一种基于STC单片机太阳能光伏控制器设计探析摘要：太阳能光伏控制器是光伏发电系统自动进行能量管理的核心，其性能的好坏直接影响着整个系统的可靠性和工作效率。本文设计的光伏控制器方案结构简单、控制准确，釆用三阶段PWM充电控制方式，转换效率高，适用于在小功率光伏发电系统中推广应用。关键词：太阳能；控制器；单片机；蓄电池中图分类号：TM92文献标识码：A随着世界经济的快速发展，引发了人们对资源枯竭、环境污染等一系列问题的担忧，节能减排、保护环境、发展低碳经济已成为人们的共识。太阳能是最具发展潜力的清洁能源，具有取之不尽、用之不竭、可再生、使用中零碳排放的特点。中小型独立光伏发电系统一般由太阳能电池组件、蓄电池、光伏控制器、负载及电力电子变换电路组成。其中光伏控制器是系统自动运行的核心，其性能直接影响光伏发电系统的可靠性、工作效率和使用寿命，特别是影响蓄电池组的使用寿命，蓄电池的过充电或过放电都将缩短蓄电池的使用寿命，给用户造成经济损失，因此本文将对影响蓄电池使用寿命的关键部件一一太阳能光伏控制器的设计进行重点讨论和分析。1系统总体设计光伏系统主要由太阳能电池组件、蓄电池、控制电路和负载构成。如图1所示。太阳能光伏控制器应具有的主要功能如下：（1）防止蓄电池过充：当蓄电池电压上升到蓄电池充满电压时，进行充满控制，自动切换为浮充充电模式，否则蓄电池将过充电，从而影响蓄电池寿命。（2）防止蓄电池过放：当蓄电池电压下降到过放电电压时，进行过放电控制，自动将负载切离，否则蓄电池将过放电，从而影响蓄电池寿命。（3）蓄电池短路或反接保护：当蓄电池短路或反接时,控制器熔断器能快速熔断，不造成器件损坏。（4）防反充：当太阳能电池方阵不向蓄电池充电时，阻断蓄电池电流倒流向太阳能电池方阵。（5）负载短路过载保护：当控制器向负载输出电流大于设定值时，控制器能切断负载。防止过载造成损坏。（6）温度补偿：在不同的工作环境温度下，对蓄电池设置与工作温度对应的合理的充放电终止电压。本设计充电方式采用PWM脉宽调制型三阶段充电，可以随着蓄电池的充满，电流逐渐减小，符合蓄电池对于充电过程的要求，能够有效地消除极化，有利于完全恢复蓄电池的电量。2太阳能控制器硬件电路的设计2.1主电路本设计使用的太阳能电池板工作电压为18V,功率60W,采用免维护铅酸蓄电池，额定电压12V,容量20AHo太阳能电池是一种直流源，本设计采用DC/DC变换电路，使太阳能电池输出的直流电变换成蓄电池充电所需的按特定规律变换的直流电。类型为BUCK变换电路。如图1所示。DC/DC变换电路由二极管D1、电感L1、电容C1组成。2.2控制单片机在本设计中，控制单片机采用宏晶科技生产的STC12C5A60S2单时钟/机器周期单片机，该单片机具有高速、低功耗、超强抗干扰的特点，指令代码完全兼容8051,内部集成MAX810专用复位电路，具有2路8位PWM,8路10位高速A/D转换(25万次/秒)，工作电压3.5V-5.5V,工作频率范围0-35MHZ,60KB系统编程的Flash内存，1280字节的片内RAM,可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口，硬件实现的ISP/IPA在线系统可编程/在线应用可编程，可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序。2.3M0SFET驱动电路在太阳能电池对蓄电池充电电路中及蓄电池对负载放电电路中采用功率场效应晶体管作为开关管来控制接通与断开。本设计电路功率较小，所以两个开关管采用N沟道MOSFET管，考虑电路电压及电流情况，选择A03404型号。连接太阳能电池与蓄电池的MOSFET的驱动电路采用高速MOSFET驱动器MCP1402,可提供500mA的峰值电流。这些器件还具有低直通电流、匹配的上升/下降时间和传输时延特性，使得它们成为高开关频率应用的理想选择。可由4.5V至18V的单电源供电。如图2所示。MCP1402输入口接单片机Pl.3PWM信号输出口，输出通过限流电阻Rg接MOSFET栅极。连接蓄电池与负载的MOSFET采用三极管驱动。2.4电压、电流检测电路检测电路包括对光伏电池电压、蓄电池端电压、蓄电池充电电流、负载电流的检测。对光伏电池电压、蓄电池电压采用电阻分压式采样电路，然后接到单片机的A/D端。对电流检测采用电流传感器ACS712来测量，该器件内...