【正文】 放電電路 如圖 46 所示。 本設(shè)計(jì)二極管的選型為快恢復(fù)二極管 IN5822,其反向峰值電壓 VRRM =40V，正向平均整流電流 IF=3A。 輸出濾波電容的選擇要滿足輸出電壓紋波的要求，本設(shè)計(jì)要求輸出電壓紋波不超過(guò)輸出電壓的 1%。 直流升壓電感的設(shè)計(jì)目標(biāo)是紋波電流不超過(guò)某 個(gè)要求值，本設(shè)計(jì)中按照經(jīng)驗(yàn)以直流側(cè)額定電流的 20%作為紋波電流的上限。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 具體硬件電路的設(shè)計(jì) 基于 MPPT 的蓄電池充電控制電路設(shè)計(jì) 太 陽(yáng) 能電 池 板 R S +R S +R S R S O U TSHDNGND單 片 機(jī)A D C 0 8 0 9 驅(qū) 動(dòng) 電 路 圖 42 最大跟蹤電路圖 太陽(yáng)能電池的最大功率跟蹤電路如圖 42 所示，包括了屏蔽二極管、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路以及 BOOST 電路。當(dāng)選擇為手機(jī)直接充電時(shí)， BOOST電路將太陽(yáng)能電池的輸出電壓升壓到穩(wěn)定的 5V，直接對(duì)手機(jī)充電。輸入電壓額定值是 ，輸出電壓是 5V，輸出電流 1A，工 作頻率 50KHz。 。 系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì) 。它可以檢測(cè)到電池充電飽和時(shí)的電壓信號(hào)變化，然后精準(zhǔn)地結(jié)束充電。 E X T L XG N D V o u t E NV I N V O U T 圖 33 MCC6288 應(yīng)用電路 本章小結(jié) 本章主要介紹了基于集成芯片的太陽(yáng)能手機(jī)充電器的硬件電路設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了蓄電池充電控制芯片 CN3606 與放電升壓芯片 MCC6288 的功能及應(yīng)用電路設(shè)計(jì) 。 ： γRfDC? (34) 可計(jì)算的輸出電容為： 14μF，本設(shè)計(jì)中取值為： 15μF。 BOOST 結(jié)構(gòu) DCDC 轉(zhuǎn)換器的功率損耗主要是由于電感的寄生串聯(lián)電阻、肖特基二極管的正向?qū)▔航?、功率管的?dǎo)通電阻以及控制功率管信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力這四個(gè)方面，當(dāng)然芯片本身消耗的靜態(tài)功耗在低負(fù)載的情況下也會(huì)影響轉(zhuǎn)換效率。并且由于采用內(nèi)部的修正 技術(shù)，保證了輸出電壓精度達(dá)到 177。 PFM 控制電路是 MCC6288 的核心，該模塊根據(jù)其他模塊傳遞的輸入電壓信號(hào)、負(fù)載信號(hào)和電流信號(hào)來(lái)控制功率管的開(kāi)關(guān)，從而達(dá)到控制電路恒壓輸出的作用。內(nèi)置 EN 使能端，可控制變換器的工作狀態(tài)，可使它處于關(guān)斷省電狀態(tài)，功耗降至最小。 CN3063 的應(yīng)用電路如圖 32 所示。如果將 TEMP 管腳接到地，電池溫度監(jiān)測(cè)功能將被禁止。 CN3063 芯片內(nèi)部的功率管理電路在芯片的結(jié)溫超過(guò) 115℃ 時(shí)自動(dòng)降低充電電流，這個(gè)功能可以使用戶最大限度的利用芯片的功率處理能力，不用擔(dān)心芯片過(guò)熱而損壞芯片或者外部元器件。具 有輸入電壓源限流模式，當(dāng) CN3063 輸入電壓源的電流輸出能力 (帶負(fù)載能力 )小于第 2 管腳的電阻 RISET所設(shè)置的充電電流時(shí)，器件內(nèi)部的 8位模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換電路根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動(dòng)控制充電電流，此時(shí)實(shí)際充電電流可能小于第 2 管腳的電阻 RISET所設(shè)置的充電電流，但是在保證 CN3063 第 4 管腳 VIN的電壓不低于最小工作電壓 ，能夠使得充電電流最大化，這就是輸入電壓源限流模式。當(dāng)電池電壓 Kelvin 檢測(cè)輸入端 (FB)的電壓降到再充電閾值以下時(shí)，自動(dòng)開(kāi)始新的充電周期。確定 。 (1)特點(diǎn) 內(nèi)部集成有 8 位模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動(dòng)調(diào)整充電電流；可利用太陽(yáng)能電池等輸出電流能力有限的電壓源供電的鋰電池充電應(yīng)用；輸入電壓范圍： 到 6V片內(nèi)功率晶體管；不需要外部阻流二極管和電流檢測(cè)電阻；恒壓充電電壓 ，也可通過(guò)一個(gè)外部電阻調(diào)節(jié)；為了激活深度放電的電池和減小功耗，在電池電壓較低時(shí)采用涓流充電模式；可設(shè)置的持續(xù)恒流充電電流可達(dá) 500mA；采用恒流恒壓恒溫模式充電，既可以使充電電流最大化，又可以防止芯片過(guò)熱；電源電壓掉電時(shí)自動(dòng)進(jìn)入低功耗的 睡眠模式；充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)雙指示輸出； C/10 充電結(jié)束檢測(cè)；自動(dòng)再充電；電池溫度監(jiān)測(cè)功能。內(nèi)部固定的恒壓充電電壓為 ，也可以通過(guò)一個(gè)外部的電阻調(diào)節(jié)。該器件內(nèi)部包括功率晶體管，應(yīng)用時(shí)不需要外部的電流檢測(cè)電阻和阻流二極管。在蓄電池的充電管理部分和蓄電池的放電部分都采用專用的芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了電路，降低了成本。而作為消費(fèi)產(chǎn)品，還要求它滿足成本低、可靠性高的特點(diǎn)。還使用 MATLAB 軟件建立了太陽(yáng)能電池的模型，對(duì)太陽(yáng)能電池最大功率的跟蹤進(jìn)行了仿真。 PID 控制PID 控制BOOST 電路蓄電池IUIgUgPWM太陽(yáng)能電池 圖 215 蓄電池恒流恒壓充電原理框圖 圖中 Ig—— 蓄電池恒流充電過(guò)程的電流參考值， (A)； Ug—— 蓄電池恒壓充電過(guò)程的電壓參考值 ,(V)。在恒流充電階段電池可以快速充電，在恒壓充電階段能夠確保電池 充到滿容量，這種充電方法所需充電時(shí)間短，充電效果好，能延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，并節(jié)省電能，充電又徹底，所以是當(dāng)前第 2章 太陽(yáng)能電池與蓄電池論述 15 普遍使用的一種充電方法。這種充電方法電解水很少，能夠避免蓄電池過(guò)充，但在充電初期電流過(guò)大，然后快速下降，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響。但是由于電池的可接受電流能力是隨著充電過(guò)程而逐漸下降的，到充電后期時(shí)，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過(guò)多，因此，恒流充電法不能很好地為 電池進(jìn)行充電。蓄電池作為系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置，必須對(duì)充電電流與充電電壓進(jìn)行合理的控制，才能保證電池的安全使用，提高電池的使用壽命 [7]。現(xiàn)在，普遍應(yīng)用的儲(chǔ)能電池主要有 :鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。得到太陽(yáng)能電池輸出的電流、電壓、功率的波形圖如圖 21圖 21圖 213 所示。其主要研究在 不同光照強(qiáng)度與溫度下太陽(yáng)能電池輸出最大功率的變化。 輸 入 V （ k ） ， I （ k ）Δ V = V ( k ) V ( k 1 )Δ I = I ( k ) I ( k 1 )Δ V = 0Δ I / Δ V = I / V Δ I / Δ V I / V Δ I = 0Δ I 0Vr e f =Vr e f Δ Vr e f Vr e f =Vr e f +Δ Vr e fVr e f =Vr e f Δ Vr e fVr e f =Vr e f +Δ Vr e fV ( K 1 ) = V ( K )I ( K 1 ) = I ( K )返 回是是是是是否否否否否圖27 電導(dǎo)增量法計(jì)算流程圖 1P W MZ e r o O r d e rH o l d 2Z e r o O r d e rH o l d 1Z e r o O r d e rH o l d = 1S w i t c h 1 = 1S w i t c hS i g nS c o p e 4S c o p e 3S c o p e 2S c o p e 1S c o p eS a t u r a t i o nR e p e a t i n gS e q u e n c e= =R e l a t i o n a lO p e r a t o rP r o d u c t 2P r o d u c t 1P r o d u c tM e m o r y 2M e m o r y 1M e m o r y0C o n s t a n t 31C o n s t a n t 20 . 0 0 1C o n s t a n t 10C o n s t a n t2V1I圖 28 電導(dǎo)增量法的 simulink 仿真模塊 (2)升壓變換器 DC/DC 變換器采用 BOOST 電路，太陽(yáng)能電池的輸出電壓 Upv就是 BOOST 電路的電源，設(shè) BOOST 電路的輸出電壓為 Uo。為了實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，需要在太陽(yáng)能電池與負(fù)載之間接入 DC/DC 變換器，通過(guò)對(duì) DC/DC 變化器的 PWM 驅(qū)動(dòng)。 ?? (213) 式中 α—— 參考光照強(qiáng)度下的電流溫度系數(shù)，取 (A/℃ )； β—— 參考光照強(qiáng)度下的電壓溫度系數(shù)，取 (V/℃ )。設(shè) T 為任意光照強(qiáng)度 S 及任意溫度 Tair下的太陽(yáng)能電池的溫度，則有： air ?? (28) 對(duì)于 IV特性曲線上任意一點(diǎn) (V39。 00 . 71 . 42 . 1 2 . 83 . 54 . 2500 . 40 . 81 . 21 . 62 . 02 . 4U / VI / A3 0 ℃2 0 ℃2 5 ℃ 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 圖 24(a) 太陽(yáng)能電池在 S=1000W/㎡ 時(shí) 不同溫度下的 IV特性曲線 00 . 7 1 . 42 . 12 . 83 . 5 4 . 2500 . 61 . 21 . 82 . 43 . 03 . 64 . 24 . 85 . 46 . 0U / VP / W2 0 ℃2 5 ℃3 0 ℃ 圖 24(b) 太陽(yáng)能電池在 S=1000W/㎡ 時(shí) 不同溫度下的 PV特 性曲線 由圖 24 可以看出，短路電流隨溫度的升高而略有增加，開(kāi)路電壓隨溫度的升高而大幅減少，所以，輸出功率是隨著溫度的升高而降低的。 00 . 1 6 0 . 3 30 . 5 8 0 . 6 50 . 8 30 . 9 6 1 . 1 61 . 3 31 . 5 0012345I / AU / VI s cI mU o cU m 圖 22(a) 太陽(yáng)能電池的 IV特性曲線 00 . 71 . 42 . 12 . 83 . 54 . 25 . 000 . 61 . 21 . 82 . 43 . 03 . 64 . 24 . 85 . 4U / VP / WU mP m 圖 22(b)太陽(yáng)能電池的 PV特性曲線 第 2章 太陽(yáng)能電池與蓄電池論述 7 由圖 22 可以得到太陽(yáng)能電池的幾個(gè)重要的參數(shù)： 短路電流 (Isc)：在給定光照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電流； 開(kāi)路電壓 (Voc)：在給定光照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電壓； 最大功率點(diǎn)電流 (Im)：在給定光照強(qiáng)度和溫度下相對(duì)于最大功率點(diǎn)的電流； 最大功率點(diǎn)電壓 (Vm)：在給定光照強(qiáng)度和溫度下相對(duì)于最大功率點(diǎn)的電壓； 最大功率點(diǎn)功率 (Pm)：在給定光照強(qiáng)度和溫度下輸出的最大功率。 太陽(yáng)能電池的等效電路 光伏電池受光的照射便產(chǎn)生電流。其工作原理是：當(dāng)太陽(yáng)光照射在半導(dǎo)體表面時(shí)，半導(dǎo)體吸收光能，并且產(chǎn)生許多光電子 空穴對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)的作用下，光生電子和空穴被分離，半導(dǎo)體兩端出現(xiàn)異種電荷的積累，即產(chǎn)生光生電壓。還應(yīng)用 MATLAB 仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行了仿真研究。太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷地提高，晶體硅的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 15%，單晶硅的光電轉(zhuǎn)換效率為 %，砷化鎵光電池的光電轉(zhuǎn)換效率是 25%，特別是新型的薄膜太陽(yáng)能電池由于用硅量只有硅片電池的1/100，加工工藝簡(jiǎn)化，可以大大縮短能量返還的時(shí)間，提高能量的再生比。 太陽(yáng)能國(guó)外研究狀況 太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)從 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)一直持續(xù)發(fā)展，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于全世界，特別是在非洲、澳洲、南美洲、亞洲等國(guó)家普遍受到重視。中國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在 20 世紀(jì) 80 年代以前一直處于起步階段，但是隨 著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，政府對(duì)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的關(guān)注與投入也越來(lái)越大?，F(xiàn)在一些較好的手機(jī)充電器有如下特點(diǎn)：多電壓可選、限流保護(hù)、體積小、重量輕、快速充電、自動(dòng)關(guān)斷等。首先，它特別適合應(yīng)急的場(chǎng)合，只要有陽(yáng)光的地方就可以進(jìn)行充電；其次，它體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保的理念，是一款綠色的產(chǎn)品。尤其是安全問(wèn)題特別重要，有關(guān)手機(jī)在充電過(guò)程中發(fā)生爆炸的事故很多，這很大程度上和手機(jī)充電器的質(zhì)量有關(guān)。目前，中國(guó)已擁有 13 億的手機(jī)用戶，如果手機(jī)無(wú)法正常使用，將會(huì)給我們的工作、生活帶來(lái)許多的不便，甚至造成巨大的損失。隨著太陽(yáng)能電池板價(jià)格方面越來(lái)越便宜和科學(xué)家在光伏技術(shù)方面研究的不斷深入，人類對(duì)于太陽(yáng)能的利用將會(huì)越來(lái)越