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[導讀]  目前,光伏發(fā)電裝置在邊遠地區(qū)的通訊、交通、電力及農牧區(qū)得到了廣泛應用,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

  目前,光伏發(fā)電裝置在邊遠地區(qū)的通訊、交通、電力及農牧區(qū)得到了廣泛應用,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,所以有必要設計一款結構簡單、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,本設計特別采用了UC3906芯片進行充電控制。并且在設計中加入了Buck-Boost變換器,調節(jié)太陽能電池的輸出,提高了整個系統(tǒng)的效率。

  

  2 UC3906的結構及工作原理

  UC3906是美周TI公司專門針對鉛酸電池充電設計的。內部的邏輯電路提供三種充電狀態(tài),并對溫度進行了精確的跟蹤補償,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的內部結構圖,其內部為混合電路,既有模擬電路,又有數字電路。模擬電路包括限流單元、電流檢測單元、帶溫度補償的參考電壓單元,低電壓檢測單元等。數字電路主要包括兩個RS觸發(fā)器。該芯片內含獨立的電壓控制回路和限流放大器,它可控制芯片內的驅動器。驅動器提供的輸出電流達25 mA,可直接驅動外部串聯的調整管,從而調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部的精確基準電壓隨環(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,實現對工作環(huán)境溫度的準確檢測,保證電池既充足電又不會嚴重過充電。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行初始化,并可驅動一個邏輯輸出。

  3 電路設計

  3.1 Buck-Boost變換電路的設計

  Buck—Boost變換電路如圖3所示。為使晶體管工作在開關狀態(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的驅動脈沖信號。在一個周期中晶體管導通時間T冊與周期Ts之比稱為占空比,用D表示。

  

  以連續(xù)導電模式為例分析其工作原理:在晶體管導通,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,當太陽能輸出電壓發(fā)生變化時,只要適當調節(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計

  根據前面介紹的UC3906的工作原理,以12 V25 AH鉛酸蓄電池為例,設計出的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,過充轉換電壓U12=14.25 V,浮充轉換電壓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,在串聯調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導通,開始恒流充電,充電電流為2.5 A,電池電壓逐漸升高。當電池電壓達到過充電壓Uoc的95%(即14.25 V)時,電池轉入過充電狀態(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 結語

  本設計最大的特點就是在傳統(tǒng)的控制器的基礎上加入了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,結構簡單,具有良好的充電管理和維護功能,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。

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