安森美半导体NCP1294太阳能充电控制器及其设计要

2019-02-19 10:49 太阳能充电器

 

  北极星太阳能光伏网讯:有目共见,太阳能电池板有一个IV弧线,它呈现该太阳能电池板的输出功能,永诀代表着电流电压数值。两条线的交叉点呈现的电压电流便是这块太阳能电池板的功率。晦气的是,IV弧线会随辐照度、温度和操纵年限而改观。辐照度是给定表观辐射事宜的密度,通常以每平方厘米或每平方米的瓦特数呈现。倘使太阳能电池板没有板滞式阳光追踪本领,一年中辐照度会跟着太阳的搬动改观约23度。另表,每天从地平线到地平线太阳搬动的辐照度改观,可导致输出功率正在一成天的改观。为此,安森美半导体开辟了一款太阳能电池限度器NCP1294,用来达成太阳能电池板的最大峰值功率点跟踪(MPPT),以最高能效为蓄电池充电。本文将先容该器件的少许要紧效力和操纵时需求贯注的题目。

  NCP1294是一款固定频率电压形式PWM前馈限度器,包罗电压形式运作所需的一切根本效力。举动援手降压、升压、降压-升压及反激等分歧拓扑布局的充电限度器,NCP1294针对高频低级端限度操作举办了优化,拥有逐脉冲限流及双向同步效力,援手功率最高达140W的太阳能板。这款器件供给的MPPT效力可能定位最大功率点,并及时按照境况要求来治疗,使限度器依旧亲切最大功率点,从而从太阳能板析取最大的电量,供给最佳的能效。

  另表,NCP1294还拥有软启动、精准限度占空比束缚、低于50A的启动电流、过压和欠压爱护等效力。正在太阳能操纵中,NCP1294可能举动一种灵便的处置计划,用正在模块级电源统造(MLPM)处置计划。基于NCP1294的参考安排最大功率点追踪差错幼于5%,可认为串联或并联的四个电池充电。图1是NCP1294120W太阳能限度器框图。

  如图1所示,该编造的中心是功率段,它必需担当12V至60V的输入电压,并发作12V至36V的输出。因为输入电压规模笼盖了所需的输出电压,必需有一个降压-升压拓扑布局来援手操纵。安排职员可能挑选多种拓扑布局:SEPIC、非反相降压-升压。反激式、单开合正激、双开合正激、半桥、全桥或其他拓扑布局。

  安排使命搜罗按照功率需求的扩大隔断拓扑布局。电池充电形态的统造是由妥贴的充电算法实现的。太阳能电池板安设技师可能挑选输出电压和电池充电速度。因为限度器要连合到太阳能电池板,它必需拥有最大功率点跟踪,为最终客户供给高价钱。限度器有两个正使能(Enable)电途,一个电途检测黑夜时分,另一个检测电池的充电形态,使表部电途不会使电池对损坏点放电。因为限度器将由分歧水平阅历的现场技能职员和新手安设,因而紧急的是输入和输出必需有反向极性爱护。其它,限度器和电池恐怕安设正在过热或过冷的地方,限度器必需采用电池充电温度积累。安排还应搜罗平安效力,如电池过压检测和太阳能电池板欠压检测。

  为了从功率可变的电源(即太阳能电池板)析取出最大的功率,太阳能限度器必需采用MPPT。MPPT必需起初找到最大功率点并实时调度境况要求,以依旧限度器亲切最大功率点。动态MPPT用正在编造爆发调换的景况下。因为每个开合周期都正在爆发改观,太阳能电池板接收的功率也会正在每个周期有鲜明的调换。动态MPPT诈骗太阳能电池板的电压骤降乘以每个开合周期扩大的电流,以确定将要发作的差错信号来治疗占空比。动态反响可检测IV弧线的斜率,从而筑树一个功率斜坡,从差错信号订交点筑树一个代表占空比的功率。当斜坡改观斜率从正到负时该周期终止,如图2所示。

  正在古板电压形式限度中,斜坡信号有一个固定的上升和消重斜率。反应信号仅来自输出电压。因而,电压形式限度线途稳压后果较差,且拥有音频易感性。前馈电压形式限度源于斜坡信号输入线途。因而,斜坡的斜率随输入电压而改观。前馈效力也可能供给一个伏秒钳位,这就束缚了输入电压和导通时分的最大乘积值。电途中的钳位电途,如正激和反激式转换器可用来防御变压器饱和。

  当挑选太阳能限度器拓扑布局时,紧急的是要清楚转换器的根本操作及其限造性。挑选的拓扑布局口舌反相四开合非同步降压-升压拓扑布局。转换器诈骗来自NCP1294的限度信号运转,Q1和Q2同时导通为L1充电。四开合降压-升压拓扑布局如图3所示,个中的电感器用来限度电压和电流。

  四开合非反相降压-升压有两种操作形式,即降压形式和降压-升压形式。正在降压形式下,转换器发作输入电压脉冲,它始末LC滤波来发作一个较低的直流输出电压。输出电压可能通过窜改相看待开合周期或开合频率的导通时分来调换。

  倘使输出电压恐怕抵达1%至89%,太阳能限度器即运转正在降压形式。倘使因为占空比的束缚而无法抵达该输出电压,它会切换到降压-升压形式,此时即可抵达该输出电压。从89%到较低占空比的改观,如图4所示。

  需求贯注的是,当转换器形式从降压到降压-升压切换时,差错信号将需求一段时分来调换占空比。形式的瞬时改观将使降压-升压转换器试图正在89%占空比举办切换,并试图转换至47%;这会导致转换器试图正在失衡区(tradeoverregion)输出130V的结果。NCP1294通过脉冲电流束缚器供给了一个脉冲,可能阻遏转换器能量抵达告急的水平,正在占空比要求下达成松弛过渡。

  要创筑一个安谧的电源,差错放大器周遭的积累搜集必需配合PWM爆发器和功率级操纵。因为功率级安排的准则是按照操纵设立的,积累搜集必需有无误的集体输出,以确保安谧性。NCP1294是一个电压形式电压前馈器件,因而需求一个采用输入电压窜改斜坡的电压环途。功率级的输出电感和电容可造成一个双顶点,环途必需为此举办积累。

  正正在创筑的编造连合了两个有限源,将正在一天的分歧时分为负载供电,倘使是正在同暂时分将不会供电,除了短一时分。该编造并不完全,没有安设电池和太阳能电池板,因而,有利于电池负载和太阳能电池板源存正在与否的检测。比如,倘使没有连合电池,正在供给电池电压时,它不会花费太阳能电池板的能量。倘使连合了太阳能电池板,为了寻找要连合的太阳能电池板,电池将被耗尽。搜检太阳能电池板连合和电池连合的一个大略处置计划是操纵低电流花费对比器。

  正在白日时分编造对电池充电,而正在夜间电池放电照亮界说的空间。固然输入能量不行担保,但输出能量可正在相当长的时分依旧褂讪。倘使一个编造的巨细不适应,电池恐怕因放电而损坏。要防御电池损坏,必需用LED电途造止操作,防御电池耗尽。

  当修筑一个理念的太阳能限度器时,限度器应爱护电池或负载,同时从太阳能电池板提取最大的能量。不幸的是,正在实际寰宇中顾客或安设职员恐怕会采办一个大型太阳能电池板和一个幼电池。倘使太阳能限度器是正在峰值功率下充电,电池充电速率过疾,会缩短电池寿命或恐怕爆发爆炸。限度器该当做的是统造电池需求,按照太阳能电池板供给的峰值功率来均衡充电速率。因而,最大电池充电速度的设定和挑选计划是需求确定怎么束缚编造的输出电流。电流的设定是通过NCP1294所供给3.3V基准和电阻分压器搜集实现的。短接一个或多个转接口(header)将达成分歧的电流束缚值。

  除了寻常的太阳能电池板瞬态,另有四种分歧的输入输出连合恐怕性。第一种景况,输入和输出连合无误,无需爱护。第二种景况,输入电压反向连合。倘使正在这种景况下应允电流流过,那么一切输出二极管都恐怕损坏。

  可是,正在图5所示B或C的输入端串联一个二极管就可能爱护一切器件。串联二极管的一个弱点是,它会连绵耗散编造功率。倘使反向极性爱护二极管放正在高电流编造中,损耗恐怕会很大。履行反极性爱护的另一种措施是安顿一个二极管,比如,当施加反向电压时它会使保障丝开途,如图5D所示。挑选的保障丝可能是一个用户可改换或波利热熔断器。保障丝可能供给需要的爱护,但恐怕导致不太好的用户体验。达成二极管反向极性爱护的低损耗办法是操纵MOSFET,当施加的电压极性无误时MOSFET导通,而正在电压极性不无误时合上。图5E所示。

  正在第三种景况下,输出是反极性连合,输入是无误连合,功率元件恐怕会损坏。因为源假定为铅酸电池,爱护至合紧急,由于损坏的元件恐怕花费大方的能量。图5B显示了防御反向输出电压的措施之一。

  终末一种景况是输入和输出的连合都不无误。正在这种景况下,倘使安排职员履行了第二和第三种爱护,输入和输出都将受到爱护。安排职员不应怠忽电压造止器,它安设正在瞬态电压的输入端,其极性恐怕无误或不无误。因而,紧急的是要有双向瞬态造止器,可能担当寻常反极性电压而不会损坏。

  铅酸电池充电有三个阶段:恒流充电或大电流充电、吸取或恒压形式,以及浮充电。正在大电流充电时代,电流依旧恒定,这是由NCP1294脉冲电流束缚和电流设立电途的脉冲实现的。除非最大功率点低于这个程度,电流都将依旧正在安排职员或用户设定的充电速度,此时将充电到最大功率点调度率。

  NCP1294装备了一个OOV对比器,可能监测输出电池电压,以确定是否反应机造已损坏,或长途检测受到超越电池温度积累的电池电压的影响。当断开OOV时编造合上。对比器可用正在编造输入或编造输出,但引荐用作输出的挫折平安机造。当操纵单电池编造时,可能操纵18V的触发点(trippoint)或基于充电形态设立触发点。倘使操纵浮动电压形态,需求设立15V为触发电压。

  NCP1294的欠压锁定效力(OUV)效力可监测转换器的输入电压,以确定是否输入电压程度会导致热题目。OUV可能独立监测输入电压,以确保输入电压正在理念程度,从而供给最大输出功率。

  因为太阳能限度器恐怕以欠妥帖的办法操纵,提倡对降压主开合的温度举办监测,以确定它是否超越了最高温度程度。倘使主MOSFET的温度已超越了妥贴的程度,过温爱护(OTP)可能造止电流以削减编造功耗。

  NCP1294是一个低功耗器件。一朝确定了IC功耗,安排职员可能筹算出所需的热阻抗,以依旧最差境况温度下指定的结温。太阳能限度器的热功能受PCB结构影响很大。正在安排经过中应十分幼心,以确保IC和电源开合正在提倡的境况要求下使命。任何电源安排都应举办妥贴的尝试室测试,以确保正在最差使命要求下安排所需的功耗。正在测试经过中探讨的变量应搜罗最高境况温度、最幼气流、最大输入电压、最大负载和元件改观(即最差景况下MOSFET的RDSON)。

  NCP1294评估板援手的太阳能电池板正在5W和120W之间。这里探讨的是行业准则类型的太阳能电池板。最常见类型的太阳能电池是晶体硅,它有两种要紧类型:单晶硅和多晶硅。单晶硅能效最高,但临蓐也对比腾贵,平常仅限于贸易和居处操纵。非晶太阳能电池板由涂覆正在不锈钢或雷同资料上的熔融硅薄膜组成。晶体布局十分柔弱,平常夹正在两片玻璃之间,以利于爱护。单晶硅的效力为18%,多晶硅为15%,非晶态为10%。

  诈骗这个效力富厚而灵便的处置计划,工程师可能按照分歧太阳能电池板的哀求开辟出实用的产物,让最终用户享用到优秀半导体技能带来的容易和更好的操纵体验。

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