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一种太阳能电池板电池充电器设计全过程

2011-11-15 15:25
FlappyBird
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  样机运行良好,因此我购买了几块凌力尔特公司的演示板,并稍作修改以使其更适合重新设计过的系统规格要求。我保持样机作为备份和参考,同时我设计了一个新系统。我们解决了一些故障后,通过这些修改改善了原来的样机。总之,架构设计仍然是相同的:用 0 至 20V 的太阳能电池板,以 4A 的恒定电流给一个 12V 的电池充电。

  太阳能电池充电器系统设计

  用这些演示板忙活几天之后,我成功地完成了一个产生预期效果的设计,这设计将适合我们这次旅程。系统的方框图如图 3 所示,该图显示了一些 IC 和演示板功能。系统的照片如图 4 所示,显示了完整的太阳能电池板电池充电器单元。

图 3:系统设计方框图

图 4:最终的太阳能充电器电路

  视太阳的位置不同而不同,太阳能电池板最初的输出电压在 0V 到 20V 之间变化,那么就用一个能接受这么宽输出范围的稳压器,并保持吸取低的电流 (每个电池板上的输入电流最大值都是 4A),同时调节一个固定的输出电压。这是在 DC1198A-B 演示板上用凌力尔特公司的微型模块 (μModule) DC/DC 降压-升压型开关稳压器 LTM4607 实现的。

  LTM4607 是一个小型 LGA 封装 (15mm x 15mm x 2.8mm) 的芯片,其中包括一个复杂的降压-升压型 DC/DC 开关稳压器所需的所有支持控制组件。复杂的开关控制电路和 FET 内置到微型模块稳压器中,从而使该器件非常容易使用。结果是仅需一个微型模块稳压器、电感器以及几个电容器和电阻器就完成简洁规则的布局。4.5V 至 36V 的宽输入电压范围至固定 20V 输出 (范围为 0.8V 至 24V) 对于太阳能电池板的特性 (0 至 20V 输出) 正合适,而且该器件能加载高达 5A 的升压模式和 10A 的降压模式。在太阳能电池板峰值功率时,20V 输入至 20V/2.5A 输出的效率是 91%,而且积极利用了降压-升压型宽范围输入的好处。就这个系统设计的目的而言,输出调节到 20V,用这个输出给 LTC1435/LT1620 高效率、低压差电池充电器系统供电。

  在 14V 稳定电压时,LTC1435/LT1620 演示板 (DC133A) 将充电电流控制到稳定的 4A.该演示板与 LT1620 数据表第一页上的应用电路类似,我将 FB 电阻器 (110k) 换成一个可变电位器,以实现输出电压调节,并将电池浮置电压设置到 14V.该演示板设计利用 LT1620 轨至轨电流检测放大器,结合 LTC1435 开关稳压器电路的高效率和低压差能力,形成了一个效率超过 95% 的电池充电器,从而在 4A 充电电流时仅需要 0.5V 输入至输出电压差。一个到地的编程电流设置电池充电电流 (4A),该电池充电电流一直是稳定的,直到电池电压达到预设的浮置电压 (在本文情况下为 14V) 为止。随着电池达到其满充电状态,电路的编程将自动转入涓流充电状态,并就电池的输出电压而言缓慢降低充电电流。这减轻了由于恒定过冲电给电池造成的压力。

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