太陽能充電控制器的設(shè)計方案

　　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，但往往因為充放電不合理，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)計一款結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)良的太陽能充電控制器。

　　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、延長蓄電池的使用壽命以及提高允電速度，本設(shè)計特別采用了UC3906芯片進(jìn)行充電控制。并且在設(shè)計中加入了Buck-Boost變換器，調(diào)節(jié)太陽能電池的輸出，提高了整個系統(tǒng)的效率。

　　2 UC3906的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　UC3906是美周TI公司專門針對鉛酸電池充電設(shè)計的。內(nèi)部的邏輯電路提供三種充電狀態(tài)，并對溫度進(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、電流檢測單元、帶溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖茧妷簡卧?，低電壓檢測單元等。數(shù)字電路主要包括兩個RS觸發(fā)器。該芯片內(nèi)含獨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)動器。驅(qū)動器提供的輸出電流達(dá)25 mA，可直接驅(qū)動外部串聯(lián)的調(diào)整管，從而調(diào)整充電器的輸出電壓和電流，電只三和電流檢測比較器檢測蓄電池的充電狀態(tài)，并控制狀態(tài)邏輯電路的輸入信號。

　　UC3906一個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，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，實現(xiàn)對工作環(huán)境溫度的準(zhǔn)確檢測，保證電池既充足電又不會嚴(yán)重過充電。除此之外，UC3906芯片還包括一個輸入欠壓檢測電路以對充電周期進(jìn)行初始化，并可驅(qū)動一個邏輯輸出。

　　3 電路設(shè)計

　　3.1 Buck-Boost變換電路的設(shè)計

　　Buck—Boost變換電路如圖3所示。為使晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，在其基極與發(fā)射極之間施加周期一定、高電平存在時間可調(diào)的驅(qū)動脈沖信號。在一個周期中晶體管導(dǎo)通時間T冊與周期Ts之比稱為占空比，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），也可以大于1（D》O.5時），所以Buck-Boost變換器也稱為升降壓變換器。其優(yōu)點是電路簡單，電壓變比可由零到無窮大變化，也就是說既可升壓又可降壓。因此，當(dāng)太陽能輸出電壓發(fā)生變化時，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

　　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)計出的UC3906的外圍電路如圖4。其中，輸入電壓Ui。=18 V，過充電壓Uoc=15 V，浮充電壓UF=14.5 V，過充轉(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，為了避免輸入電源中斷后，蓄電池通過分壓電阻R，、R2、R3放電，使R3通過電源指示晶體管（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)到過充電壓Uoc的95％（即14.25 V）時，電池轉(zhuǎn)入過充電狀態(tài)，充電電壓維持在過充電電壓，充電電流開始下降。當(dāng)充電電流降到過充電終止電流（Ioct）時，UC3906的腳10輸出高電平，比較器LM339輸出低電平，蓄電池自動轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。同時充足電指示發(fā)光管發(fā)光，指示蓄電池已充滿。

　　4 結(jié)語

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