【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的電流得到控制。該方法的缺點(diǎn)是串聯(lián)電阻將消耗部分電能。4．快速充電快速充電一般使電流以脈沖方式輸給蓄電池，并隨著充電時(shí)間的延續(xù)，蓄電池有一個(gè)瞬時(shí)間的大電流放電，使其電極去極化。它能在短時(shí)間內(nèi)將蓄電池充足電，既不用恒流大電流，也不用較高的恒定電壓，后兩者都會(huì)使蓄電池很快升溫，損傷電極和浪費(fèi)電能?？焖俪潆娪蓪Ｓ玫某潆娖魈峁┟}沖電流，它能保證充電時(shí)既不產(chǎn)生大量氣體又不發(fā)熱，從而達(dá)到縮短充電時(shí)間的目的。快速充電是光伏照明系統(tǒng)中充電的主要模式之一。5．智能充電智能充電是動(dòng)態(tài)地自動(dòng)跟蹤蓄電池可接受的充電電流，使充電電流與蓄電池內(nèi)部極化電流相一致，也稱為最小損耗充電模式。在常規(guī)的充電技術(shù)中，不能動(dòng)態(tài)跟蹤蓄電池的實(shí)際狀態(tài)和接受充電電流大小。智能充電系統(tǒng)由充電器與被充電蓄電池組成二元閉環(huán)電路，充電器根據(jù)蓄電池的狀態(tài)確定充電參數(shù)，充電電流自始至終處在可接受的充電電流曲線附近，使蓄電池幾乎在無(wú)氣體析出條件下充電，做到既節(jié)約用電又對(duì)蓄電池?zé)o損傷。該充電方式的實(shí)施需要知道蓄電池接受充電電流曲線，智能充電是光伏照明系統(tǒng)中充電技術(shù)的發(fā)展方向。 蓄電池的充電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直流斬波電路，即DC/DC變換器的功能是通過(guò)控制主回路中的電子開關(guān)的通斷，將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)的直流電。直流斬波電路的種類較多，包括6種基本的斬波電路：降壓斬波電路(Buck Chopper)、升壓斬波電路(Boost Chopper)、升壓降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic 斬波電路和Zeta斬波電路，其中前兩種是最基本的電路。一方面這兩種電路應(yīng)用最為廣泛，另一方面理解這兩種電路可為理解其他電路打下基礎(chǔ)[10]。 基于UC3906的蓄電池充電器UC3906作為VRLA蓄電池充電專用芯片，它具有實(shí)現(xiàn)VRLA蓄電池最佳充電所需的全部控制和檢測(cè)功能。更重要的是它能使充電器各種轉(zhuǎn)換電壓隨VRLA蓄電池電壓溫度系數(shù)變化而變化，從而使VRLA蓄電池在很寬的溫度范圍內(nèi)都能達(dá)到最佳充電狀態(tài)。UC3906內(nèi)部框圖如圖31所示。該芯片內(nèi)含有獨(dú)立的電壓控制回路和限流放大器，它可以控制芯片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器的輸出電流可達(dá)25mA，可直接驅(qū)動(dòng)外部串聯(lián)調(diào)整管，從而調(diào)整充電器的輸出電壓和電流。電壓和電流取樣比較器用來(lái)檢測(cè)蓄電池的充電狀態(tài)，并且控制充電狀態(tài)邏輯電路的輸入信號(hào)。當(dāng)電池電壓或溫度過(guò)低時(shí)，充電起動(dòng)比較器控制充電器進(jìn)入涓流充電狀態(tài)。另外，當(dāng)芯片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器無(wú)輸出時(shí)，該比較器還能輸出25mA涓流充電電流。這樣，當(dāng)電池短路或反接時(shí)，充電器開始只能輸出很小的充電電流，可以避免因充電電流過(guò)大而損壞電池。UC3906的一個(gè)非常重要的特性是：基準(zhǔn)電壓隨環(huán)境溫度而變，并且變化規(guī)律與鉛酸電池電壓的溫度特性完全一致。因此，在很寬的溫度范圍(0~70℃)內(nèi)，都能精確地檢測(cè)環(huán)境溫度，保證電池既充足電又不會(huì)嚴(yán)重過(guò)充電。，芯片的功耗很小。該芯片中，還有欠壓檢測(cè)電路。當(dāng)電源接通后，欠壓檢測(cè)電路還能使邏輯電路輸出信號(hào)。指示輸入電源已經(jīng)接通。在過(guò)充電終止輸入端加入控制信號(hào)，可以終止過(guò)充電狀態(tài)，在過(guò)充電指示輸出端加入外接元件，可以監(jiān)控電他的過(guò)充電狀態(tài)。圖31 UC3906內(nèi)部結(jié)構(gòu)表31和32分別介紹了UC3906的管腳功能和電氣參數(shù)[11]。表31 UC3906管腳功能管腳名稱功能描述1腳C/S OUT電流取樣放大器輸出端2腳C/S電流放大器反相輸入端3腳C/S+電流放大器同相輸入端4腳C/L限流比較器反相輸入端5腳+Vin輸入電源正極6腳GROUND接地端7腳POWER INDICATE電源指示8腳OVERCHARGE TERMINATE過(guò)充電終止9腳OVERCHARGE INDICATE過(guò)充電指示10腳STATE LEVEL CONTROL狀態(tài)電平控制11腳TRICKLE BIAS涓流輸出12腳CHARGE ENABLE起動(dòng)比較器反相輸入端13腳VOLTAGE SENSE電壓取樣14腳COMPENSATION補(bǔ)償15腳DRIVER SOURCE驅(qū)動(dòng)電流輸出16腳DRIVER SINK驅(qū)動(dòng)電流輸表32 UC3906的電氣參數(shù)輸入電壓40v集電極開路輸出電壓40v放大器和比較器輸入電壓～40v過(guò)充電終止端輸入電壓～40v電流取樣放大器輸出電流40mA涓流輸出端輸出電流40mA驅(qū)動(dòng)級(jí)最大產(chǎn)生電流40mATa=25℃1000mA工作結(jié)溫55～150℃焊接溫度300℃使用UC3906構(gòu)成的充電器只需很少的外部元器件就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)VRLA蓄電池的快速精確充電。圖32所示是一個(gè)充電器基本電路。由Ra、Rb、Rc組成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)檢測(cè)蓄電池的充電電壓，通過(guò)與精確的參考電壓（Vref）相比較來(lái)確定充電電壓、過(guò)充電壓和浮充電的閾值電壓。圖3–2 充電器基本電路VRLA鉛酸蓄電池的一個(gè)充電周期按時(shí)間可分為三種狀態(tài)，即大電流快速充電狀態(tài)、可控過(guò)充電狀態(tài)和浮充電狀態(tài)。其充電的技術(shù)參數(shù)主要有浮充電壓VF、過(guò)充電電壓VOC，最大充電電流Imax、過(guò)充電終止電流IOCT等。它們與Ra、Rb、Rc、Rs之間的關(guān)系可以從下面的公式反映出來(lái)： (31) (32) (33) (34)其中，VF、VOC和Vref成正比?！?，Imax、IOCT、VOC、VF可以獨(dú)立設(shè)置。在輸入電源允許或功率管可以承受的條件下，Imax的值可以盡可能地大。雖然某些充電器有過(guò)充電保護(hù)電路，充電率可以達(dá)到甚至超過(guò)2C，但是鉛酸蓄電池廠商推薦的充電率范圍是C/20~C/3。IOCT的選擇應(yīng)盡可能地使VRLA蓄電池接近100％的充電。根據(jù)式(33)和式(34)可知，Imax和IOCT分別由電流限制放大器和電流檢測(cè)比較器的偏置電壓和檢測(cè)電流的電阻Rs決定，從式（31）、（32）可知，VF、VOC的值由內(nèi)部參考電壓Vref和外部電阻Ra、Rb、Rc組成的分壓網(wǎng)絡(luò)所決定[12]。采用專用蓄電池充電管理芯片UC3906設(shè)計(jì)太陽(yáng)能充電控制器，控制器由太陽(yáng)能組件與市電切換電路（如圖33所示）、充電電路(如圖34所示)、放電電路三部分組成。切換電路：太陽(yáng)能電池接在常閉觸點(diǎn)，繼電器線圈受三級(jí)管Q4控制，當(dāng)太陽(yáng)能電池受光照時(shí)，Q4導(dǎo)通而Q3截止，使得繼電器線圈絕大部分時(shí)間不耗電。在蓄電池容量不足，太陽(yáng)能電池不受光照射時(shí)，Q4截止而Q3導(dǎo)通，交流電經(jīng)常開觸點(diǎn)送出[13]。圖33太陽(yáng)能與市電切換電路充電電器：用LM2903接成遲滯電壓比較器，可使電路在比較電壓的臨界點(diǎn)附近不會(huì)產(chǎn)生振蕩。組成過(guò)放電壓檢測(cè)比較控制電路。電位器起設(shè)定過(guò)放電壓的作用[14]?？烧{(diào)三端穩(wěn)壓器LM317給LM2903提供穩(wěn)定的8V工作電壓。圖34 24V 80Ah鉛酸蓄電池開關(guān)型智能充電器電路圖 蓄電池組容量設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池電源系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置主要是蓄電池。與太陽(yáng)能電池方陣配套的蓄電池通常工作在浮充狀態(tài)下，其電壓隨方陣發(fā)電量和負(fù)載用電量的變化而變化。它的容量比負(fù)載所需的電量大得多[15]。蓄電池提供的能量還受環(huán)境溫度的影響。為了與太陽(yáng)能電池匹配，要求蓄電池工作壽命長(zhǎng)且維護(hù)簡(jiǎn)單。能夠和太陽(yáng)能電池配套使用的蓄電池種類很多，目前廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。國(guó)內(nèi)目前主要使用鉛酸免維護(hù)蓄電池，因?yàn)槠涔逃械摹懊狻本S護(hù)特性及對(duì)環(huán)境較少污染的特點(diǎn)，很適合用于性能可靠的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)，特別是無(wú)人值守的工作站。普通鉛酸蓄電池由于需要經(jīng)常維護(hù)及其環(huán)境污染較大，所以主要適于有維護(hù)能力或低檔場(chǎng)合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過(guò)充、過(guò)放性能，但由于其價(jià)格較高，僅適用于較為特殊的場(chǎng)合。在一年內(nèi)，方陣發(fā)電量各月份有很大差別。方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需要的月份，要靠蓄電池的電能給以補(bǔ)足；在超過(guò)用電需要的月份，是靠蓄電池將多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)。所以方陣發(fā)電量的不足和過(guò)剩值，是確定蓄電池容量的依據(jù)之一。同樣，連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載用電也必須從蓄電池取得。所以，這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。因此，蓄電池的容量BC計(jì)算公式為：BC=AQLNLTO／CC(Ah)式中：A為安全系數(shù)，～；QL為負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)；NL為最長(zhǎng)連續(xù)陰雨天數(shù)；TO為溫度修正系數(shù)，一般在0℃以上取1，10℃，10℃；CC為蓄電池放電深度。[15] 以此套太陽(yáng)能路燈的方案為例，應(yīng)用地點(diǎn)溫度存在低于10℃以下的情況，蓄電池電壓為24V，LED功率為18W，每天工作10h，連續(xù)陰雨天為5天，蓄電池組容量為：BC=AQLNLTO／CC(Ah) =(18／24)105／ =72Ah選用24V，80Ah的鉛酸免維護(hù)蓄電池可滿足需求。 輔助電源設(shè)計(jì)采用UC3842單端脈寬調(diào)制器制作的小功率開關(guān)電源，在單端反激式開關(guān)電源中，高頻變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算式核心工作，設(shè)計(jì)時(shí)，要保證電源的調(diào)整率和對(duì)線圈的漏感要求，還要對(duì)高頻變壓器的外形尺寸及整個(gè)成本進(jìn)行綜合考慮。UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖35所示。圖35 UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖采用集成電路脈沖寬度調(diào)制器設(shè)計(jì)制作開關(guān)穩(wěn)壓電源（如圖36所示）具有效率高、省時(shí)、省力、成本低、速度快的特點(diǎn)。其設(shè)計(jì)的主要過(guò)程就是根據(jù)使用目的、要求設(shè)計(jì)開關(guān)電源的整體方案，選擇變換器電路的結(jié)構(gòu)。然后，選擇集成電路，設(shè)計(jì)輸入部分電路、高頻變壓器和輸出整流濾波電路，而最中心的工作就是設(shè)計(jì)計(jì)算高頻變壓器。設(shè)定工作頻率為68KHz，啟動(dòng)電容C28為100μF。設(shè)計(jì)功率輸出20W，+，+5V輸出1A。采用單端反激設(shè)計(jì)，利用Tl431對(duì)5V進(jìn)行反饋，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能。本文給出高頻變壓器計(jì)算。圖36 小功率開關(guān)電源電路圖第1步：計(jì)算初級(jí)電感峰值電流假設(shè)在最高輸入電壓DC30V時(shí)，最大占空比為=，所以， （35）其中2V為輸出電壓紋波和整流器壓降。所以，根據(jù)變壓器初級(jí)電流的峰值公式計(jì)算峰值電流為 （36）這個(gè)初級(jí)電感的峰值電流也為我們確定功率開關(guān)晶體管的最大集電極電流提供了依據(jù)。 第2步：確定最小占空比 最大輸入直流電壓經(jīng)直直變換后的電壓為： （37） （38） 根據(jù)公式計(jì)算： （39）所以，Vin30V范圍內(nèi)，變換器將工作在占空比的范圍是： δ 第3步：計(jì)算變壓器初級(jí)電感量由公式可得： （310）所以，初級(jí)電感量為68181。H（式中是根據(jù)公式及圖中給出的數(shù)值計(jì)算出來(lái)的）。 第4步：選擇磁芯及確定骨架尺寸 在這里，我們可以參照下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，一般磁芯輸出功率和磁芯截面積的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為： 設(shè)Pt=20W 則Ae=（cm2）Ae為變壓器磁芯的有效截面積；Pt為高頻變壓器的輸入輸出功率的平均值。 選擇TDK E128型磁芯、其Ae=（cm2），可以滿足設(shè)計(jì)要求。 第5步：計(jì)算空氣隙Lg 通過(guò)查TDK E128型磁材的飽和系統(tǒng)密度Bsat=4000104T，100℃時(shí)，為了使變壓器工作在低磁損狀態(tài)，選工作最大磁通密度Bmax=1100104T。 由公式可得： （311） 第6步：計(jì)算變壓器初級(jí)線圈匝數(shù)N1 由公式可得： （312）第7步：利用公式計(jì)算各次級(jí)線圈繞組（1） 計(jì)算自饋繞組N2 （313）（2） 計(jì)算5V直流輸出繞組N3 （314）（3） 計(jì)算15V直流輸出繞組N4 （315）15V選擇與此相同匝數(shù)。此方案由光電耦合器送給控制芯片，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)整，并使輸出電壓穩(wěn)定，由于采用了光電隔離器件，使輸出部分與輸入部分線路完全實(shí)現(xiàn)了隔離。 基于AVR的太陽(yáng)能LED路燈控制器的設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能LED路燈控制器的功能太陽(yáng)能電池將吸收的光能轉(zhuǎn)換成電能而通過(guò)充放電控制器對(duì)蓄電池充電，同時(shí)供給負(fù)載用電。充放電控制器的功能主要有兩個(gè)：一個(gè)是對(duì)蓄電池的充放電過(guò)程進(jìn)行保護(hù)，以避免蓄電池有過(guò)充或過(guò)放的情形發(fā)生，而蓄電池的任務(wù)則是儲(chǔ)能，以便在夜間或陰雨天供給負(fù)載用電；另一個(gè)是提供穩(wěn)定的直流電壓源給直流負(fù)載使用。太陽(yáng)能路燈控制器是太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)中最重要的部件，也是與各種路燈系統(tǒng)最大的區(qū)別所在。控制器設(shè)計(jì)的性能如何，決定了一個(gè)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)運(yùn)行情況的優(yōu)劣。所以設(shè)計(jì)功能完備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的智能光伏路燈控制器是非常重要的[16]?？刂破餍枰獙?shí)現(xiàn)的功能有：天黑時(shí)自動(dòng)關(guān)燈；在蓄電池電量不足時(shí)，自動(dòng)斷開負(fù)載，防止蓄電池過(guò)放電；并要具有短路保護(hù)，反接保護(hù)等?？刂破鞑粌H擔(dān)負(fù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)控制，還得確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行?？刂破鞯暮侠碓O(shè)計(jì)，既是完美充電過(guò)程的保證，也是系統(tǒng)壽命的保障，同時(shí)還為系統(tǒng)提供保護(hù)功能。太陽(yáng)能LED路燈控制器的主要功能包括兩個(gè)方面：蓄電池充電以及蓄電池給LED供電[17]。 基于AVR單片機(jī)的智能控制器1. AVR單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)51單片機(jī)是ATMEL公司推出的經(jīng)典產(chǎn)品，在控制領(lǐng)域被廣泛的使用，是大家廣泛熟悉的機(jī)型，89S52就是其代表產(chǎn)品。本系統(tǒng)采用的ATMEGA16是AVR的8位單片機(jī)家族中的一款，將它的性能與廣為人知的89S52作如下對(duì)比：（1）架構(gòu)方面：89S52是CISC（復(fù)雜指令集）架構(gòu)，ATMEGA16是AVR系列單片機(jī)產(chǎn)品的一款高檔機(jī)，RISC(精簡(jiǎn)指令集)架構(gòu)能實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的代碼。（2）存儲(chǔ)器資源方面：89S52具有8KB的ROM（程序存儲(chǔ)器）和256B的RAM（片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器），具備外部總線可以方便的擴(kuò)展外部ROM和外部RAM；ATMEGA16具有16KB的ROM和1KB的RAM，不具備外部總線使得擴(kuò)展ROM和RAM受到很大的限制，但是以本系統(tǒng)的規(guī)