Bang－bang 光伏穩壓器無(wú)需磁性元件

光伏系統通常包括一種儲能方式——電池或超級電容器——在沒(méi)有陽(yáng)光或電源瞬變期間為負載提供電力。但是，在可行的情況下，無(wú)存儲系統是具有更高 MTBF 的更環(huán)保的替代方案。

光伏系統通常包括一種儲能方式——電池或超級電容器——在沒(méi)有陽(yáng)光或電源瞬變期間為負載提供電力。但是，在可行的情況下，無(wú)存儲系統是具有更高 MTBF 的更環(huán)保的替代方案。

圖 1 中描述的設計理念 是一種光伏穩壓器，它以開(kāi)關(guān)式 開(kāi)關(guān)模式運行，可實(shí)現高效率。它易于擴展且僅使用分立組件。

圖 1  簡(jiǎn)單的自由運行光伏穩壓器（注：D2 和 D3 是齊納二極管）。

PMOS 晶體管 M1 的導通和截止為輸出電容 C1 充電。當 M1 打開(kāi)時(shí)，光伏電源達到其開(kāi)路電壓C1向負載放電；當M1導通時(shí)，光伏電源被鉗位到輸出電壓V O，C1再次充電。

光伏源的 SPICE 模型由 I1-D1-R1-R2 給出，它代表一串 30 個(gè)串聯(lián)的低功率硅太陽(yáng)能電池。

電路操作如下：M1 在啟動(dòng)期間導通，因為 R3 和齊納二極管 D2 將 V GS設置 為 12V。當 C1 充電時(shí)，齊納 D3 上的電壓上升直至達到 10V，從而設置電壓參考電平。V O 繼續上升，直到由 Q3 和 Q4 組成的差分放大器的輸出打開(kāi) Q2 和 Q1，從而關(guān)閉 M1。

然后V O 下降，直到差分放大器的輸出不足以保持 Q2 導通。穩壓器無(wú)限期地保持在 bang-bang 模式，輸出電壓由下式給出：

 (1)

輸出電壓紋波和開(kāi)關(guān)頻率可以通過(guò)輸出電容C1和反饋網(wǎng)絡(luò )電容C2來(lái)調節。增加 C2 值會(huì )減慢電壓檢測速度，這可能是穩定目的所必需的，但也會(huì )增加輸出紋波。建議根據應用在開(kāi)關(guān)頻率和輸出電壓紋波之間取得平衡。

原型的波形如圖 2所示。15V 輸出的紋波小于 0.5V P-P ，開(kāi)關(guān)頻率略高于 25kHz。

圖 2  穩壓器波形。藍色：輸出電壓；綠色：輸入電壓；青色：M1電流。

總而言之，該電路是一種簡(jiǎn)單但穩健且通用的解決方案，可從光伏電源獲得穩壓電壓。該設計很容易適應其他電壓或電流需求。