太陽(yáng)能充電控制器的設(shè)計(jì)方案

　　目前，光伏發(fā)電裝置在邊遠(yuǎn)地區(qū)的通訊、交通、電力及農(nóng)牧區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，但往往因?yàn)槌浞烹姴缓侠?，造成控制器故障較多、蓄電池使用壽命短、維修麻煩，影響其正常使用，所以有必要設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良的太陽(yáng)能充電控制器。

　　1 光伏發(fā)電充電控制系統(tǒng)

　　光伏發(fā)電充電控制系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板、蓄電池和控制器組成，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。為了提高控制器的可靠性、延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命以及提高允電速度，本設(shè)計(jì)特別采用了UC3906芯片進(jìn)行充電控制。并且在設(shè)計(jì)中加入了Buck-Boost變換器，調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池的輸出，提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。

　　2 UC3906的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　UC3906是美周TI公司專(zhuān)門(mén)針對(duì)鉛酸電池充電設(shè)計(jì)的。內(nèi)部的邏輯電路提供三種充電狀態(tài)，并對(duì)溫度進(jìn)行了精確的跟蹤補(bǔ)償，可以發(fā)揮電池的最大容量，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

　　圖2為UC3906的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，其內(nèi)部為混合電路，既有模擬電路，又有數(shù)字電路。模擬電路包括限流單元、電流檢測(cè)單元、帶溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷簡(jiǎn)卧?strong>低電壓檢測(cè)單元等。數(shù)字電路主要包括兩個(gè)RS觸發(fā)器。該芯片內(nèi)含獨(dú)立的電壓控制回路和限流放大器，它可控制芯片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器提供的輸出電流達(dá)25 mA，可直接驅(qū)動(dòng)外部串聯(lián)的調(diào)整管，從而調(diào)整充電器的輸出電壓和電流，電只三和電流檢測(cè)比較器檢測(cè)蓄電池的充電狀態(tài)，并控制狀態(tài)邏輯電路的輸入信號(hào)。

　　UC3906一個(gè)非常重要的特性就是其內(nèi)部的精確基準(zhǔn)電壓隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律與鉛酸電池電壓的溫度特性完全一致。同時(shí)，該芯片只需1.7 mA的輸入電流就可以工作，因而可減小芯片的功耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作環(huán)境溫度的準(zhǔn)確檢測(cè)，保證電池既充足電又不會(huì)嚴(yán)重過(guò)充電。除此之外，UC3906芯片還包括一個(gè)輸入欠壓檢測(cè)電路以對(duì)充電周期進(jìn)行初始化，并可驅(qū)動(dòng)一個(gè)邏輯輸出。

　　3 電路設(shè)計(jì)

　　3.1 Buck-Boost變換電路的設(shè)計(jì)

　　Buck—Boost變換電路如圖3所示。為使晶體管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在其基極與發(fā)射極之間施加周期一定、高電平存在時(shí)間可調(diào)的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。在一個(gè)周期中晶體管導(dǎo)通時(shí)間T冊(cè)與周期Ts之比稱(chēng)為占空比，用D表示。

　　以連續(xù)導(dǎo)電模式為例分析其工作原理：在晶體管導(dǎo)通，二極管截止期間，電源電壓向電感輸入能量，靠濾波電容維持輸jJj電壓基本不變；

　　在晶體M=Uo／uin=D／（1一D） （1）

　　由此看出Buck-Boost變換器的穩(wěn)態(tài)電壓變比既可小于1（D《0.5時(shí)），也可以大于1（D》O.5時(shí)），所以Buck-Boost變換器也稱(chēng)為升降壓變換器。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，電壓變比可由零到無(wú)窮大變化，也就是說(shuō)既可升壓又可降壓。因此，當(dāng)太陽(yáng)能輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)Buck-Boost的占空比就可保證蓄電池輸入電壓的穩(wěn)定。

　　3.2 UC3906的外圍充電電路的設(shè)計(jì)

　　根據(jù)前面介紹的UC3906的工作原理，以12 V25 AH鉛酸蓄電池為例，設(shè)計(jì)出的UC3906的外圍電路如圖4。其中，輸入電壓Ui。=18 V，過(guò)充電壓Uoc=15 V，浮充電壓UF=14.5 V，過(guò)充轉(zhuǎn)換電壓U12=14.25 V，浮充轉(zhuǎn)換電壓U13=11.7 V，最大充電電流Imax=2.5 A，過(guò)充終止電流Ioc=0.25 A。

　　由于充電器始終接在蓄電池上，為防止蓄電池電流倒流入充電器，在串聯(lián)調(diào)整管與輸出端之間串入一只二極管。同時(shí)，為了避免輸入電源中斷后，蓄電池通過(guò)分壓電阻R，、R2、R3放電，使R3通過(guò)電源指示晶體管（腳7）接地。

　　18 V輸入電壓加入后，Q1導(dǎo)通，開(kāi)始恒流充電，充電電流為2.5 A，電池電壓逐漸升高。當(dāng)電池電壓達(dá)到過(guò)充電壓Uoc的95％（即14.25 V）時(shí)，電池轉(zhuǎn)入過(guò)充電狀態(tài)，充電電壓維持在過(guò)充電電壓，充電電流開(kāi)始下降。當(dāng)充電電流降到過(guò)充電終止電流（Ioct）時(shí)，UC3906的腳10輸出高電平，比較器LM339輸出低電平，蓄電池自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。同時(shí)充足電指示發(fā)光管發(fā)光，指示蓄電池已充滿(mǎn)。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)就是在傳統(tǒng)的控制器的基礎(chǔ)上加入了Buck—Boost變換器，并且使用了專(zhuān)門(mén)的充電控制芯片UC3906。整個(gè)充電器體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的充電管理和維護(hù)功能，有利于延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命和提高充電效率，具有非常高的使用價(jià)值和推廣價(jià)值。