系統硬體架構

本章將會對本實驗之硬體系統架構與軟體設計進行分析，太陽能最大功率追蹤 器包含了太陽能電池模組、降壓-升壓直流轉換器以及單晶片微處理機，圖 4.1 為全 系統之硬體結構圖，相關的控制電路將由下節介紹並且分析，軟體設計與軟體流程 圖將於 4.2 節提出。

4.1.1 MOSFET 驅動電路

MOSFET(Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 近年來被完 善地利用於功率電子學設計方面，相對於其他開關元件，其切換速度快適合於高頻 操作場合使用，在使用上必須考慮到額定耐壓與耐流等相關規格。光電耦合器是近 幾年發展起來的一種半導體光電器件，由于它具有體積小、壽命長、抗干擾能力強、

工作溫度寬及無接觸點輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點，被廣泛地應用在電子 技術領域及工業自動控制領域中。

圖 4.1 主要電路架構圖

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圖 4.2 MOSFET 驅動電路

對於開關電路，往往要求控制電路和開關電路之間要有很好的電隔離，這對於一般 的電子開關來說是很難做到的，但採用光電耦合器就很容易實現了。本實驗所用驅 動電路為 TLP-250 光耦合隔離電路，使單晶片微控制器與主要電路之 MOSFET 加以隔 離，避免單晶片微控制器受到主要電路之高壓突波而損壞，亦可減少雜訊對單晶片 微處理器的影響[18]。TLP-250 提供了足夠的電壓來驅動 MOSFET 開關，使 MOSFET 可以正常的工作，其驅動電路圖如圖 4.2 所示。

4.1.2

類比/數位電路

本實驗所使用的類比/ 數位電路是以 ADC 0804 來設計，將太陽能電池的輸出電 壓信號和輸出電流信號由類比信號轉換為數位信號，並將信號傳入至 PIC18F4520 單晶片微處理器中進行運算。本晶片具有 8 位元解析能力，其類比數位轉換時間為 100 微秒，而最大誤差為一個 LSB 值(最小電壓刻度)[19]。圖 4.3 是本實驗所用之 ADC0804 線路圖。

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圖 4.3 類比/數位電路圖

太陽能電池的輸入電壓信號經由電阻分壓之後，傳輸至 ADC0804 晶片中進行轉 換在傳輸至微處理器中。太陽能電池的輸入電流信號藉由電流偵測器 HX-05P，將電 流數值經由電壓訊號傳輸至 ADC0804 進行轉換。HX-05P 是由 LEM 公司所生產的電流 偵測器，其具有極佳的測量精度以及線性度，亦具有很快的響應時間與不容易因為 電流過載而損壞的特性，是一個優秀的電流偵測器[20]。

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4.1.3

微處理器介紹

本實驗所使用的單晶片微處理器是由 Microchip 公司所生產的 PIC-18F 系列的 4520[21]，本處理器的架構是建立在改良式的精簡指令集(RISC)基礎上，提供使用 者很高的應用彈性。其所採用的哈佛(Harvard)匯流排硬體設計，程式與資料是在 不同的匯流排上傳輸，增加了整體性能表現並且可以避免運算處理時的瓶頸；而其 指令擷取方式採用兩段式的方式，使處理器在執行一個指令的同時可以先行擷取下 一個執行指令，得以節省時間提高運算速度。並且在電能管理方面擁有卓越的進 步，為了縮短電源啟動或者是系統重置時微控制器應用程式啟動執行時間，增加了 雙重速度的振盪器啟動模式，有效縮短開機時等待穩定時序脈波所需要的時間。圖 4.4 是 PIC18F4520 的 40PIN 腳位圖。圖 4.5 是 PIC18F4520 的硬體架構方塊示意 圖。

圖 4.4 PIC18F4520 腳位圖

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