安森美半導(dǎo)體開發(fā)了一款太陽能電池控制器NCp1294，用來實(shí)現(xiàn)太陽能電池板的最大峰值功率點(diǎn)跟蹤(MppT)，以最高能效為蓄電池充電。本文將介紹該器件的一些重要功能和應(yīng)用時(shí)要注意的問題。

增強(qiáng)型電壓模式pWM控制器

NCp1294是一款固定頻率電壓模式pWM前饋控制器，包含電壓模式運(yùn)作所需的所有基本功能。作為支持降壓、升壓、降壓-升壓及反激等不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的充電控制器，NCp1294針對高頻初級端控制操作進(jìn)行了優(yōu)化，具有逐脈沖限流及雙向同步功能，支持功率最高達(dá)140W的太陽能板。這款器件供應(yīng)的MppT功能能夠定位最大功率點(diǎn)，并實(shí)時(shí)根據(jù)環(huán)境條件來調(diào)節(jié)，使控制器保持接近最大功率點(diǎn)，從而從太陽能板析取最大的電量，供應(yīng)最佳的能效。

此外，NCp1294還具有軟啟動(dòng)、精確控制占空比限制、低于50μA的啟動(dòng)電流、過壓和欠壓保護(hù)等功能。在太陽能應(yīng)用中，NCp1294可以作為一種靈活的解決方法，用在模塊級電源管理(MLpM)解決方法。基于NCp1294的參考設(shè)計(jì)最大功率點(diǎn)追蹤誤差小于5%，可以為串聯(lián)或并聯(lián)的四個(gè)電池充電。圖1是NCp1294120W太陽能控制器框圖。

圖1：安森美半導(dǎo)體的NCp1294120W太陽能控制器框圖

如圖1所示，該系統(tǒng)的核心是功率段，它必須承受12V至60V的輸入電壓，并出現(xiàn)12V至36V的輸出。由于輸入電壓范圍覆蓋了所需的輸出電壓，必須有一個(gè)降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來支持應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員可以選擇多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：SEpIC、非反相降壓-升壓。反激式、單開關(guān)正激、雙開關(guān)正激、半橋、全橋或其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)工作包括根據(jù)功率需求的新增隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。電池充電狀態(tài)的管理是由適當(dāng)?shù)某潆娝惴ㄍ瓿傻摹Ｌ柲茈姵匕灏惭b技師可以選擇輸出電壓和電池充電速率。由于控制器要連接到太陽能電池板，它必須具有最大功率點(diǎn)跟蹤，為最終客戶供應(yīng)高價(jià)值。控制器有兩個(gè)正使能(Enable)電路，一個(gè)電路檢測黑夜時(shí)間，另一個(gè)檢測電池的充電狀態(tài)，使外部電路不會(huì)使電池對損壞點(diǎn)放電。由于控制器將由不同程度相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)場技術(shù)人員和新手安裝，因此重要的是輸入和輸出必須有反向極性保護(hù)。另外，控制器和電池可能安裝在過熱或過冷的位置，控制器必須采用電池充電溫度補(bǔ)償。設(shè)計(jì)還應(yīng)包括安全功能，如電池過壓檢測和太陽能電池板欠壓檢測。

動(dòng)態(tài)MppT工作原理

為了從功率可變的電源(即太陽能電池板)析取出最大的功率，太陽能控制器必須采用MppT。MppT必須首先找到最大功率點(diǎn)并及時(shí)調(diào)整環(huán)境條件，以保持控制器接近最大功率點(diǎn)。動(dòng)態(tài)MppT用在系統(tǒng)發(fā)生改變的情況下。由于每個(gè)開關(guān)周期都在發(fā)生變化，太陽能電池板汲取的功率也會(huì)在每個(gè)周期有明顯的改變。動(dòng)態(tài)MppT利用太陽能電池板的電壓驟降乘以每個(gè)開關(guān)周期新增的電流，以確定將要出現(xiàn)的誤差信號來調(diào)節(jié)占空比。動(dòng)態(tài)響應(yīng)可檢測IV曲線的斜率，從而建立一個(gè)功率斜坡，從誤差信號相交點(diǎn)建立一個(gè)代表占空比的功率。當(dāng)斜坡變化斜率從正到負(fù)時(shí)該周期結(jié)束，如圖2所示。

圖2：pWM穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器的電壓和電流

前饋電壓模式控制

在傳統(tǒng)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。反饋信號僅來自輸出電壓。因此，電壓模式控制線路穩(wěn)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路。因此，斜坡的斜率隨輸入電壓而變化。前饋功能也可以供應(yīng)一個(gè)伏秒鉗位，這就限制了輸入電壓和導(dǎo)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(zhuǎn)換器可用來防止變壓器飽和。