【導(dǎo)讀】目前太陽能的利用形式主要有光熱、光伏發(fā)。境和人類社會未來發(fā)展中所占據(jù)的重要地位。池進(jìn)行有效充電。

　　

【正文】 仿真電路，可以通過以下幾種途徑： ? 單擊設(shè)計(jì)工具欄中的 Main Toolbar 系統(tǒng)工具欄按鈕； ? 單擊 Simulate→ Run 菜單項(xiàng)； ? 仿真開關(guān)； ? 按 F5 鍵。 2. 觀察仿真結(jié)果 根據(jù)具體電路圖來觀察結(jié)果。 3. 停止電路仿真 要停止仿真，可單擊設(shè)計(jì)工具欄中的 Main Toolbar 系統(tǒng)工具欄按鈕，或按仿真開關(guān)。 元件創(chuàng)建與編輯 利用元件創(chuàng)建向?qū)?chuàng)建元件 在電路圖仿真過程中，有時(shí) 所要放置的元件在元器件庫中沒有，那么就需要在 Multisim9 中創(chuàng)建和編輯。 元器件向?qū)怯糜趧?chuàng)建自定義元器件的主要工具，它引導(dǎo) 完成創(chuàng)建一個(gè)新元器件所需要的所有步驟。元器件細(xì)節(jié)包括符號與可選的管腳、模型和管封裝信息。某元器件創(chuàng)建過程包括以下步驟： ? 輸入元器件信息 ? 選擇封裝與元器件配置 ? 選擇和 /或編輯元器件符號 ? 配置管腳信息 ? 設(shè)置符號與電路層封裝之間的映射 ? 選擇仿真模型 ? 建立符號管腳與模型節(jié)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系 ? 保存元件到元件庫 ? 測試元件 編輯仿真元件 1. 在 Multisim9 用戶界面中，單擊 Tools→ Database Manager 菜單項(xiàng)，彈出Database Manager 窗口，單擊 Components 標(biāo)簽，打開 Components 選項(xiàng)卡。 26 2. 在數(shù)據(jù)庫名稱下拉列表中，選擇要編輯的原件所在的數(shù)據(jù)庫。 3. 在元件列表框中，選擇要編輯的元件。 4. 單擊 Edit 按鈕，貪吃 Component Properties（元件屬性）對話框。 5. 元件的各種特性已分門別類地放在 7 個(gè)標(biāo)簽中了，通過單擊標(biāo)簽中打開的相應(yīng)選項(xiàng)卡中編輯這些內(nèi)容，就可以創(chuàng)建一個(gè)新元件。 6. 最后單擊“確定 ”按鈕，彈出“保存元件”對話框。在該對話框中，可以選擇編輯后的新元件存放的數(shù)據(jù)庫、庫和系列。 7. 選擇新元件存放的系列后，單擊 OK 按鈕，將自動(dòng)返回到 Database Manager對話框中。 27 第四章 太陽能充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹 系統(tǒng)基本組成簡介 太陽能充電系統(tǒng)是由太陽能電池組、控制器、蓄電池組成。如果輸出電源為交流 220V 或者 110V，還需要配置逆變器。但因本設(shè)計(jì)重在實(shí)現(xiàn) 充電過程，不涉及輸出是否用于交流負(fù)載，所以沒有用到逆變器。 其中太陽能電池選用的是： 20W 單晶硅太陽能電池 蓄電池選用的是：免維護(hù)鉛酸蓄電池（ 12V 3Ah） 比較器選用的是： LM339 穩(wěn)壓器選用的是： TL431 升壓芯片選用的是： TL3757 工作原理介紹 光 — 電直接轉(zhuǎn)換方式 是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換成電能， 該轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。 太陽能電池是一種由光伏 效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功 率的太陽能電池方陣了 。 簡單的原理框圖如下圖所示： 圖 41 升壓模塊是由 TL3757 的典型電路組成； 控制模塊是檢測電池的充電量、光伏電池的光強(qiáng)、 控制 DCDC 升壓電路的啟動(dòng)以及 充電模塊的充電量 。 充電模塊是根據(jù)蓄電池的性能選擇合適的充電方式進(jìn)行充電 。 太陽能電池 充電模塊 升壓模塊 控制模塊 蓄電池 28 設(shè)計(jì) 思路 方案陳述 及比較 方案一 ： 簡單的原理圖如圖所示： 圖 42 在圖中， T 是太陽能電池； X 是蓄電池； D 是晶體二極管； S 是升壓電路： B是過充保護(hù)電路； KL1 和 KL2 都是繼電器開關(guān)。晶體二極管在這個(gè)電路中稱為防回流二極管，防止在弱光時(shí)，蓄電池對太陽能電池回流反充，造成不必要的電能損失。它的作用原理是：當(dāng)太陽能電池接收強(qiáng)光時(shí)，輸出電壓大于蓄電池電壓，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，對蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)太陽能電池接收弱光時(shí)，蓄電池電壓便高于太陽能電池電壓，但由于 二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，所以避免了反向回流。繼電器開關(guān)的動(dòng)斷都是由相應(yīng)的控制模塊來決定的。 KL1 決定了是否對太陽能電池的輸出電壓進(jìn)行升壓； KL2 實(shí)現(xiàn)對蓄電池的過充保護(hù)。 圖 43 方案一太陽能充電器電路圖 比較電路 T 升壓 保護(hù) KL1 常開 KL1 常閉 KL2常閉 X D S B 29 圖 44 由采樣電阻獲得采樣電壓通過 比較器 LM339來 判斷 太陽能電池輸出電壓是否小于 12V。 當(dāng)太陽能電池輸出電壓大于 12V 時(shí)，比較器的同相端輸入大于基準(zhǔn)電壓（反向端）， Q1 導(dǎo)通， L1 得電流，使繼電器常開開關(guān)閉合（常閉開關(guān)斷開）， 這時(shí)，太陽能電池直接向蓄電池充電。 當(dāng)太陽能電 池輸出電壓小于 12V 時(shí)，比較器的同相端輸入小于基準(zhǔn)電壓（反向端）， Q1 截止， L1 沒有電流通過，繼電器沒有動(dòng)作，此時(shí)，太陽能電池通過升壓電路向蓄電池充電。 升壓電路 升壓電路是由 28V、 PWM、升壓型 DCDC 轉(zhuǎn)換器 MAX618 芯片來實(shí)現(xiàn)。圖 45 是 MAX618 芯片的典型工作電路，此電路也作為升壓電路用于方案一太陽能充電器電路。 30 圖 45 控制電路 圖 46 注：圖 46是在 Multisim9中繪制，因 Multisim9中沒有 三端可調(diào)穩(wěn)壓器 LM317，暫用 LM117 代替 LM317 繪制電路圖。 該電路圖實(shí)現(xiàn)對蓄電池的過充保護(hù)。正常充電時(shí)， LED1 亮指示充電；當(dāng)蓄電池電壓超過 ，即超過蓄電池的上限充電電壓， LED1 熄滅指示過充。過充判斷是由穩(wěn)壓器 LM317 為 LM339 比較器提供基準(zhǔn)電壓，兩個(gè)三極管 Q Q3 起開關(guān)作用。當(dāng)蓄電池過充時(shí)， Q Q3 導(dǎo)通， L3 得電流，使繼電器常閉開關(guān) S3 斷開，停止太陽能電池對蓄電池的充電，又因?yàn)榘l(fā)光二極管的單向?qū)?，?LED1熄滅。 方案一電路簡單，易于理解，控制器主要實(shí)現(xiàn)對升壓模塊的控制和過充保護(hù)。經(jīng)查閱相關(guān) 資料和分析可知電路實(shí)際存在很多問題。 ① 此電路采用直充，雖然成本低，但是這種簡單的充電方式會嚴(yán)重?fù)p壞蓄電池的使用壽命； 31 ② DCDC 升壓芯片 MAX618 的輸出電流較小， 不足以充電， 影響充電效率； ③ 充電和放電（蓄電池的自放電）只有一個(gè)切換點(diǎn)。當(dāng)光電池電壓高于蓄電池電壓時(shí)，電路切到充電狀態(tài)，低于這個(gè)點(diǎn)，就切回放電狀態(tài)；當(dāng)光電池電壓一定時(shí)，電池充滿電之后，很快會放電。放電之后，電壓又會低于設(shè)定電壓。這時(shí)，電路形成一種震蕩（蓄電池成了電容），這種震蕩會造成負(fù)載供電的不穩(wěn)定 ； 綜上所述，方案一問題 存在 的關(guān)鍵在于未根據(jù)鉛酸 蓄電池的 特性 采用合適的充電方式。 由第一章 可知， 鉛酸蓄電池目前的充電方式主要有恒流、恒壓、恒壓限流、脈沖快速充電。 一般情況下，對鉛酸蓄電池的充電模式建議采用 恒流均充 恒壓減流 浮充 。 鉛酸蓄電池是荷電出廠，由于自放電等原因，投入運(yùn)行前要作補(bǔ)充充電和一次容量試驗(yàn)。補(bǔ)充充電一般采用恒壓限流充電。在 電壓下終點(diǎn)，同時(shí)充電電流不超過 ，直到充電電流降到 以下 3 小時(shí)不變，就認(rèn)為電池充足。補(bǔ)充充電后，進(jìn)行一次 10h 率容量檢查。 浮充充電 浮充電壓的原則： 流足以補(bǔ)償電池的自放電損失； ，能依靠浮充電很快地補(bǔ)充損失的電量，以備下一次放電； ，電池極板生成的 PbO2較為致密，以保護(hù)板柵不致于很快 腐蝕； O2與 H2析出，并減少負(fù)極鹽化 ； 充電壓的選擇還要考慮其他的影響因素：電解液濃度對浮充電壓的影響、 板柵合金對浮充電壓的影響。 浮充電壓選擇原則與各種因素對浮充電壓的影響，國外一般選擇稍高的浮充電壓，范圍可達(dá) ，國內(nèi)稍低 約為 。不同廠家對浮充電壓的具體規(guī)定不一樣，要根據(jù)環(huán) 境溫度的變化，對浮充電壓應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。 浮充電壓的溫度補(bǔ)償：浮充充電與環(huán)境溫度有密切關(guān)系，通常浮充電壓時(shí)指環(huán)境 25176。C 而言，所以當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，需按溫度系數(shù)補(bǔ)償，調(diào)整浮充電壓。 再充電方法： ：即先限定電流，講充電電流限制在 以下（一般用 充電）帶電池端電壓上升到 單體時(shí)，立即以 電壓恒壓連續(xù)充電，在充電電流降到 ，知道充電電流降到 以下 3 小時(shí)不變，就認(rèn)為電池充足。 ：以單體 電壓充電，同時(shí)充電電流不超過 ，直到充電電流降到 以下 3 小時(shí)不變，就認(rèn)為電池充足。 12V 單體 正常的浮充電壓為 ，溫度補(bǔ)償系數(shù)為： 18mV/176。C。 當(dāng)蓄電池浮充運(yùn)行時(shí)，蓄電池單體電壓不應(yīng)低于 ，如有單體電壓低于 ，則需要進(jìn)行均衡充電； 6V 單體數(shù)值減半。 12V 單體均衡充電：一般采用恒壓限流進(jìn)行充電，充電電壓按 度補(bǔ)償系數(shù)為： 30mV/176。C。 （注： 30mV/176。C 是溫度每增加 1176。C，均充電壓降低 30mV； 6V 單體數(shù)值減半。恒壓限流充電：以 單體 電壓充電，同時(shí)充電電流不超過 ，直到充電電流降到 ） 鉛酸蓄電池的自放電 : 32 原因： 電池的自放電是指電池在存儲器件容量降低的現(xiàn)象。電池開路時(shí)由于自放電 電池容量損失。自放電通常主要在負(fù)極，因?yàn)樨?fù)極活性物質(zhì)為叫活潑的海綿狀鉛電極，在電解液中其電勢比氫負(fù)，可發(fā)生置換反應(yīng)。若在點(diǎn)擊中存在著析氫過電位低的金屬雜質(zhì)，這些雜質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)能給成腐蝕微電池，結(jié)果負(fù)極金屬自溶解，并伴有氫氣析出，從而容量減少。在電解液中雜質(zhì)起著同樣的有害作用。一般正極的自放電不大。 正極為強(qiáng)氧化劑，若在電解液中或隔膜上存在易于被氧化的雜質(zhì)，也會引起正極活性物質(zhì)的還原，從而減少容量。 自放電率 自放電率用單位時(shí)間容量降低的百分?jǐn)?shù)表示。 放電 = CaCbCa? %100??T 式中 Ca=電池存貯前的容量（ Ah） Cb電池存貯后的容量（ Ah） T電池貯存的時(shí)間，常用天、月計(jì)算。 因此，選用的 12V 鉛酸蓄電池的浮充電壓為 ，均充電壓為 。 在方案一的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了如圖 47 的電路圖（即方案二） 圖 47 方案二太陽能充電器電路圖 12V 的鉛酸蓄電池，最高可以充電到 ，停止充電時(shí)，很快降到 。比較基準(zhǔn)電壓 ，由 TL431 提供。 DCDC 升壓芯片 使用 LT3757，輸出電壓 16V，調(diào)節(jié) R R10 可以改變輸出電壓， 工作頻率 300KHz(頻率是由 TL3757RT 引腳內(nèi)部決定，通過改變 R6 可以改變頻率值 )。 U2C、 U2B 控制 電流 。 維護(hù)充電 33 圖 48 當(dāng)電池電壓較低時(shí)，電路預(yù)設(shè)在 以下，充電器工作在小電流維護(hù)充電狀態(tài)下，工作原理為 U2C 的同相輸入電位低于反相輸入， U2C 輸出 低電平，把 U2B參考電壓拉低，此時(shí) U2B 的同相輸入電位約 117mV， U2B 反相輸入電壓高于117mV 時(shí)， U2B 輸出 低 電平 ，三極管截止，控制充電電流約為 250mA。 117mV =2422 )2422(23)242322(21 )2422(23 RR RVRRRRRRR RRR ??????? ? 250mA= R29 1172 mVBU 同相輸入電壓 （ 250mA 為 U2B 同相端電壓 =反相端電壓時(shí)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)） 三極管截止，充電過程停止， U2B 反相電壓逐漸降低，當(dāng)降到低于 117mV 時(shí)，U2B 輸出截止，三極管導(dǎo)通，繼續(xù)向蓄電池充電。 恒流充電 隨著維護(hù)充電繼續(xù)，電池電壓逐漸升 高，當(dāng)電池電壓超過 時(shí)，充電器轉(zhuǎn)入大電流充電模式下， U2C 同相輸入電位高于反相輸入， U2C 輸出截止， U2B 的同相輸入電位 為 329mV，充電器輸出約 700mA 電流給電池充電。 329mV= 212224 24 RRR R ?? ? 700mA 為設(shè)定值 限壓浮充 當(dāng)電池接近充足電時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入限壓浮充狀態(tài)，此時(shí)的充電電流會由 700mA逐漸下降，用以補(bǔ)充電池因自放電而損失的電量，至電池完全充足電。 34 上限壓浮充電壓設(shè)定為 ；當(dāng) 電池 電壓 高于 時(shí) ， U2A 反相輸入電壓高于 參考電壓， U2A 輸出低電平，三極管截止，電池因自放電，電壓下降。 U2A 反相輸入電壓低于 ， U2A 輸出升高，三極管導(dǎo)通，再給電池充電。 DC 轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)條件 圖 49 LT3757 設(shè)在太陽能電池輸出 5V 以上才會啟動(dòng)工作