2024年5月27日发(作者：申屠苑博)
基于ＵＣ３９０６与单片机结合的光伏发电小系统设计
杨艳玲 ，苏珊
（１．柳州职业技术学院，广西柳州 ５４５００５；２．广西科技大学电气与信息学院，广西柳州 ５４５００６）
摘要：论文系统设计了包括太阳能电池板、充放电控制器控制蓄电池充放电、液晶显示电路、铅酸电池、逆变模块、直流电流逆
变为交流电、负载供电的太阳能光伏发电小型系统。经性能指标测试，过压、过放、反接、短路等各种电路保护功能完好，能在液
晶显示器上实时显示蓄电池的电压和放电电流值，逆变控制电路输出的正弦波交流电波形畸变小，电压、频率稳定。
关键词：太阳能电池；充放电控制；逆变器；蓄电池
Ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＶ ＵＣ３９０６ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ
ｃｈｉｐ ｄｅｓｉｇｎｅｓｉ
Ｙａｎｇ Ｙａｎｌ ｉｎｇ ，Ｓｕ Ｓｈａｎ
（１．Ｌｉｕｚｈｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｉｕｚｈｏｕ ５４００５：２．Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉｕｚｈｏｕ，５４００６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｍａｌ１ ｓｏｌａｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｏｌａｒ ｐａｎｅｌｓ，ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｌｅａｄ—ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ
ｃｉｒｃｕｉｔ，ｌｏａｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｔｏ ＤＣ ｅｎｅｒｇｙ，ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｂｙ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｔｅｓｔ，ｉｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍｅｔ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｎｅｅｄｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｏｖｅｒ—ｖｏｌｔａｇｅ，ｏｖｅｒ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ｒｅｖｅｒｓｅ ｐｏｌａｒｉｔｙ，ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖａｌｕｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＬＣＤ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ．ＡＣ ｗａｖｅ ｓｈａｐｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ｓｉｎｅ ｗａｖｅ ｗａｓ ｓｍａｌ１．Ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｔａｂｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ：ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
Ｏ 引言
能源是经济、社会发展和改善人民生活的重要物质基础，我国
自九十年代以来，能源供应和需求之间的矛盾日益增加，从确保
太阳能电池交流发电系统由单晶硅太阳能电池、充放电控制
器、蓄电池、逆变器和负载组成，太阳能电池通过光电效应或者光
化学效应将光能量转换成直流电能。在这个过程中直流电能在充
放电控制器的控制下对蓄电池的进行充放电，充放电控制器中的
长期能源供应，或从环保的角度出发，发展无污染、取之不尽的
新能源，已经势在必行。太阳能是资源丰富的可再生能源，具有
单片机对电池电压、输出电流进行测量，送给液晶ＬＣＤ１６０２显示，
并且控制着蓄电池的过放，过流保护以及过放、过流恢复。从蓄
电池出来的直流电流通过逆变器和工频变压器得到２２０Ｖ±ｌＯＶ、
独特的优势和开发利用的巨大潜力。太阳能光伏发电因具有清洁
性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点，成为太阳能利用中的
一
个重要技术，并逐步显示出其无比广阔的发展空间和应用前景。
５０±５ｔｔＺ的交流电，为负载供电［２］。太阳能光伏发电系统总体框
图如图１所示。
太阳能光伏发电已成为国内外学术界研究和工业界应用的热点
［１］。小型的太阳能光伏发电系统在农村太阳能利用具有巨大的应
用背景，基于这个理念，本论文针对基于ＵＣ３９０６与单片机结合的
光伏发电小系统进行设计，为太阳能发电的利用提供思路。
１ 太阳能光伏发电系统整体方案
图１系统总体框图
２０１３．２１。
２主要模块设计
２．１充放电控制器
充放电控制器采用专用蓄电池充电控制芯片ＵＣ３９０６与
中关键参数是浮充电压、过充电压 ｏ、过放电压、充放电电流。
常温下 ｒ为２．３Ｖ［６３，通常取浮充电压 ，＝１４．５Ｖ，过充电压
０ ＝Ｉ５Ｖ，因太阳能电池最大输出电流为０．６４Ａ，设定最大充电
为１ Ａ左右，过放电压为１０．８Ｖ，过放恢复电压为１２Ｖ，
单片机相结合，单片机选用ＳＴＣ１２Ｃ５４１０，利用内置的模数转换
电流
过流电流为６Ａ，。
器对电池电压和输出电流进行监测，当出现过放、过流现象时，
参数计算：
ＳＴＣ１２Ｃ５４１０ＡＤ控制输出继电器关闭，从而保护蓄电池，当电池电压
和输出电流恢复正常时，才重新启动输出继电器［３］［４］。完整的
＝ ＿ｅ，木［１＋（ Ｐ２＋Ｒｊ）／尺６＋（尺Ｐ２＋尺，）／Ｒ 】
充放电控制器电路原理图如图２所示。电路图中的Ｄ６可以防止太
＝
ｌ＋（ ２＋ＲＩ）／Ｒ６】
阳能电池板反接，Ｄｌ是蓄电池电流反向流入ＵＣ３９０６充电电路，降
：
一
Ｏ． Ｖ／Ｒ５
低损耗。指示灯Ｄ１７是蓄电池反接提示，保险丝Ｆ２作用于蓄电池
Ｉ口＝０．０２５Ｖ／Ｒ‘
短路保护。
经计算后取 ＝２０Ｋ，Ｒ五＝２０Ｋ，Ｒ曩＝３８４Ｋ，Ｒ‘＝Ｏ．２２欧，
电路的工作原理：刚开始充电时，电池电压较低，太阳能电池
ＲＰ２＝１ｏ０Ｋ（可调电阻），最大充电电流 一＝１．１３ Ａ，过充电终止
板受足够的光照时，输入指示灯亮，开始以大电流』 ａｘ充电，充电
电流 ｏ＝ｌｌ３ｍＡ。
最大电流由充电电流采样电阻 ‘决定，随着充电的进行，电池电
压慢慢上升，当电池电压达到过充电电压 ０的９５％时，充电电
２．３逆变器
压维持在过充电电压，充电电流下降。当充电电流达到过充电终止
逆变器由集成正弦波脉宽调制波ｓＰｉｙＭ逆变芯片ＥＧ８０１０、
ＩＲ２１１０驱动电路、全桥逆变电路、工频变压器构成［７］［８］。
电流 时，电压比较器ｌｍ３９３输出低电平，充满指示灯亮，蓄电
池输入浮充状态［５］。
集成ＳＰＷＭ逆变芯片ＥＧ８０１０的外围接口进行连接使用短路
２．２蓄电池的参数计算
帽，设置各种参数，正弦波输出频率为５０ＨＺ，采用单极性调制方式，
蓄电池采用１２Ｖ／９ＡＨ的免维护铅酸蓄电池，在软件程序设计
ＶＣＣ
图２ 充放电控制器电路
２ｏ１３。２ｌ
输出的四路驱动信号中，ＳＰＷＭ芯片ＯＵＴ３、ＯＵＴ４作ＳＰＷＭ调制波输
出，ＯＵＴ１、ＯＵＴ２作基波输出，死区时间为３００ｎｓ，软启动响应时间
为３秒，输出电压反馈通过分压电阻采样输出交流电压，送给引脚
∞０ 播 挝 Ｈ蝤
１３（Ｖｆｂ），与内部的３Ｖ基准电压对比，调节输出交流电压大小，过
卜
流保护则由采样电阻Ｒ３４控制ＥＧ８０１０输出实现保护。全桥逆变电
路中选用的开关管型号为ＩＲＦ３２０５，内阻仅为１３毫欧，降低了开关
５一； 鹋 冀 赋
管自身损耗，耐压值为５５Ｖ，电流达１ ＩＯＡ。工频变压器在电路中有
一
一 孔狮黔 ；｝；
两个作用，一是升压变压器，二是输出滤波电感Ｌ，并且输出滤波电
容Ｃ，构成ＬＣ滤波电路［１］，Ｌ为１～４ｍｔｔ，Ｃ为２ｕＦ左右。完整的
逆变器电路图如图３所示。
３软件设计
利用ＳＴＣ１２Ｃ５４１０内置的两路１Ｏ位模数转换器分别检测蓄电
池实时电压和充放电控制器放电电流，一方面根据检测结果实施
各种保护、提示操作，另一方面实时显示蓄电池实时电压和放电电
流。系统程序框图如图４所示。
图４系统程序框图
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图３ 逆变器电路图
睡
。
４测量及结果分析
４．１ 充放电控制器参数
对充放电控制器进行测量，在光照强度越强的情况下，太阳能
电池输出功率越高。系统的充电效率较高，达８０％以上，见表１。各
本文系统设计了系统设计太阳能光伏发电小型系统。经测试
表明，该系统具有过压、过放、反接、短路等多种保护功能，并能实
时显示蓄电池的电压、放电电流值，逆变输出的正弦波交流电波形
畸变小，电压、频率稳定，逆变效率接近５０％。充放电控制器具备对
蓄电池的过充、过放保护及恢复功能，充放电各状态对应的指示功
能或者报警提示，充放电控制器各种功能均正常。
参数的误差都很小，但最大充电电流的偏差很大，偏差来源主要来
自采样电阻的误差，因为它是普通的碳膜电阻，误差范围大，阻值
受温度影响很大。不充放电状态下，充放电控制器的静态损耗主要
来源于单片机上。
表１充放电控制器的数据测量
太阳 太阳 太阳 太阳 太阳能
测试 光照 能电 能电 能电 能电 电池输 充电 充电 充电 充电
时间 强度 池开 池短 池输 池输 出功率 电压 电流 功率Ｗ 效率％
路电 路电 出电 出电 Ｖ Ａ
压ｖ 流Ａ 压Ｖ 流Ａ
９点 弱 ２Ｏ
．
５ Ｏ．３ｌ １３．１ ０．２６ ３．３８ ｌ２，１ Ｏ ２５ ３．０３ ８９ ６
ｌ５点 强 ２０
０ ０．５６ １３．４ ０ ５３ ７．１Ｏ １２．４ Ｏ．５３ ６．５７ ９２．５
ｌ
表２充放电控制器参数
测量次数 过充电 浮充电 最丈充电 过放电 过放恢复 过流电 不充电，放电
压ｖ 压Ｖ 电流Ａ 雎ｖ 电压ｖ 流Ａ 时静态损耗ｗ
ｌ ｌ５ １ ｌ３．９ ０．ｇ５ ｌＯ．９ ｌ２．７ ５ ９ ０．６０
２ ｌ４ ９ １３．８ ０ ９６ １０．８ １２．６ ６．Ｏ ０．６１
理论值 １５ ０ ｌ３．８ Ｌｌ４ １０．８ １２．０ ６，Ｏ
误差％ ±０ ６６ ±０．７２ １６ ０ ９３ ５ ８ １．６
４．２检测逆变器参数与功能
表３不同负载条件下逆变器的各种参数
负裁状况 输出频 输出电 输出电 输出功 输入电 输入电 输入功 转换效
率Ｉ１ 压ｖ 流Ａ 率ｖ 压Ｖ 流Ａ 塞Ｗ 辈％
空载 ５０．０ ２２９ ０ ０ ｌ２．５ 】。０ ｌ２．５Ｏ
５ 节能灯 ４９．９ ２２３ Ｏ．Ｏ２ ４．４６ １２．１ １．５ １８．１５ ２４．６
５ｗ自炽灯 ５０．０ ２ｌ１ ０．０４ ８．４４ ｌ】８ ２．Ｏ ２３．６ ３５ ８
５１ｇ节能灯
与５ 白炽 ５０．０ ２０５ Ｏ．Ｏ６ ｌ２．３ ｌ１ ２ ２．５ ２８ ４３．９
灯并联
由表３中的数据可总结以下结果：（１）逆变器的输出波形为
纯正弦波，不同负载下波形稳定，没有发生畸变，频率稳定度高，变
化量为０．１ＨＺ，高于５０±５ＨＺ，但电压下降幅度偏大；（２）随着负载
量的加大，逆变转换效率增高，频率稳定，波形畸变小，但是输出电
压下降幅度过大。
５结论
参考文献
［１］杨金焕，于化丛，葛亮．太阳能光伏发电应用技术［Ｍ］．北
京：电子工业出版社，２００９．
［２］曾叶凡，刘志锋，张爱平．独立光伏发电系统的研究和设
计［Ｊ］．制造业自动化，２００８，３０（４）：７２—７５
［３］赵志强，穆桂霞，赵双喜，张雄．新型太阳能逆变控制器
研制［Ｊ］．电力自动化设备，２００６（８）：９２—９４
［４］Ｌｉ Ｔｉａｎｚｅ：Ｌｕ Ｈｅｎｇｗｅｉ：Ｊｉａｎｇ Ｃｈｕａｎ：Ｈｏｕ Ｌｕａｎ：Ｚｈａｎｇ
Ｘｉａ Ａｐｐｌ ｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ
ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］：Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ：Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｅｒｉｅｓ
：２０１１，２７６（１）
［５］Ｆ．Ｓｔｅｆｆｅｎｓ．Ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ：ｂａｔｔｅｒｙ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ １９９１，（．３５）１
：１—２０
［６］李兵．基于ＵＣ３９０６的免维护铅酸蓄电池智能充电器的设计
［Ｄ］．安徽：安徽农业大学，２００５．
［７］Ｃｈｉｈｃｈｉａｎｇ Ｈｕａ：Ｊｏｎｇｒｏｎｇ Ｌｉｎ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ
ＤＳＰ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉＣ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｐｅａｋ
ｐｏｗｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ．１９９８，４５（Ｉ）：９９—１０７
［８］张艳红，张崇巍，吕绍勤，张兴，林闽．新型太阳能控制
器的研制［Ｊ］．节能，２００６（２）：３０－３２
作者简介
杨艳玲（１９７３一），女，汉族，广西荔浦人，广 柳州职业技术学
院讲师，硕士，主要从事太阳能技术应用及电气自动化技术教学与
研究。
苏珊（１９７９一），女，广西柳州人，广西科技大学电气与信息工
程学院讲师，硕士，主要从事应用电子技术及自动控制系统设计
教学与研究
2024年5月27日发(作者：申屠苑博)
基于ＵＣ３９０６与单片机结合的光伏发电小系统设计
杨艳玲 ，苏珊
（１．柳州职业技术学院，广西柳州 ５４５００５；２．广西科技大学电气与信息学院，广西柳州 ５４５００６）
摘要：论文系统设计了包括太阳能电池板、充放电控制器控制蓄电池充放电、液晶显示电路、铅酸电池、逆变模块、直流电流逆
变为交流电、负载供电的太阳能光伏发电小型系统。经性能指标测试，过压、过放、反接、短路等各种电路保护功能完好，能在液
晶显示器上实时显示蓄电池的电压和放电电流值，逆变控制电路输出的正弦波交流电波形畸变小，电压、频率稳定。
关键词：太阳能电池；充放电控制；逆变器；蓄电池
Ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＶ ＵＣ３９０６ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ
ｃｈｉｐ ｄｅｓｉｇｎｅｓｉ
Ｙａｎｇ Ｙａｎｌ ｉｎｇ ，Ｓｕ Ｓｈａｎ
（１．Ｌｉｕｚｈｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｉｕｚｈｏｕ ５４００５：２．Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉｕｚｈｏｕ，５４００６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｍａｌ１ ｓｏｌａｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｏｌａｒ ｐａｎｅｌｓ，ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｌｅａｄ—ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ
ｃｉｒｃｕｉｔ，ｌｏａｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｔｏ ＤＣ ｅｎｅｒｇｙ，ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ｂｙ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｔｅｓｔ，ｉｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍｅｔ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｎｅｅｄｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｏｖｅｒ—ｖｏｌｔａｇｅ，ｏｖｅｒ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ｒｅｖｅｒｓｅ ｐｏｌａｒｉｔｙ，ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｖａｌｕｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＬＣＤ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ．ＡＣ ｗａｖｅ ｓｈａｐｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ｓｉｎｅ ｗａｖｅ ｗａｓ ｓｍａｌ１．Ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｔａｂｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ：ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
Ｏ 引言
能源是经济、社会发展和改善人民生活的重要物质基础，我国
自九十年代以来，能源供应和需求之间的矛盾日益增加，从确保
太阳能电池交流发电系统由单晶硅太阳能电池、充放电控制
器、蓄电池、逆变器和负载组成，太阳能电池通过光电效应或者光
化学效应将光能量转换成直流电能。在这个过程中直流电能在充
放电控制器的控制下对蓄电池的进行充放电，充放电控制器中的
长期能源供应，或从环保的角度出发，发展无污染、取之不尽的
新能源，已经势在必行。太阳能是资源丰富的可再生能源，具有
单片机对电池电压、输出电流进行测量，送给液晶ＬＣＤ１６０２显示，
并且控制着蓄电池的过放，过流保护以及过放、过流恢复。从蓄
电池出来的直流电流通过逆变器和工频变压器得到２２０Ｖ±ｌＯＶ、
独特的优势和开发利用的巨大潜力。太阳能光伏发电因具有清洁
性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点，成为太阳能利用中的
一
个重要技术，并逐步显示出其无比广阔的发展空间和应用前景。
５０±５ｔｔＺ的交流电，为负载供电［２］。太阳能光伏发电系统总体框
图如图１所示。
太阳能光伏发电已成为国内外学术界研究和工业界应用的热点
［１］。小型的太阳能光伏发电系统在农村太阳能利用具有巨大的应
用背景，基于这个理念，本论文针对基于ＵＣ３９０６与单片机结合的
光伏发电小系统进行设计，为太阳能发电的利用提供思路。
１ 太阳能光伏发电系统整体方案
图１系统总体框图
２０１３．２１。
２主要模块设计
２．１充放电控制器
充放电控制器采用专用蓄电池充电控制芯片ＵＣ３９０６与
中关键参数是浮充电压、过充电压 ｏ、过放电压、充放电电流。
常温下 ｒ为２．３Ｖ［６３，通常取浮充电压 ，＝１４．５Ｖ，过充电压
０ ＝Ｉ５Ｖ，因太阳能电池最大输出电流为０．６４Ａ，设定最大充电
为１ Ａ左右，过放电压为１０．８Ｖ，过放恢复电压为１２Ｖ，
单片机相结合，单片机选用ＳＴＣ１２Ｃ５４１０，利用内置的模数转换
电流
过流电流为６Ａ，。
器对电池电压和输出电流进行监测，当出现过放、过流现象时，
参数计算：
ＳＴＣ１２Ｃ５４１０ＡＤ控制输出继电器关闭，从而保护蓄电池，当电池电压
和输出电流恢复正常时，才重新启动输出继电器［３］［４］。完整的
＝ ＿ｅ，木［１＋（ Ｐ２＋Ｒｊ）／尺６＋（尺Ｐ２＋尺，）／Ｒ 】
充放电控制器电路原理图如图２所示。电路图中的Ｄ６可以防止太
＝
ｌ＋（ ２＋ＲＩ）／Ｒ６】
阳能电池板反接，Ｄｌ是蓄电池电流反向流入ＵＣ３９０６充电电路，降
：
一
Ｏ． Ｖ／Ｒ５
低损耗。指示灯Ｄ１７是蓄电池反接提示，保险丝Ｆ２作用于蓄电池
Ｉ口＝０．０２５Ｖ／Ｒ‘
短路保护。
经计算后取 ＝２０Ｋ，Ｒ五＝２０Ｋ，Ｒ曩＝３８４Ｋ，Ｒ‘＝Ｏ．２２欧，
电路的工作原理：刚开始充电时，电池电压较低，太阳能电池
ＲＰ２＝１ｏ０Ｋ（可调电阻），最大充电电流 一＝１．１３ Ａ，过充电终止
板受足够的光照时，输入指示灯亮，开始以大电流』 ａｘ充电，充电
电流 ｏ＝ｌｌ３ｍＡ。
最大电流由充电电流采样电阻 ‘决定，随着充电的进行，电池电
压慢慢上升，当电池电压达到过充电电压 ０的９５％时，充电电
２．３逆变器
压维持在过充电电压，充电电流下降。当充电电流达到过充电终止
逆变器由集成正弦波脉宽调制波ｓＰｉｙＭ逆变芯片ＥＧ８０１０、
ＩＲ２１１０驱动电路、全桥逆变电路、工频变压器构成［７］［８］。
电流 时，电压比较器ｌｍ３９３输出低电平，充满指示灯亮，蓄电
池输入浮充状态［５］。
集成ＳＰＷＭ逆变芯片ＥＧ８０１０的外围接口进行连接使用短路
２．２蓄电池的参数计算
帽，设置各种参数，正弦波输出频率为５０ＨＺ，采用单极性调制方式，
蓄电池采用１２Ｖ／９ＡＨ的免维护铅酸蓄电池，在软件程序设计
ＶＣＣ
图２ 充放电控制器电路
２ｏ１３。２ｌ
输出的四路驱动信号中，ＳＰＷＭ芯片ＯＵＴ３、ＯＵＴ４作ＳＰＷＭ调制波输
出，ＯＵＴ１、ＯＵＴ２作基波输出，死区时间为３００ｎｓ，软启动响应时间
为３秒，输出电压反馈通过分压电阻采样输出交流电压，送给引脚
∞０ 播 挝 Ｈ蝤
１３（Ｖｆｂ），与内部的３Ｖ基准电压对比，调节输出交流电压大小，过
卜
流保护则由采样电阻Ｒ３４控制ＥＧ８０１０输出实现保护。全桥逆变电
路中选用的开关管型号为ＩＲＦ３２０５，内阻仅为１３毫欧，降低了开关
５一； 鹋 冀 赋
管自身损耗，耐压值为５５Ｖ，电流达１ ＩＯＡ。工频变压器在电路中有
一
一 孔狮黔 ；｝；
两个作用，一是升压变压器，二是输出滤波电感Ｌ，并且输出滤波电
容Ｃ，构成ＬＣ滤波电路［１］，Ｌ为１～４ｍｔｔ，Ｃ为２ｕＦ左右。完整的
逆变器电路图如图３所示。
３软件设计
利用ＳＴＣ１２Ｃ５４１０内置的两路１Ｏ位模数转换器分别检测蓄电
池实时电压和充放电控制器放电电流，一方面根据检测结果实施
各种保护、提示操作，另一方面实时显示蓄电池实时电压和放电电
流。系统程序框图如图４所示。
图４系统程序框图
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图３ 逆变器电路图
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４测量及结果分析
４．１ 充放电控制器参数
对充放电控制器进行测量，在光照强度越强的情况下，太阳能
电池输出功率越高。系统的充电效率较高，达８０％以上，见表１。各
本文系统设计了系统设计太阳能光伏发电小型系统。经测试
表明，该系统具有过压、过放、反接、短路等多种保护功能，并能实
时显示蓄电池的电压、放电电流值，逆变输出的正弦波交流电波形
畸变小，电压、频率稳定，逆变效率接近５０％。充放电控制器具备对
蓄电池的过充、过放保护及恢复功能，充放电各状态对应的指示功
能或者报警提示，充放电控制器各种功能均正常。
参数的误差都很小，但最大充电电流的偏差很大，偏差来源主要来
自采样电阻的误差，因为它是普通的碳膜电阻，误差范围大，阻值
受温度影响很大。不充放电状态下，充放电控制器的静态损耗主要
来源于单片机上。
表１充放电控制器的数据测量
太阳 太阳 太阳 太阳 太阳能
测试 光照 能电 能电 能电 能电 电池输 充电 充电 充电 充电
时间 强度 池开 池短 池输 池输 出功率 电压 电流 功率Ｗ 效率％
路电 路电 出电 出电 Ｖ Ａ
压ｖ 流Ａ 压Ｖ 流Ａ
９点 弱 ２Ｏ
．
５ Ｏ．３ｌ １３．１ ０．２６ ３．３８ ｌ２，１ Ｏ ２５ ３．０３ ８９ ６
ｌ５点 强 ２０
０ ０．５６ １３．４ ０ ５３ ７．１Ｏ １２．４ Ｏ．５３ ６．５７ ９２．５
ｌ
表２充放电控制器参数
测量次数 过充电 浮充电 最丈充电 过放电 过放恢复 过流电 不充电，放电
压ｖ 压Ｖ 电流Ａ 雎ｖ 电压ｖ 流Ａ 时静态损耗ｗ
ｌ ｌ５ １ ｌ３．９ ０．ｇ５ ｌＯ．９ ｌ２．７ ５ ９ ０．６０
２ ｌ４ ９ １３．８ ０ ９６ １０．８ １２．６ ６．Ｏ ０．６１
理论值 １５ ０ ｌ３．８ Ｌｌ４ １０．８ １２．０ ６，Ｏ
误差％ ±０ ６６ ±０．７２ １６ ０ ９３ ５ ８ １．６
４．２检测逆变器参数与功能
表３不同负载条件下逆变器的各种参数
负裁状况 输出频 输出电 输出电 输出功 输入电 输入电 输入功 转换效
率Ｉ１ 压ｖ 流Ａ 率ｖ 压Ｖ 流Ａ 塞Ｗ 辈％
空载 ５０．０ ２２９ ０ ０ ｌ２．５ 】。０ ｌ２．５Ｏ
５ 节能灯 ４９．９ ２２３ Ｏ．Ｏ２ ４．４６ １２．１ １．５ １８．１５ ２４．６
５ｗ自炽灯 ５０．０ ２ｌ１ ０．０４ ８．４４ ｌ】８ ２．Ｏ ２３．６ ３５ ８
５１ｇ节能灯
与５ 白炽 ５０．０ ２０５ Ｏ．Ｏ６ ｌ２．３ ｌ１ ２ ２．５ ２８ ４３．９
灯并联
由表３中的数据可总结以下结果：（１）逆变器的输出波形为
纯正弦波，不同负载下波形稳定，没有发生畸变，频率稳定度高，变
化量为０．１ＨＺ，高于５０±５ＨＺ，但电压下降幅度偏大；（２）随着负载
量的加大，逆变转换效率增高，频率稳定，波形畸变小，但是输出电
压下降幅度过大。
５结论
参考文献
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［２］曾叶凡，刘志锋，张爱平．独立光伏发电系统的研究和设
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［８］张艳红，张崇巍，吕绍勤，张兴，林闽．新型太阳能控制
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作者简介
杨艳玲（１９７３一），女，汉族，广西荔浦人，广 柳州职业技术学
院讲师，硕士，主要从事太阳能技术应用及电气自动化技术教学与
研究。
苏珊（１９７９一），女，广西柳州人，广西科技大学电气与信息工
程学院讲师，硕士，主要从事应用电子技术及自动控制系统设计
教学与研究