【正文】 內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文外文翻譯 光伏系統(tǒng)中蓄電池的充電保護 IC 電路設(shè)計 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關(guān)鍵部分，蓄電池的充電以及保護顯得尤為重要。 由于 密封免維護鉛酸蓄電池具有密封好、無泄漏、無污染、免維護、價格低廉、供電可靠，在電池的整個壽命期間電壓穩(wěn)定且不需要維護等優(yōu)點，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?shù)母〕潆妷?，在正常使?(防止過放、過充、過流 )時，免維護 鉛酸蓄電池的浮充壽命可達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，蓄電池無需經(jīng)常維護，因此采用正確的充電方式并采用合理的保護方式，能有效延長蓄電池的使用壽命。傳統(tǒng)的充電和保護 IC 是分立的，占用而積大并且外圍電路復雜。目前，市場上還沒有真正的將 充電與保護功能集成于單 一芯片。針對這個問題，設(shè)計一種集蓄電池充電和保護功能于一身的 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)時提供保護，將充電和保護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。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)計的來源。 免維護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電路，充電率可以達到甚至超過 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℃ 時充電不足 ； 在 45℃ 時可能因嚴重過充電縮短電池的使用壽命。要使得蓄電池延長工作壽命，對蓄電池的工作狀態(tài)要有一定的了內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文外文翻譯 解和分析，從而實現(xiàn)對蓄電池進行保護的目的。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。當電池處于過充電 狀態(tài)的時間較長，則會嚴重降低電池的容量，縮短電池的壽命。當電池處于過放電狀態(tài)的時間超過規(guī)定時間，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，充電方式對免維護鉛酸蓄電池的壽命有很大影響，同時為了使電池始終處于良好的工作狀態(tài)，蓄電池保護電路必須能夠?qū)﹄姵氐姆钦９ぷ鳡顟B(tài)進行檢測， 并 作出動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)，從而實現(xiàn)對電池的保護。 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) 動器， 驅(qū) 動器提供的輸出電流為 20~30 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 。 當電池電壓或電流過低時，充電啟動比較器控制充電。電器進入涓流充電狀態(tài)，當 驅(qū)動 器截止時，該比較器還能輸出 20 mA左右，進入涓流充電電流。這樣，當電池短路或反接時，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。同時充電器連續(xù)監(jiān)控電池組的兩端電壓，當電池電壓達到轉(zhuǎn)換電壓過充轉(zhuǎn)換電壓 Vsam時，電池的電量己恢復到放出容量的 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。當電流下 降到過充中止電流 Ioct時，電池的容量己達到額定容量的 100%，充電 器輸出電壓下 降到較低的浮充電壓 VF。 保護模塊 內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文外文翻譯 芯片內(nèi)部保護電路模塊框 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、負載短路檢測電路、電平轉(zhuǎn)換電路和基準電路 (BGR)。 此模塊構(gòu)成的保護電路如圖 4所示。當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，這時芯片處于通常工作模式。而當電池放電電流變大，會引起 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)的過電流延時時間 tiov， 芯片禁止電池放電，這時充電控制端 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，芯片會對電池的不同過放電電流采取不同的過放電電流延時時間保護。一般規(guī)律是過放電電流越大，則過放電電流延時時間越短。當芯片的供電電壓在過充電檢測電壓之上 （ VddVcu） 時，則電池處于過充電狀態(tài)，如果這種狀態(tài)保持相應(yīng)的過充電延時時間 tcu芯片將禁止電池充電，此時放電控制端 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。當芯片的供電電壓在過放電檢測電壓之 下 (VddVdl)，則此時電池處于過放電狀態(tài)，如果這種狀態(tài)保持相應(yīng)的過放電延時時間 tdl， 芯片將禁止電池放電，此時充電控制端 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 兩個充電與保護模塊結(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 (圖 5) ，并 給出帶隙基準電路 (圖 6) 。 蓄電池的充電、電壓的穩(wěn)定尤為重要，欠壓、過壓保護是必不可少的，因此通過在芯片內(nèi)部集成過壓、欠壓保護電路來提高電源的可靠性和安全性。 并且 保護電路的設(shè)計要簡單、實用，此處設(shè)計了一種 CMOS 工藝 下 的欠壓保護電路，此電路結(jié)構(gòu)簡單，工藝實現(xiàn)容易，可用做高壓或功率集成電路等的電源保護電路 。 欠壓保護的電路原理圖如圖 5所示，共由 五部分組成 :偏置電路、基準電壓、內(nèi)蒙古工業(yè)大學畢業(yè)論文外文翻譯 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，M0， M1， M2組成電流鏡 ； R1， M14是欠壓信號的反饋回路 ； 其余 M3， M4，