詳解太陽(yáng)能充電控制器及其設計要點(diǎn)

　　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。

　　不過(guò)，在圖5所示B或C的輸入端串聯(lián)一個(gè)二極管就可以保護所有器件。串聯(lián)二極管的一個(gè)缺點(diǎn)是，它會(huì )連續耗散系統功率。如果反向極性保護二極管放在高電流系統中，損耗可能會(huì )很大。實(shí)施反極性保護的另一種方法是放置一個(gè)二極管，例如，當施加反向電壓時(shí)它會(huì )使保險絲開(kāi)路，如圖5 D所示。選擇的保險絲可以是一個(gè)用戶(hù)可更換或波利熱熔斷器。保險絲可以提供必要的保護，但可能導致不太好的用戶(hù)體驗。實(shí)現二極管反向極性保護的低損耗方式是使用MOSFET，當施加的電壓極性正確時(shí)MOSFET導通，而在電壓極性不正確時(shí)關(guān)閉。圖5 E所示。

　　圖5：反極性的輸入端連接

　　在第三種情況下，輸出是反極性連接，輸入是正確連接，功率元件可能會(huì )損壞。由于源假定為鉛酸電池，保護至關(guān)重要，因為損壞的元件可能消耗大量的能量。圖5 B顯示了防止反向輸出電壓的方法之一。

　　最后一種情況是輸入和輸出的連接都不正確。在這種情況下，如果設計人員實(shí)施了第二和第三種保護，輸入和輸出都將受到保護。設計人員不應忽略電壓抑制器，它安裝在瞬態(tài)電壓的輸入端，其極性可能正確或不正確。因此，重要的是要有雙向瞬態(tài)抑制器，能夠承受正常反極性電壓而不會(huì )損壞。

　　電池充電

　　鉛酸電池充電有三個(gè)階段：恒流充電或大電流充電、吸收或恒壓模式，以及浮充電。在大電流充電期間，電流保持恒定，這是由NCP1294脈沖電流限制和電流設置電路的脈沖完成的。除非最大功率點(diǎn)低于這個(gè)水平，電流都將保持在設計人員或用戶(hù)設定的充電速率，此時(shí)將充電到最大功率點(diǎn)調整率。

　　OOV比較器

　　NCP1294配備了一個(gè)OOV比較器，可以監測輸出電池電壓，以確定是否反饋機制已損壞，或遠程檢測受到超過(guò)電池溫度補償的電池電壓的影響。當斷開(kāi)OOV時(shí)系統關(guān)閉。比較器可用在系統輸入或系統輸出，但推薦用作輸出的故障安全機制。當使用單電池系統時(shí)，可以使用18V的觸發(fā)點(diǎn)（trip point）或基于充電狀態(tài)設置觸發(fā)點(diǎn)。如果使用浮動(dòng)電壓狀態(tài)，需要設置15 V為觸發(fā)電壓。

　　OUV功能

　　NCP1294的欠壓鎖定功能（OUV）功能可監測轉換器的輸入電壓，以確定是否輸入電壓水平會(huì )導致熱問(wèn)題。OUV可以獨立監測輸入電壓，以確保輸入電壓在理想水平，從而提供最大輸出功率。

　　OTP功能

　　由于太陽(yáng)能控制器可能以不恰當的方式使用，建議對降壓主開(kāi)關(guān)的溫度進(jìn)行監測，以確定它是否超過(guò)了最高溫度水平。如果主MOSFET的溫度已超過(guò)了適當的水平，過(guò)溫保護（OTP）可以抑制電流以減少系統功耗。

　　熱管理

　　NCP1294是一個(gè)低功耗器件。一旦確定了IC功耗，設計人員可以計算出所需的熱阻抗，以保持最差環(huán)境溫度下指定的結溫。太陽(yáng)能控制器的熱性能受PCB布局影響很大。在設計過(guò)程中應格外小心，以確保IC和電源開(kāi)關(guān)在建議的環(huán)境條件下工作。任何電源設計都應進(jìn)行適當的實(shí)驗室測試，以確保在最差工作條件下設計所需的功耗。在測試過(guò)程中考慮的變量應包括最高環(huán)境溫度、最小氣流、最大輸入電壓、最大負載和元件變化（即最差情況下MOSFET的RDSON）。

　　太陽(yáng)能電池板

　　NCP1294評估板支持的太陽(yáng)能電池板在5 W和120 W之間。這里考慮的是行業(yè)標準類(lèi)型的太陽(yáng)能電池板。最常見(jiàn)類(lèi)型的太陽(yáng)能電池是晶體硅，它有兩種主要類(lèi)型：?jiǎn)尉Ч韬投嗑Ч?。單晶硅能效最高，但生產(chǎn)也比較昂貴，通常僅限于商業(yè)和住宅應用。非晶太陽(yáng)能電池板由涂覆在不銹鋼或類(lèi)似材料上的熔融硅薄膜構成。晶體結構非常脆弱，通常夾在兩片玻璃之間，以利于保護。單晶硅的效率為18％，多晶硅為15％，非晶態(tài)為10％。

　　圖6：太陽(yáng)能控制器電路板

　　利用這個(gè)功能豐富而靈活的解決方案，工程師可以根據不同太陽(yáng)能電池板的要求開(kāi)發(fā)出適用的產(chǎn)品，讓最終用戶(hù)享用到先進(jìn)半導體技術(shù)帶來(lái)的便利和更好的使用體驗。