减速、停车时的能量，以节约电能。
结果表明：
采用此种控制方式可达到10%左右的能量回收率，进而提高电动车能量利用率。
那么根据设计目的，我们可以提出对本系统的具体设计要求为：
（1）在现有的电动车基础上利用太阳能光电池进行光电转换给蓄电池进行充电，继而驱动电动车的直流电动机进行运转；
（2）以单片机为控制中心设计出无刷直流电动机控制系统的控制线路并与其他线路良好对接；
（3）无刷直流电动机采用脉宽调制的PWM控制方法调速；
（4）主要设计在制动状态下的能量回馈过程，即接收电动车下坡、减速以及停车时的机械能量，馈送给蓄电池，以节约电能。
光电驱动型电动车包括太阳能和蓄电池所组成的供电控制电路，机械传动部分和使用单片机进行控制的控制器部分，这里侧重于介绍太阳能供电控制电路的工作原理和实现方法。
2太阳能供电控制电路
太阳能供电控制电路是为电动车提供源动力的重要系统，设计包括充电控制电路、防过充电路、DC-DC升压电路、太阳能电池板和蓄电池的选用等。
2.1系统设计方框图[9]
太阳能供电的电源设计系统设计方框图如图1所示。
主要有太阳能电池板，防反充二极管，防过充保护，DC-DC升压电路，蓄电池和稳压电路等组成。
图1系统设计方框图
2.2太阳能电池板
太阳能电池板是整个电源的重要组成部分，要将光电转换后的电能同时给蓄电池供电。
太阳能电池方阵一般由多块太阳能电池组件串并联而成，每个支路通过防反充二极管、防过充电路向蓄电池充电。
太阳能电池方阵分为若干个子阵列，每个阵列由一个电子开关控制。
太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。
太阳能电池的表示符号如图2所示。
防反充二极管作用主要是防止蓄电池的电压在远远高
于太阳能电池的电压时，蓄电池通过太阳能电池板进行放
电损坏太阳能电池板，所以必须在太阳能电池板和蓄电池
之间接入一个防反充二极管。
图2太阳能电池符号
2.3防过充保护电路
防过充保护作用是防止损坏蓄电池。
因为过充或过放对蓄电池的寿命都会有大的损伤，大大减少蓄电池的使用寿命。
控制过充的元件采用一个双电压比较器，电路图如图3所示：
R11、RP1、C12、A1、T1、T2和K1组成过充电电压检测、比较和控制电路。
当电路接通时，设定RP1的过充电压值为20V。
在电路在进行电压采样时，电压比较器采集到两个管脚的电压进行比较。
于是，当蓄电池电压小于预先设定的过充电压值时，A1的4脚电平高于5脚电平，2脚输出低电平此时T1、T2截止，电路进入充电状态。
当输入电压高于20V时，5脚电平高于4脚电平此时T1、T2导通，这时继电器K1通电闭合，其常闭触点K1-1将蓄电池的充电回路断开。
图3防过充保护电路图
2.4升压电路[7]
DC-DC升压电路的设置是因为蓄电池的输出电压是12V，但是电动车蓄电池所需的电压是48V，所以要通过一个升压电路对它进行升压转换，输出一个48V的电压。
大电流高效率升压式DC—DC电源转换器LT3782是凌特公司推出的两相工作升压式DC—DC电源转换器。
2.4.1电源转换器的特性
LT3782仅通过两个电感器即可提供高输出功率，而无须功率和电流检测变压器。
LT3782的输入电压范围为6-40V，并可在输入10-36V的电源电压时，以高达96%的效率在2到4A负载电流情况下提供稳定的50V输出电压。
两相工作最大限度的降低了输入和输出纹波电流及所需输入和输出电容器的电容值。
在10V栅极驱动电压和4A峰值驱动电流时，LT3782能以高效率驱动工业级大功率MOSFET。
此外，通过可调的斜率补偿、时延和欠压闭锁及同步工作和时钟同步，电源设计师能够定制电路以获得最佳性能。
LT3782采用恒定频率（可编程开关频率范围为150~500KHz）电流模式架构，以改善线路电压和负载调节、减小电感器和电容器体积并提供精确的逐个脉冲电流限制。
就同步应用而言，LT3782通过可编程的下降沿延迟提供同步门信号，以避免使用外部MOSFET驱动器时产生交叉传导。
LT3782工作于6V至40V的宽输入范围，其中最高输出电压取决于外部元器件的选择。
其他功能则包括降低浪涌电流的软启动和保护MOSFET并改善系统可靠性的占空比箝位。
并采用耐热增强型28引线SSOP封装，额定工作温度为-40度至125度。
图4升压电路转换效率
2.4.2电源转换器的引脚和工作原理
LT3782采用耐热增强型28引脚SSOP封装。
其各引脚功能如表1所示：
表1LT3782的内部管脚
引脚号
引脚名称
引脚功能
1
SGATE2
相位补偿信号输出端2，需要外接缓冲器
2
SGATE1
相位补偿信号输出端1，需要外接缓冲器
3
NC
空脚
4
GND
接地端
5
SYNC
同步信号输入端
6
DELAY
延时控制端，通常用于死区时间控制
7
DCL
最大占空比控制端
8
SENSE1
第一路功率MOSFET过流检测正相信号输入端。
该脚电压高于60mＶ时，保护电路启动
9
第一路功率MOSFET过流检测反相信号输入端
10
SLOPE
PWM波形补偿电阻连接端
表1LT3782的内部管脚续
11
R
振荡电阻连接端
12
SENSE2
第二路功率MOSFET过流检测反相信号输入端。
13
第二路功率MOSFET过流检测正相信号输入端。
14
SS
软启动控制端，通常外接软启动电容
15
V
PWM
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