【正文】 太陽能電池是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片，只要一照到光，瞬間就可輸出電壓及電流。在中國大陸稱為硅芯片在物理學上稱為光生伏打 (Photovoltaic)，簡稱 PV (photo=light 光線 voltaics=electricity電力 )。非晶硅由于發(fā)電效率比較低，且長期壽命不如晶硅，運用在中大型發(fā)電系統(tǒng)的機會比較少，通常的運用為個人化運用產(chǎn)品，如手電筒、計算器等；也有一些設(shè)計為建材屋瓦、壁面或帷幕墻的運用，但均非太陽能發(fā)電系統(tǒng)主流產(chǎn)品。而 Ro為外接負載， ipv、 vp 為太陽能電池輸出電流及電壓。 圖 11 太陽能電池等效電路 在實際的應(yīng)用情況中，日射量、溫度改變時，太陽能板的特性也會跟著改變，因此需加以修正?？梢詮膱D 16及圖 17看出，當日射量、溫度改變時，對太陽能電池 VI 特性的影響，其中日射量的增加伴隨著短路電流的上升，并且對于開路電 壓則有微小的上升，此外隨著溫度的增加使二極管的障壁電位減少，因此太陽能電池的開路電壓下降，短路電流會有些微上升。 （ 2） （ 2）正常時約為 40mA，充電電流約為 85mA。 電池的安全充電 現(xiàn)代的太陽能充電器需要能夠?qū)卧妷骸⒊潆婋娏骱碗姵販囟冗M行精確地測量，在充滿電的同時避免由于過充電造成的損壞。最大充電電流 最大充電電流與電池容量 (C) 有關(guān)。例如，電池的容量為 750 mAh，充電電流為 750 mA，則充電電流為 1C (1 倍的電池容量 )。過熱 電池充電是將電能傳輸?shù)诫姵氐倪^程。但不是所有的電能都轉(zhuǎn)化為了電池中的化學 12 能。當電池充滿后若繼續(xù)充電，則所有的電能都將轉(zhuǎn)化為電池的熱能。 第 3章 手機充電器電氣的設(shè)計 降壓式電源轉(zhuǎn)換器 電路分析 為了產(chǎn)生一純直流的輸出訊號，平均輸出電壓會小于直流輸入電壓，可提供單極性的輸出電壓與單向輸出電流。 圖 31 降壓轉(zhuǎn)換器 為了得到一直流電位，加了一個開關(guān)?？衫枚O管、閘流體、 MOSFER、 BJT?作為電路上的電子開關(guān)組件。但因為從整流器 所流出來的直流信號并不是很理想，所以在整流器后加裝了一個低通濾波器來輸出信號趨于完美。 連續(xù)導(dǎo)通模式 開始分析轉(zhuǎn)換器前先做以下假設(shè)： 1. 電路操作于穩(wěn)態(tài)情況下。 3. 電容太大，輸出電壓保持固定為 VO，此限制稍后會放松以指出有限電容之影響。 5. 組件為理想 當輸入為一正弦波時 ，再開關(guān)閉合時， VX會等于 VS，會對電感充電。直到下一個正半周出現(xiàn)時，二極管才截止， VX才又會等于 VS。 而電感電流又分兩種模式，連續(xù)導(dǎo)通模式與非連續(xù)導(dǎo)通模式。反之，如果放電至零時，則稱為不連續(xù)導(dǎo)通模式。若組件非理想下，則電源還提供功率損失： PS??PO (理想狀態(tài) ) PS??PO??損失 (非理想狀態(tài) ) 4. 理想狀態(tài)下為電路操作在穩(wěn)態(tài)下，且電感電流為連續(xù)導(dǎo)通模式，各個組件皆為理想組件。決定輸出電壓 VO之分析重點為先檢視開關(guān)閉合之電感器電流與電壓，然后再檢視開關(guān)打開時之電壓與電流。 開關(guān)閉合時之分析 圖 32 開關(guān)閉合之電路圖 當開關(guān)閉合時，因為二極管為逆偏壓，所以沒有電流流過體成開路現(xiàn)象，電源電壓就自然的跨在二極管的兩端 . 而在理想狀態(tài)下、穩(wěn)態(tài)操作時要求在切換周期結(jié)束時之電感器電流與開始相同，電感電流一周期內(nèi)會變化為零。 脈波寬度調(diào)變度 (PWM) 脈波寬度調(diào)變 15 目前大多數(shù)的切換式電源供應(yīng)器都為脈波寬度調(diào)變 (PWM)的形式。 最近幾年有許多集成電路備發(fā)展出來，包括了設(shè)計整個切換式電源供應(yīng)器所需之功能，只要增加一些外部組件，就可以設(shè)計出切換式電源供應(yīng)器。在 PWM 系統(tǒng)中所產(chǎn)生的方形脈波可用來推動轉(zhuǎn)換晶體管至 ON 或 OFF 狀態(tài)，因此我們借故改變脈波的寬度 ，則轉(zhuǎn)換晶體管的導(dǎo)通時間就會適當?shù)販p少或增加，如此輸出電壓就可以達到穩(wěn)壓的狀態(tài)。如果有兩個以上的晶體管被驅(qū)動，則可以使用半橋式或全橋式電路，如此就需要用到雙波道 PWM 電路。 PWM 控制電路乃為整個切換式電源供應(yīng)器的心臟部份，不僅 16 可用于單端式，亦可為雙波道的應(yīng)用，不久之后制造廠商也開始推出改良過更而且具特色的 PWM 控制電路，例如德州儀器公司(Texas Instruments)就是改良 SG3524 而推出 TL494PWM 控制電路，其所提供的特色為可調(diào)整截止時間的控制電路，輸出晶體管具有高輸出或高輸入的能力，改進電流限制的控制能力，及輸出操控電路等。例如 SG1525A 與 SG1526 系列，除了先前所提到控制電路的一 些 特色外，而這些新的 IC 亦增加了一些特色，如欠壓鎖定 (undervoltage lookout)，可規(guī)劃性的柔性啟動，數(shù)字電流限制，以及操作頻率可達至 400kHz。因此僅需使用極少量的外部組件，就能實現(xiàn)完成順向式或反馳式的設(shè)計。而且 PWM 控制電路包含所有的控制、驅(qū)動、偵測與保護的效果。此種控制器的特色為低電流，非在線啟動電路 。而前饋的線穩(wěn)壓率 (feedforward line regulation) 17 可超過 4:1 的輸入范圍操作頻率可達 500kHz 等。PWM 之原理如圖 (31)所示，利用控制電壓 Vcon 與鋸齒波 Vtri 做比較以得到開關(guān)之切換信號 T。如圖 31 所示為 TL494 控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與方塊圖其內(nèi)部的線性鋸齒波 震蕩器乃為頻率可規(guī)劃式 (frequency programmable)，在腳 5 與腳 6 連接兩個外部組件 RT與 CT，既可獲得所需之頻率其頻率可由 (32)式計算得知 fOSC= 電容器 CT 截止時間比較器 回授 PWM 比較器 正反器時鐘輸入 正反器 Q 正反器 Q￣ Q1射極輸出 Q2射極輸出 輸出模控 圖 35 TL494 控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與方塊圖 輸出脈波寬度調(diào)變之達成可藉在電容器 CT 端的正鋸齒波與兩個控制信號中的任一個做比較而得知。當控制信號的振幅增加時，此時也會一致引起輸出脈波寬度的線性減少，如圖 38 所示的波形圖。當教 13的輸出?？刂贫私拥貢r，可獲得 96％最大工作周 期，而當?shù)? 13 接腳接至參考電壓時，可獲得 48％最大工作周期。 PWM 比較器提供一個方法給誤差放大器，乃由最大百分比的導(dǎo)通時間來做輸出脈波寬度的調(diào)整，此乃借著設(shè)定截止時間控制輸入端降至零電位，而此時再回授輸入腳的電壓變化可由 至 之間，此兩個誤差放大器有其模態(tài) (monmode)輸入范圍由 至 (Vcc2)V，而且可用來檢知電源供應(yīng)器的輸出電壓與電流。而第 3 腳通常用做頻率的補償，它主要目的是為了整個環(huán)路的穩(wěn)定度，特別注意的是運用回授時必須避免第 3 腳的輸入過宰電流大于 600181。 第二個誤差放大器可用來做過電流檢知回路，可使用檢知電阻來與參考電 壓源做比較，這回路的工作電壓接近地端，而此誤差放大器的轉(zhuǎn)換率 (slew rate)在 7V 之 Vcc 為 2V/us，但無論 21 如何在高頻運用中。它可運用于恒流限制電路或者外加組件作為電流回迭 (current feedback)的限流裝置，而動態(tài)電流限制最好能使用截止時間控制輸入端的第 4 腳。 當以單端方式 (singleended)操作時，最大工作周期須少于 50﹪，此時輸出驅(qū)動可至晶體管 Q1 或 Q2 取得，若在單端方式操作下需要較高的輸出電流，可以將 Q1 與 Q2 晶體管以并聯(lián)方式，而且輸出?？刂频牡? 13 腳必須接地，則使正反器在失 (disable)狀態(tài)，此時輸出的轉(zhuǎn)換頻率乃相當于震蕩器之頻率。A。 第 3 腳是相位校正和增益控制。 第 6 腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容。 第 9 腳為 TL494 內(nèi)部兩個末級輸出三極管集極。 第 12 腳為電源供電端。 第 14 腳為 5V 基準電壓輸出端，最大輸出電流 10mA。 23 第 4 章 充電器 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計 CCM 與 DCM 模擬與實作 在做電路實作之前，我們必須要知道各數(shù)據(jù)的考量以及最后實作出來的波形是否為我們所要的波形，所以我們在進行實作之前先使用 IsSpice這套電路仿真軟件來仿真我們之后要進行的實作電路。