安森美半導體NCP1294太陽(yáng)能充電控制器及其設計要點(diǎn)

前饋電壓模式控制
　　在傳統電壓模式控制中，斜坡信號有一個(gè)固定的上升和下降斜率。反饋信號僅來(lái)自輸出電壓。因此，電壓模式控制線(xiàn)路穩壓效果較差，且具有音頻易感性。前饋電壓模式控制源于斜坡信號輸入線(xiàn)路。因此，斜坡的斜率隨輸入電壓而變化。前饋功能也可以提供一個(gè)伏秒鉗位，這就限制了輸入電壓和導通時(shí)間的最大乘積值。電路中的鉗位電路，如正激和反激式轉換器可用來(lái)防止變壓器飽和。

NCP1294太陽(yáng)能充電控制器應用設計流程
　　當選擇太陽(yáng)能控制器拓撲結構時(shí)，重要的是要了解轉換器的基本操作及其局限性。選擇的拓撲結構是非反相四開(kāi)關(guān)非同步降壓-升壓拓撲結構。轉換器利用來(lái)自NCP1294的控制信號運行，Q1和Q2同時(shí)導通為L(cháng)1充電。四開(kāi)關(guān)降壓-升壓拓撲結構如圖3所示，其中的電感器用來(lái)控制電壓和電流。

　　
　　圖3：四開(kāi)關(guān)降壓-升壓拓撲結構
　　
　　四開(kāi)關(guān)非反相降壓-升壓有兩種操作模式，即降壓模式和降壓-升壓模式。在降壓模式下，轉換器產(chǎn)生輸入電壓脈沖，它經(jīng)過(guò)LC濾波來(lái)產(chǎn)生一個(gè)較低的直流輸出電壓。輸出電壓可以通過(guò)修改相對于開(kāi)關(guān)周期或開(kāi)關(guān)頻率的導通時(shí)間來(lái)改變。
　　
　　如果輸出電壓可能達到1％至89％，太陽(yáng)能控制器即運行在降壓模式。如果由于占空比的限制而無(wú)法達到該輸出電壓，它會(huì )切換到降壓-升壓模式，此時(shí)即可達到該輸出電壓。從89％到較低占空比的變化，如圖4所示。

　　
　　圖4：多個(gè)電池降壓和升壓模式之間的傳遞比
　　
　　需要注意的是，當轉換器模式從降壓到降壓-升壓切換時(shí)，誤差信號將需要一段時(shí)間來(lái)改變占空比。模式的瞬時(shí)變化將使降壓-升壓轉換器試圖在89％占空比進(jìn)行切換，并試圖轉換至47%；這會(huì )導致轉換器試圖在失衡區(trade over region）輸出130 V的結果。NCP1294通過(guò)脈沖電流限制器提供了一個(gè)脈沖，可以阻止轉換器能量達到危險的程度，在占空比條件下實(shí)現緩和過(guò)渡。

補償網(wǎng)絡(luò )
　　要創(chuàng )建一個(gè)穩定的電源，誤差放大器周?chē)难a償網(wǎng)絡(luò )必須配合PWM發(fā)生器和功率級使用。由于功率級設計的標準是根據應用設置的，補償網(wǎng)絡(luò )必須有正確的整體輸出，以確保穩定性。NCP1294是一個(gè)電壓模式電壓前饋器件，因此需要一個(gè)采用輸入電壓修改斜坡的電壓環(huán)路。功率級的輸出電感和電容可形成一個(gè)雙極點(diǎn)，環(huán)路必須為此進(jìn)行補償。

系統開(kāi)啟和電池電流消耗
　　正在創(chuàng )建的系統連接了兩個(gè)有限源，將在一天的不同時(shí)間為負載供電，如果是在同一時(shí)間將不會(huì )供電，除了短暫時(shí)間。該系統并不完整，沒(méi)有安裝電池和太陽(yáng)能電池板，因此，有利于電池負載和太陽(yáng)能電池板源存在與否的檢測。例如，如果沒(méi)有連接電池，在提供電池電壓時(shí)，它不會(huì )消耗太陽(yáng)能電池板的能量。如果連接了太陽(yáng)能電池板，為了尋找要連接的太陽(yáng)能電池板，電池將被耗盡。檢查太陽(yáng)能電池板連接和電池連接的一個(gè)簡(jiǎn)單解決方案是使用低電流消耗比較器。
　　
　　在白天時(shí)間系統對電池充電，而在夜間電池放電照亮定義的空間。雖然輸入能量不能保證，但輸出能量可在相當長(cháng)的時(shí)間保持不變。如果一個(gè)系統的大小不合適，電池可能因放電而損壞。要防止電池損壞，必須用LED電路抑制操作，防止電池耗盡。

輸入和輸出電流的平衡
　　當構建一個(gè)理想的太陽(yáng)能控制器時(shí)，控制器應保護電池或負載，同時(shí)從太陽(yáng)能電池板提取最大的能量。不幸的是，在現實(shí)世界中顧客或安裝人員可能會(huì )購買(mǎi)一個(gè)大型太陽(yáng)能電池板和一個(gè)小電池。如果太陽(yáng)能控制器是在峰值功率下充電，電池充電速度過(guò)快，會(huì )縮短電池壽命或可能發(fā)生爆炸?？刂破鲬撟龅氖枪芾黼姵匦枨?，根據太陽(yáng)能電池板提供的峰值功率來(lái)平衡充電速度。因此，最大電池充電速率的設定和選擇方案是需要確定如何限制系統的輸出電流。電流的設定是通過(guò)NCP1294所提供3.3V基準和電阻分壓器網(wǎng)絡(luò )完成的。短接一個(gè)或多個(gè)轉接口（header）將實(shí)現不同的電流限制值。

反極性保護
　　除了正常的太陽(yáng)能電池板瞬態(tài)，還有四種不同的輸入輸出連接可能性。第一種情況，輸入和輸出連接正確，無(wú)需保護。第二種情況，輸入電壓反向連接。如果在這種情況下允許電流流過(guò)，那么所有輸出二極管都可能損壞。