24V/5A太陽(yáng)能控制器電路設計

　　P87LPC767 使用P1.7（Fzs）和P1.6（PWM）作為兩個(gè)MOSFET 的柵極控制信號。以S1 的控制為例，當P1.6 輸出高電平時(shí)，MOS 管S1 導通，S1 柵極驅動(dòng)信號vgs1被拉低，S1截止。如圖6 所示。由于MOSFET的柵極驅動(dòng)電壓不能超過(guò)20 V，因此當P1.6 輸出為低電平時(shí)，V5 截止，蓄電池電壓經(jīng)R9和R13分壓后產(chǎn)生S1的驅動(dòng)信號。S1 和S2 在主回路中的連接方法可解決其驅動(dòng)共地問(wèn)題。

圖6 MOSFET的驅動(dòng)電路

　　圖6 MOSFET的驅動(dòng)電路，控制器還配置了蓄電池放電容量指示燈，如圖7所示。4 個(gè)發(fā)光二極管分別對應蓄電池容量的100%、75%、50%和25%。P87LPC767 測量蓄電池端電壓后，根據其數值決定4 個(gè)發(fā)光二極管的亮滅情況。需要指出的是，當蓄電池充電時(shí)，其端電壓與容量沒(méi)有直接關(guān)系，發(fā)光二極管的指示沒(méi)有實(shí)際意義，只有當蓄電池放電時(shí)，其端電壓可以在一定程度上反映電池容量。

圖7 蓄電池容量指示驅動(dòng)電路

　　4 結語(yǔ)

　　提供了一套24 V/5 A 太陽(yáng)能控制器電路，其成本低廉且性能穩定，具備廣泛推廣的價(jià)值。

　摘要：介紹了太陽(yáng)能電池的基本原理和伏安特性，提供了一套24V/5 A太陽(yáng)能控制器的電路。該電路將太陽(yáng)能電池陣列與蓄電池直接耦合，采用低功耗的單片機P87LPC767 作為控制電路的核心，實(shí)時(shí)測量蓄電池的端電壓，通過(guò)脈寬調制控制太陽(yáng)能電池陣列的充電電壓，并通過(guò)功率管控制蓄電池與負載的通斷，實(shí)現對蓄電池的放電保護。

　　0 引言

　　能源是人類(lèi)社會(huì )存在和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。目前的世界能源以煤炭、石油和天然氣等化石能源為主體。而化石能源是不可再生的資源，并且在生產(chǎn)和消費過(guò)程中產(chǎn)生大量污染物，破壞生態(tài)環(huán)境。

　　通過(guò)太陽(yáng)能電池將資源無(wú)限、清潔干凈的太陽(yáng)輻射能轉化為電能的太陽(yáng)能光伏發(fā)電，是新能源和可再生能源家族中的重要成員之一。

　　1 太陽(yáng)能電池的基本原理及伏安特性

　　當物體受到光照時(shí)，物體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢和電流，這種現象稱(chēng)為光生伏打效應。該效應在液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)中都會(huì )發(fā)生。但只有在固體中，尤其是在半導體中，才會(huì )有較高的轉換效率。

　　太陽(yáng)能電池是一種利用光生伏打效應把光能轉換為電能的器件，當太陽(yáng)光照射到半導體P-N結時(shí)，就會(huì )在P-N 結兩邊產(chǎn)生電壓，使P-N 結短路，從而產(chǎn)生電流。這個(gè)電流隨著(zhù)光強度的加大而增大，當接受的光強度達到一定數量時(shí)，就可以將太陽(yáng)能電池看成恒流電源。

　　對于太陽(yáng)能電池方陣而言，應按照用戶(hù)的要求、負載的用電量及技術(shù)條件確定太陽(yáng)能電池組件的串并聯(lián)數。串聯(lián)數由太陽(yáng)能電池方陣的工作電壓決定，應考慮蓄電池的均浮充電壓、線(xiàn)路損耗以及溫度變化對太陽(yáng)能電池的影響。蓄電池的容量決定其最大充電電流，該數值再結合負載電流，可決定太陽(yáng)能電池并聯(lián)數。

　　太陽(yáng)能電池的輸出特性圖如圖1所示，太陽(yáng)能電池的輸出伏安特性曲線(xiàn)是進(jìn)行系統分析的最重要的技術(shù)數據之一。從圖1 中可以看出，太陽(yáng)能電池的伏安特性具有強烈的非線(xiàn)性。

圖1 太陽(yáng)能電池輸出特性

　　在光伏系統中，負載的匹配特性決定了系統的工作特性和太陽(yáng)電池的有效利用率。要想在太陽(yáng)電池供電系統中得到最大功率，必須跟蹤日照強度和環(huán)境溫度條件，不斷改變其負載阻抗的大小，從而達到陣列與負載的最佳匹配，該方法被稱(chēng)為最大功率點(diǎn)跟蹤淵MPPT冤法。

　　2 小功率太陽(yáng)能控制器

　　圖2 為小功率太陽(yáng)能控制器電路結構圖，蓄電池和太陽(yáng)能電池陣列直接耦合， 當白天有陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)能電池陣列向蓄電池充電，當夜晚或陰天陽(yáng)光不足時(shí)，蓄電池放電，保證負載不停電。

圖2 小功率太陽(yáng)能控制器電路結構

　　對于小功率太陽(yáng)能控制器而言，為節約成本，常用的控制方式為恒定電壓跟蹤淵CVT冤法，即通過(guò)合理選擇太陽(yáng)電池的串并聯(lián)數，使陣列在最大功率點(diǎn)附近的運行電壓近似于蓄電池的端電壓，即可獲得蓄電池和太陽(yáng)電池方陣之間的電壓最佳匹配。