【正文】 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文外文翻譯 光伏系統(tǒng)中蓄電池的充電保護(hù) IC 電路設(shè)計(jì) 太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的能源越來越受到重視。太陽能發(fā)電已經(jīng)在很多國家和地區(qū)開始普及，太陽能照明也已經(jīng)在我國很多城市開始投入使用。作為太陽能照明的一個(gè)關(guān)鍵部分，蓄電池的充電以及保護(hù)顯得尤為重要。由于密封免維護(hù)鉛酸蓄電池具有密封好、無泄漏、無污染、免維護(hù)、價(jià)格低廉、供電可靠，在電池的整個(gè)壽命期間電壓穩(wěn)定且不需要維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，所以在各類需要不間斷供電的電子設(shè)備和便攜式儀器儀表中有著廣泛的應(yīng)用。采用適當(dāng)?shù)母〕潆妷?，在正常使?(防止過放、過充、過流 )時(shí)，免 維護(hù)鉛酸蓄電池的浮充壽命可達(dá)12~16年，如果浮充電壓偏差 5%則使用壽命縮短 1/2。由此可見，充電方式對這類電池的使用壽命有著重大的影響。由于在光伏發(fā)電中，蓄電池?zé)o需經(jīng)常維護(hù)，因此采用正確的充電方式并采用合理的保護(hù)方式，能有效延長蓄電池的使用壽命。傳統(tǒng)的充電和保護(hù) IC 是分立的，占用而積大并且外圍電路復(fù)雜。目前，市場上還沒有真正的將充電與保護(hù)功能集成于單一芯片。針對這個(gè)問題，設(shè)計(jì)一種集蓄電池充電和保護(hù)功能于一身的 IC 是十分必要的。 系統(tǒng)主要包括兩大部分 :蓄電池充電模塊和保護(hù)模塊。這 對于將蓄電池作為備用電源使用的場合具有重要意義，它既可以保證外部電源給蓄電池供電，又可以在蓄電池過充、過流以及外部電源斷開蓄電池處于過放狀態(tài)時(shí)提供保護(hù)，將充電和保護(hù)功能集于一身使得電路簡化，并且減少寶貴的而積資源浪費(fèi)。圖 1是此Ic 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，也是此設(shè)計(jì)的來源。 免維護(hù)鉛酸蓄電池的壽命通常為循環(huán)壽命和浮充壽命，影響蓄電池壽命的因素有充電速率、放電速率和浮充電壓。某些廠家稱如果有過充保護(hù)電路，充電率可以達(dá)到甚至超過 2C(C 為蓄電池的額定容量 )，但是電池廠商推薦的充電率是C/20~C/3。 電池的電壓與溫度有關(guān)，溫度每升高 1℃，單格電池電壓下降 4 mV，也就是說電池的浮充電壓有負(fù)的溫度系數(shù) 4 mV/℃。普通充電器在 25℃處為最佳工作狀態(tài)；在環(huán)境溫度為 0℃時(shí)充電不足；在 45℃時(shí)可能因嚴(yán)重過充電縮短電內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文外文翻譯 池的使用壽命。要使得蓄電池延長工作壽命，對蓄電池的工作狀態(tài)要有一定的了解和分析，從而實(shí)現(xiàn)對蓄電池進(jìn)行保護(hù)的目的。蓄電池有四種工作狀態(tài) :通常狀態(tài)、過電流狀態(tài)、過充電狀態(tài)、過放電狀態(tài)。但是由于不同的過放電電流對蓄電池的容量和壽命所產(chǎn)生的影響不盡相同，所以對蓄電池的過放電電流檢測也要分別對待。當(dāng)電池處于過 充電狀態(tài)的時(shí)間較長，則會(huì)嚴(yán)重降低電池的容量，縮短電池的壽命。當(dāng)電池處于過放電狀態(tài)的時(shí)間超過規(guī)定時(shí)間，則電池由于電池電壓過低可能無法再充電使用，從而使得電池壽命降低。 根據(jù)以上所述，充電方式對免維護(hù)鉛酸蓄電池的壽命有很大影響，同時(shí)為了使電池始終處于良好的工作狀態(tài)，蓄電池保護(hù)電路必須能夠?qū)﹄姵氐姆钦９ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行檢測，并作出動(dòng)作以使電池能夠從不正常的工作狀態(tài)回到通常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對電池的保護(hù)。 充電模塊 芯片的充電模塊框圖如圖 2所示。該電路包括限流比較器、電流取樣比較 器、基準(zhǔn)電壓源、欠壓檢測電路、電壓取樣電路和邏輯控制電路。 該模塊內(nèi)含有獨(dú)立的限流放大器和電壓控制電路，它可以控制芯片外驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器提供的輸出電流為 20~30 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與電流。電壓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。當(dāng)電池電壓或電流過低時(shí)，充電啟動(dòng)比較器控制充電。電器進(jìn)入涓流充電狀態(tài)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器截止時(shí)，該比較器還能輸出 20 mA左右，進(jìn)入涓流充電電流。這樣，當(dāng)電池短路或反接時(shí)，充電器只能以小電流充電，避免了因充電電流過 大而損壞電池。此模塊構(gòu)成的充電電路充電過程分為二個(gè)充電狀態(tài) :大電流恒流充電狀態(tài)、高電壓過充電狀態(tài)和低電壓恒壓浮充狀態(tài)。充電過程從大電流恒流充電狀態(tài)開始，在這種狀態(tài)下充電器輸出恒定的充電電流。同時(shí)充電器連續(xù)監(jiān)控電池組的兩端電壓，當(dāng)電池電壓達(dá)到轉(zhuǎn)換電壓過充轉(zhuǎn)換電壓 Vsam時(shí)，電池的電量己恢復(fù)到放出容量的 70%~90%，充電器轉(zhuǎn)入過充電狀態(tài)。在此狀態(tài)下，充電器輸出電壓升高到過充電壓 Voc，由于充電器輸出電壓保持恒定不變，所以充電電流連續(xù)下降。當(dāng)電流下降到過充中止電流 Ioct時(shí)，電池的容量己達(dá)到額定容量的 100%， 充電器輸出電壓下降到較低的浮充電壓 VF。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文外文翻譯 保護(hù)模塊 芯片內(nèi)部保護(hù)電路模塊框圖如圖 3所示。該電路包括控制邏輯電路、取樣電路、過充電檢測電路、過放電檢測比較器、過電流檢測比較器、負(fù)載短路檢測電路、電平轉(zhuǎn)換電路和基準(zhǔn)電路 (BGR)。 此模塊構(gòu)成的保護(hù)電路如圖 4所示。當(dāng)芯片的供電電壓在正常工作范圍內(nèi)，且 VM管腳處的電壓在過電流 I檢測電壓之下，則此時(shí)電池處于通常工作狀態(tài)，芯片的充放電控制端 CO和 DO均為高電平，這時(shí)芯片處于通常工作模式。而當(dāng)電池放電電流變大，會(huì)引起 VM 管腳處的電壓上升，若 VM 管腳 處的電壓在過電流檢測電壓 Viov之上，則此時(shí)電池處于過電流狀態(tài)，如果這種狀態(tài)保持相應(yīng)的過電流延時(shí)時(shí)間 tiov，芯片禁止電池放電，這時(shí)充電控制端 CO 為高電平，而放電控制端 DO為低電平，芯片處于過電流模式，一般為了對電池起到更加安全合理的保護(hù)，芯片會(huì)對電池的不同過放電電流采取不同的過放電電流延時(shí)時(shí)間保護(hù)。一般規(guī)律是過放電電流越大，則過放電電流延時(shí)時(shí)間越短。當(dāng)芯片的供電電壓在過充電檢測電壓之上（ VddVcu）時(shí)，則電池處于過充電狀態(tài)，如果這種狀態(tài)保持相應(yīng)的過充電延時(shí)時(shí)間 tcu芯片將禁止電池充電，此時(shí)放電控制端 DO 為高電平，而充電控制端 CO為低電平，芯片處于過充電模式。當(dāng)芯片的供電電壓在過放電檢測電壓之下 (VddVdl)，則此時(shí)電池處于過放電狀態(tài)，如果這種狀態(tài)保持相應(yīng)的過放電延時(shí)時(shí)間 tdl，芯片將禁止電池放電，此時(shí)充電控制端 CO為高電平，而放電控制端 DO為低電平，芯片處于過放電模式。 由兩個(gè)充電與保護(hù)模塊結(jié)構(gòu)圖可將電路分為四部分 :電源檢測電路 (欠壓檢測電路 )、偏置電路 (取樣電路、基準(zhǔn)電路以及偏置電路 )、比較器部分 (包括過充電檢測比較器 /過放電檢測比較器、過流檢測比較器和負(fù)載短路檢測電路 )及邏 輯控制部分。 文中主要介紹欠壓檢測電路設(shè)計(jì) (圖 5) ，并給出帶隙基準(zhǔn)電路 (圖 6) 。 蓄電池的充電、電壓的穩(wěn)定尤為重要，欠壓、過壓保護(hù)是必不可少的，因此通過在芯片內(nèi)部集成過壓、欠壓保護(hù)電路來提高電源的可靠性和安全性。并且保護(hù)電路的設(shè)計(jì)要簡單、實(shí)用，此處設(shè)計(jì)了一種 CMOS 工藝下的欠壓保護(hù)電路，此電路結(jié)構(gòu)簡單，工藝實(shí)現(xiàn)容易，可用做高壓或功率集成電路等的電源保護(hù)電路。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文外文翻譯 欠壓保護(hù)的電路原理圖如圖 5所示，共由五部分組成 :偏置電路、基準(zhǔn)電壓、分壓電路、差分放大器、輸出電路。本電路的電源電壓是 10V； M0， M1， M2，R0 是電路的偏置部分，給后級電路提供偏置，電阻 Ro 決定了電路的工作點(diǎn)，M0， M1， M2組成電流鏡； R1， M14是欠壓信號的反饋回路；其余 M3， M4， M5，M6， M7， M8， M9， M10， M11， M12， M13， M14組成四級放大比較器；