PWM太阳能控制器设计

https://pvsolar.taobao.com/ PV 光伏工厂店 联系方式： 18838903270（微信同号） QQ1058999501 郭先生 PWM太阳能控制器设计 在独立 太阳能 发电系统中，为了降低成本、提高效率和可靠性，既要使光伏电池输出最大功率，又要使蓄电 池正确充放电，同时还要最大限度地利用所发电能。在目前的光伏系统 中，这三者的实现存在矛盾，通常只 能兼顾一个方面，例如只追踪光伏电池最大功率点将会放弃蓄电池的最佳充放电，从而限制了系统的效率和 寿命。因此我们在选择充电方法时应综合考虑各种因素、使用场合等来设计性能优良的充电控制器。 1 充电控制器原理 本文所设计的充电控制器采用了斩波式 PWM原理，分两个阶段，第一阶段为快充阶段，第二阶段为 PWM 阶段 (慢充阶段 )。 图 1所示电路采用斩波式 PWM 充电原理，检测蓄电池的充电端电压，将检测得到的蓄电池端电压与给 定点电压比较，若小于给定电压，斩波器全通，迅速给蓄电池充 电 ; 当蓄电池的电压大于给定电压时，则根 据比例调整功率管的占空比，充电进入慢充阶段，改善充电特性，防止过充。 2 充电电路的设计 充电控制的开关 管 (斩波管 )选用 POWERMOFFETIRF4905。此管是 P 沟道的 MOFFET 管，具有小导通电阻， RON=20mΩ，最大通态电流 ID=74A (条件温度 25℃， VGS=-10V)，开关速度快，具有很好的开关性能。当此 管栅源电压 VGS-8.0V 时，此管作为开关管就有很好的开关性能。又因为此管为 P 沟道，很容易把基准电 压选在一个点上，则系统的可靠性会得到较大提高。 (1)IRF4905 MOFFET 管的驱动电路的设计在图 2所示电路原理图中， MBR2060 是肖特基二极管，其中正 向导通压降为 0.3V，最大导通电流为 20A， 完全满足系统要求。此二极管的作用是防反充，也就是当蓄电 池电压高于太阳电池电压时，二极管截止，防止了蓄电池向太阳电池反充电。 https://pvsolar.taobao.com/ PV 光伏工厂店 联系方式： 18838903270（微信同号） QQ1058999501 郭先生 D52 是一个防止蓄电池正负极性反接的保护二极管，即当蓄电池反接时， D52正向导通，电流很大，熔 断丝即可烧断，电路断开，从而保护了控制器和蓄电池，提高了系统的可靠性。 图 2 充电控制电路图单片机 (P2.0)给出充电的控制信号，即 P2.0=1， NPN 型 S9013 的三极管导通，由 于此三极管工作于射极输出状态，其发射极为高电平， Q54 (2SD667)NPN 三极管导通， 由于稳压管 D50的 作用，使得 IRF4905管的栅源电压钳位在 -10V， IRF4905 管导通， 太阳电池向蓄电池充电。反之，前两极 三极管均截止 VGS=0V， IRF4905 管断开，太阳电池不能向蓄电池充电。 3 脉宽调制充电子程序流程 脉宽调制子程序完成太阳电池向蓄电池以脉宽调制的方式充电，控制器根据蓄电池的荷电状态来控制白 天太阳电池向蓄电池充电，其目的是为了改善充电效果和保护蓄电池，防止蓄电池过充。 https://pvsolar.taobao.com/ PV 光伏工厂店 联系方式： 18838903270（微信同号） QQ1058999501 郭先生 具体方案是，当检测到蓄电池的电压小于 13.5V 时，开关管始终接通，即采取全通充电方式，如果检测 到蓄电池电压大于 13.5V 并小于 14.4V 时采取脉宽调制方式充电，随着蓄电池电压的增加，脉宽不断的变 窄，直到蓄电池端电压上升为 14.4V 时，脉宽检校为 0，停止充电。脉宽调制方式由软件来实现。 我们取脉冲的周期为 2ms， MOS管的开关频率为 500Hz。 当蓄电池的电压 Vbat=14.05V 时， 其脉宽波形如图 4所示。 当蓄电池的电压 Vbat=14.22V 时，其脉宽波形如图 5所示。 https://pvsolar.taobao.com/ PV 光伏工厂店 联系方式： 18838903270（微信同号） QQ1058999501 郭先生 4 结论 对所设计的充电电路进行了充电实验，验证了电路的预设功能。系统能够有效判断蓄电池的充电状态， 并采取相应的充电方式，达到延长蓄电池使用寿命的目的。