TI公司的UC3906芯片是專門針對鉛酸電池充電設(shè)計的，內(nèi)部的邏輯電路提供多種充電狀態(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。

　　利用18V/2W的太陽能電池板對12V/1Ah鉛酸電池進(jìn)行充電，輸入電壓Uin=18 V，過充電壓Uoc=15 V，浮充電壓UF=14.5 V，過充轉(zhuǎn)換電壓為14.25 V，浮充轉(zhuǎn)換電壓為11.7 V，最大充電電流Imax=0.5 A，過充終止電流50 mA。由于充電電路始終接在電池上，為了防止蓄電池電流倒流入太陽能電池板造成其損壞，在晶體管與輸出電路之間接入二極管1N4001，晶體管TIP42C本身則起到穩(wěn)壓降壓的作用。發(fā)射極接電池電壓12 V，集電極接太陽能電池板電壓18 V，在晶體管上形成了約6 V的壓差，因此晶體管的耗散功率要求大于500 mA×6 V=3 W。而UC39 06芯片的16腳則控制晶體管的基極電壓，根據(jù)反饋回路所提供的反饋信號控制晶體管截斷或?qū)ā３潆娍刂颇K電路如圖3所示。

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　　圖3，Buck-Boost電路圖

　　設(shè)定UC3906芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓在溫度為25℃時Uref=2.3 V，內(nèi)部分流值ID=50μA。則可確定R3=Uref/ID=47 kΩ，R1+R2=(UF-2.3V)/ID=90.7kΩ，R4=2.3V×90.7kΩ/(Uoc-UF)=348 kΩ。又設(shè)Rx=R3與R4的并聯(lián)阻值，則Ra=(R1+R2+Rx)(1-2.3V/UT)=68.1kΩ，Rb=22.6 kΩ(UT為涓流充電到大電流充電的臨界導(dǎo)通電壓，UT=13.95 V，微小電流It取150 mA)。限流電阻Rs=0.25 V/Imax=0.5Ω，Rt=(18 V-UT-2.5 V)/It=10 Ω。

　　鉛酸電池充電分為4個階段：涓流充電、大電流充電、過充電、浮動充電。剛開始充電時，UC3906芯片的11腳通過一個電阻RT輸出一個微小電流It=150 mA，此時晶體管基極電平使晶體管斷路，11腳的微小電流It對鉛酸電池進(jìn)行涓流充電，這樣可以避免在涓流充電階段鉛酸電池反接造成回路短路。

　　當(dāng)充電器輸出電壓上升至UT，或浮充電壓下降到11.7 V時，則進(jìn)入大電流充電狀態(tài)。大電流Imax由外部PNP晶體管導(dǎo)通輸出至電池，蓄電池主要的電量亦在此階段回充。在正常情況下，隨著電池充電，電池兩端的電壓逐漸升高，電壓經(jīng)R1、R2、R3分壓后加到電壓取樣比較器反向輸入端13腳。電壓達(dá)到0.95Uref時，電壓取樣比較器在14腳，15腳輸出低電平，由于內(nèi)部分流值電流的存在，15腳通過一個限流電阻Rd接地，14腳通過旁路電容C1=0.1μF接地。此時充電進(jìn)入過充電狀態(tài)，過充電指示端腳9輸出低電平。剛進(jìn)入過充電狀態(tài)時，太陽能充電輸出端繼續(xù)輸出最大電流，當(dāng)電池電壓升高到Uoc時，電壓放大器控制驅(qū)動級，充電器進(jìn)行恒壓充電，電壓穩(wěn)定在Uoc，此時UC3906的13腳電壓等于內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Uref。此后，電池接受的充電電流開始減小。

　　當(dāng)充電電流下降到過充電終止電流Ioct時，電流取樣比較器的輸出中斷。UC3906內(nèi)部的10μA提升電流使過充終止端(8腳)的電位升高進(jìn)入過充電狀態(tài)。當(dāng)干擾或其他原因使充電電流瞬時下降時，為避免充電器過早地轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)，在UC3906的第8腳與地之間接入1只電容器。當(dāng)8腳電壓上升到規(guī)定的門限值(1 V)后，充電狀態(tài)邏輯電路使充電器轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。此時，狀態(tài)電平輸出關(guān)斷，消除了R4對R1、R2和R3分壓器的旁路作用。電壓放大器控制驅(qū)動晶體管，使充電器輸出電壓保持在VF。

　　充電電壓由Uoc下降，并維持在UF，電池充電程序近乎完成時，充電進(jìn)入浮動充電狀態(tài)。當(dāng)電池接上負(fù)載而放電后，充電器將直接提供電源輸出，而電池電壓也勢必下降。當(dāng)電壓下降至0.9UF時，則充電模式重新設(shè)定回涓流充電階段，重新執(zhí)行新的充電循環(huán)程序。浮動充電程序?qū)τ谘娱L蓄電池的壽命是非常關(guān)鍵的，當(dāng)蓄電池充電完成后，若移除充電電壓，則蓄電池又會立即自行放電，因此必須對電池施加一個適當(dāng)電壓以及微小的電流以避免電池放電，浮動充電狀態(tài)又可稱為待機(jī)充電狀態(tài)(standbycharge)。

　　從整個充電過程來看，UC3906充電芯片利用其自身的邏輯電平控制將充電過程分為4個階段，既使得充電過程保持較高的效率，又對太陽能電池板和鉛酸電池起到了很好的保護(hù)作用。

　　3.2 最大功率跟蹤模塊

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能電池板在一定的條件下具有唯一的最大功率點，當(dāng)太陽能電池板工作在該點時能輸出當(dāng)前條件下的最大功率。但由于太陽能電池板的輸出特性受負(fù)載、光強(qiáng)、溫度等因素的影響，其輸出電壓和電流均在發(fā)生變化，從而使輸出功率不穩(wěn)定，即最大功率點時刻在變化，導(dǎo)致光伏系統(tǒng)效率降低。

　　因此，跟蹤太陽能電池板輸出的最大功率點是提高光伏系統(tǒng)效率的關(guān)鍵。當(dāng)太陽電池工作電壓小于最大功率點電壓Umax時，輸出功率隨太陽電池端電壓上升而增加;工作電壓大于最大功率點電壓Umax時，輸出功率隨太陽電池端電壓上升而減少。實現(xiàn)最大功率點跟蹤實質(zhì)上是一個自尋優(yōu)過程，即通過控制太陽電池端電壓，使電池能在各種不同外部環(huán)境下智能地輸出最大功率，不斷獲得最大功率輸出。

　　DC-DC變換器是一種通過控制電壓將不可控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏敵龅淖儞Q電路。對于線性電路來說，當(dāng)負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻時，電源有最大功率輸出。雖然太陽電池和DC-DC變換電路都是非線性的，但在極短的時間內(nèi)可認(rèn)為是線性電路。因此，只要調(diào)節(jié)DC-DC轉(zhuǎn)換電路的等效電阻使它始終等于太陽能電池板的內(nèi)阻，就可實現(xiàn)太陽電池的最大功率輸出，也就實現(xiàn)了太陽電池的最大功率點跟蹤。當(dāng)負(fù)載電阻等于太陽能電池板內(nèi)阻時，負(fù)載兩端的電壓恰好等于輸出電壓的一半，因此在實際應(yīng)用中，通常采用調(diào)節(jié)負(fù)載兩端的電壓來實現(xiàn)最大功率點跟蹤。光伏發(fā)電系統(tǒng)中將DC-DC變換器接入太陽能電池板的輸出回路，并通過嵌入式系統(tǒng)中的單片機(jī)對DC-DC變換器的輸入、輸出電壓進(jìn)行采樣計算，同時產(chǎn)生控制脈沖信號調(diào)節(jié)DC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開關(guān)管占空比來改變其負(fù)載大小，使得負(fù)載電壓為太陽能電池板輸出電壓的1/2來實現(xiàn)最大功率點跟蹤。由于采用升降壓式(Buck-Boost)DC-DC轉(zhuǎn)換電路，這種最大功率功率跟蹤電路又稱為Buck-Boost電路，如圖4所示。

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　　圖4，雙電源切換電路

　　為使晶體管T工作在開關(guān)狀態(tài)，通過單片機(jī)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)動控制信號。在一個周期中晶體管導(dǎo)通時間與周期之比稱為占空比，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電路的占空比就可保證太陽能電池板輸入鉛酸電池的電壓穩(wěn)定。