中心議題：

• 太陽能充電控制器原理
• 太陽能充電電路設(shè)計(jì)
• 脈寬調(diào)制充電子程序流程

蓄電池優(yōu)良的特性和較長(zhǎng)的使用壽命在一定程度上取決于正確的充放電，錯(cuò)誤的充電會(huì)使蓄電池壽命縮短、性能變差。合適的充電電流和選擇充電方法非常重要。

蓄電池的充電方法很多，例如恒流、恒壓、最大功率跟蹤充電等。根據(jù)蓄電池的不同應(yīng)用場(chǎng)合，可選擇相應(yīng)的充電方式。

在光伏利用系統(tǒng)中，太陽電池的輸出特性與當(dāng)時(shí)日照、太陽電池表面溫度以及負(fù)載有關(guān)，且具有非線性特性，蓄電池在充電過程中其端電壓也在不斷發(fā)生變化。

在獨(dú)立太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，為了降低成本、提高效率和可靠性，既要使光伏電池輸出最大功率，又要使蓄電池正確充放電，同時(shí)還要最大限度地利用所發(fā)電能。在目前的光伏系統(tǒng)中，這三者的實(shí)現(xiàn)存在矛盾，通常只能兼顧一個(gè)方面，例如只追蹤光伏電池最大功率點(diǎn)將會(huì)放棄蓄電池的最佳充放電，從而限制了系統(tǒng)的效率和壽命。因此我們?cè)谶x擇充電方法時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素、使用場(chǎng)合等來設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的充電控制器。

1 充電控制器原理

本文所設(shè)計(jì)的充電控制器采用了斬波式PWM原理，分兩個(gè)階段，第一階段為快充階段，第二階段為PWM 階段（慢充階段）。

圖1所示電路采用斬波式PWM 充電原理，檢測(cè)蓄電池的充電端電壓，將檢測(cè)得到的蓄電池端電壓與給定點(diǎn)電壓比較，若小于給定電壓，斬波器全通，迅速給蓄電池充電； 當(dāng)蓄電池的電壓大于給定電壓時(shí)，則根據(jù)比例調(diào)整功率管的占空比，充電進(jìn)入慢充階段，改善充電特性，防止過充。

2 充電電路的設(shè)計(jì)

充電控制的開關(guān)管（斬波管）選用POWER MOFFETIRF4905。此管是P 溝道的MOFFET 管， 具有小導(dǎo)通電阻， RON=20mΩ，最大通態(tài)電流ID＝74A （條件溫度25℃， VGS＝－10V），開關(guān)速度快，具有很好的開關(guān)性能。當(dāng)此管柵源電壓VGS<-8.0V 時(shí)，此管作為開關(guān)管就有很好的開關(guān)性能。又因?yàn)榇斯転镻 溝道，很容易把基準(zhǔn)電壓選在一個(gè)點(diǎn)上， 則系統(tǒng)的可靠性會(huì)得到較大提高。
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（1）IRF4905 MOFFET 管的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
在圖2所示電路原理圖中，MBR2060 是肖特基二極管，其中正向?qū)▔航禐?.3V，最大導(dǎo)通電流為20A， 完全滿足系統(tǒng)要求。此二極管的作用是防反充，也就是當(dāng)蓄電池電壓高于太陽電池電壓時(shí)，二極管截止，防止了蓄電池向太陽電池反充電。

D52 是一個(gè)防止蓄電池正負(fù)極性反接的保護(hù)二極管，即當(dāng)蓄電池反接時(shí)，D52正向?qū)ǎ娏骱艽?，熔斷絲即可燒斷，電路斷開，從而保護(hù)了控制器和蓄電池，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（2）充電過程
單片機(jī)（P2.0）給出充電的控制信號(hào)，即P2.0=1，NPN 型S9013 的三極管導(dǎo)通，由于此三極管工作于射極輸出狀態(tài)， 其發(fā)射極為高電平，Q54 （2SD667）NPN 三極管導(dǎo)通， 由于穩(wěn)壓管D50的作用， 使得IRF4905管的柵源電壓鉗位在-10V，IRF4905 管導(dǎo)通， 太陽電池向蓄電池充電。反之，前兩極三極管均截止VGS=0V，IRF4905 管斷開，太陽電池不能向蓄電池充電。

3 脈寬調(diào)制充電子程序流程

脈寬調(diào)制子程序完成太陽電池向蓄電池以脈寬調(diào)制的方式充電，控制器根據(jù)蓄電池的荷電狀態(tài)來控制白天太陽電池向蓄電池充電，其目的是為了改善充電效果和保護(hù)蓄電池，防止蓄電池過充。

具體方案是，當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓小于13.5V時(shí)，開關(guān)管始終接通，即采取全通充電方式，如果檢測(cè)到蓄電池電壓大于13.5V 并小于14.4V 時(shí)采取脈寬調(diào)制方式充電，隨著蓄電池電壓的增加，脈寬不斷的變窄，直到蓄電池端電壓上升為14.4V 時(shí)，脈寬檢校為0，停止充電。脈寬調(diào)制方式由軟件來實(shí)現(xiàn)。

我們?nèi)∶}沖的周期為2ms，MOS管的開關(guān)頻率為500Hz。

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當(dāng)蓄電池的電壓Vbat=14.05V時(shí)， 其脈寬波形如圖4所示。

當(dāng)蓄電池的電壓Vbat=14.22V 時(shí)，其脈寬波形如圖5所示。

4 結(jié)論

對(duì)所設(shè)計(jì)的充電電路進(jìn)行了充電實(shí)驗(yàn)， 驗(yàn)證了電路的預(yù)設(shè)功能。系統(tǒng)能夠有效判斷蓄電池的充電狀態(tài)，并采取相應(yīng)的充電方式，達(dá)到延長(zhǎng)蓄電池使用壽命的目的。