中心議題：

• 太陽電池串聯均壓控製係統原理
• 太陽電池串聯均壓控製模型和試驗結果

解決方案：

• 采用雙向功率流動CUK變換器
• 采用傳統的電壓外環，電流內環的雙閉環控製方案
   

近jin年nian來lai，隨sui著zhe太tai陽yang電dian池chi的de生sheng產chan規gui模mo的de擴kuo大da
，太tai陽yang電dian池chi成cheng本ben不bu斷duan下xia降jiang，對dui太tai陽yang能neng的de利li用yong正zheng在zai向xiang深shen度du和he廣guang度du發fa展zhan。當dang今jin一yi種zhong清qing潔jie可ke再zai生sheng新xin型xing綠lv色se能neng源yuan——太陽能，以其相比傳統化石能源得天獨厚的優勢，正受到人們越來越多的關注。
　　
為適應不同負載所需的電壓等級，實際使用中以多塊太陽能電池chuanlian。weishixianxitonggaoxiaolvyunxing
，xuyaoyanjiuxitongzongshuchugonglvyugetaiyangnengdianchidianqicanshuzhijiandeguanxi。youguanziliaobiaoming，duokuaitaiyangnengdianchichuanlianxitongdeshuchugonglvyugetaiyangnengdianchiduandianyamiqiexiangguan：當各太陽能電池板端電壓相等時的的輸出功率較端電壓不相等時有很大提高。
　　
由you太tai陽yang能neng電dian池chi的de直zhi流liu模mo型xing可ke知zhi，太tai陽yang能neng電dian池chi是shi一yi個ge複fu雜za的de非fei線xian性xing係xi統tong，其qi特te性xing受shou自zi身shen工gong藝yi參can數shu，太tai陽yang電dian池chi溫wen度du，外wai界jie光guang照zhao條tiao件jian等deng諸zhu多duo因yin素su影ying響xiang。圖tu1是兩塊太陽能電池I—V曲線（Uoc是開路電壓
，Is是短路電流）。本文從兩塊太陽能電池串聯係統出發，探討係統的輸出功率在各太陽能電池端電壓的變化趨勢。


圖1太陽能電池特性曲線

雙向功率流動CUK變換器
　　
在DC--DC變(bian)換(huan)器(qi)中(zhong)，用(yong)具(ju)有(you)單(dan)向(xiang)導(dao)電(dian)性(xing)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)和(he)場(chang)效(xiao)應(ying)管(guan)做(zuo)開(kai)關(guan)，隻(zhi)能(neng)實(shi)現(xian)功(gong)率(lv)的(de)單(dan)方(fang)向(xiang)流(liu)動(dong)，而(er)實(shi)際(ji)各(ge)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)板(ban)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)差(cha)別(bie)正(zheng)負(fu)是(shi)隨(sui)機(ji)的(de)。需(xu)要(yao)一(yi)種(zhong)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)功(gong)率(lv)雙(shuang)方(fang)向(xiang)流(liu)動(dong)DC--DC變換器。
　　
功率雙向流動CUK變換器（圖2）與傳統的單向功率流動CUK變換器不同的是：在原來開關管Q1和二極管D1兩端分別反向並聯二極管D2和開關管Q2如圖3所示。這個電路具有對稱性，輸入輸出電流方向可正可負。右邊負載R換為下正上負電壓源Vs，左邊電壓源Vs換為負載R,則功率從右向左倒流[2]。


圖2　功率雙向流動CUK變換器
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工作原理

1主電路
　　
在上述雙向功率流動的CUK變換器的基礎上
，組成了雙太陽能電池串聯均壓係統的主電路,如圖3所示。其中：PANELA　PANELB分別為兩塊相串聯的太陽能電池板
，L1,L2為緊耦合電感
，C為能量交換電容
，G1G2為開關管，D1D2為快恢複二極管，R1R2為開關管漏極電流取樣電阻，R為負載電阻。


圖3　　係統主電路原理圖

2控製電路
　　
係統控製框圖如圖4所示。調節係統以美國德州儀器公司（TEXASINSTRUMENTS）的脈寬調製芯片TL494為核心，采用傳統的電壓外環
，電流內環的雙閉環控製方案。TL494是一種電壓型脈寬調製芯片，內置兩個誤差放大器。這裏使用其中一個做為電流內環。


圖4　控製框圖
　　
兩塊太陽能電池板端電壓Ua,Ub對地極性相反

，同時加到電壓環輸入端。經過電壓環比例積分環節和絕對值運算，送到TL494的誤差放大器反相輸入端（2腳），作為電流環的給定，同時電壓環比例積分調節器的輸出經放大後決定封鎖G1或G2。即作為極性開關
，采樣電流送至TL494的誤差放大器同相輸入端（1腳）。TL494的13腳上拉為高電平，設置為推挽輸出方式，調製脈衝輸出端8腳和11腳輸出脈衝頻率為振蕩器頻率1/2的PWM的方波
，經圖騰柱電路放大後
，推動開關管Q1和Q2。
　　
係統投入運行後，假設Ua>Ub，電壓環比例積分調節器的輸出高電平封鎖Q2的驅動電路，TL494的調製脈衝輸出端A(8腳)輸出PWM方波無效
，隻有Q1導通,功率從PANEL　A流向PANELB,Ua下降
，Ub上升，最終Ua＝Ub。反之，Ua<Ub，電壓環比例積分調節器的輸出高電平封鎖Q1的驅動電路
，TL494的調製脈衝輸出端B(11)腳輸出PWM方波無效，隻有Q2導通,功率從PANELB流向PANELA

，Ua上升
，Ub下降，最終亦Ua＝Ub。

實驗結果

實驗電路參數如下：
    控製係統投入前，Ua＝17.1v，Ub＝15.5v，I=75.1ma
，R=434歐姆。
　控製係統投入後
，Ua＝16.0v
，Ub＝16.1v，I=81.7ma。R=434歐姆
　　
實際測得負載電流比投入調節係統前增大約10%
，由P=I2*R，考慮控製係統自身少量開關損耗，可以認為整個係統輸出功率比投入調節係統前增大約20％，整個串聯太陽能電池係統效率明顯改善。

本文以功率可雙向流動的CUK變換器調節兩組串聯太陽能電池功率流動
，實現端電壓均衡，提高了輸出功率；證zheng明ming了le多duo塊kuai太tai陽yang能neng電dian池chi板ban串chuan聯lian係xi統tong的de輸shu出chu功gong率lv與yu各ge太tai陽yang能neng電dian池chi板ban端duan電dian壓ya密mi切qie相xiang關guan。在zai目mu前qian太tai陽yang能neng電dian池chi光guang電dian轉zhuan換huan效xiao率lv還hai比bi較jiao低di的de實shi際ji情qing況kuang下xia（平均轉換效率還不到18％），這一實驗結果對太陽能電池利用係統應該具有一定的實踐借鑒意義.