李红光
（阳中诚集团有限公司 广东揭阳 522000）
摘要：随着全球经济一体化的不断深入，环境与经济可持续发展的方针也得到了贯切实施，节能减排成为我国社会经济可持续发展的一大重要内容。为使控制电路在太阳能电池板掉电后仍能够正常工作，有必要设计一种通用可行的不间断直流供电单元。本文介绍了一种基于UC3906的太阳能控制电路，此电路不仅可以可靠高效的控制充电，还能完成备用的铅酸蓄电池的投入与切断，实现不间断供电。
关键词：铅酸电池；太阳能电路；节能减排；电池板
基于太阳能的直接供电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池组成，其中太阳能电池板是太阳能供电系统中的核心部分，它将太阳能的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作，太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿等功能，蓄电池则一般为铅酸电池，小微型系统中也可用溴氢电池、溴镉电池或锂电池。它在有光照时将太阳能电池板所发出的电能存储起来，到需要的时候再释放出来。
一、充电控制芯片的结构及工作原理
要设计一种通用性能强、性能可靠、体积较小的太阳能控制电路，大多数不间断供电电源单元通常配备后备电源，铅酸蓄电池由于具有密封好、免维护、安全无污染等优点，近年来在国内外越来越受到重视，本设计中我们用铅酸蓄电池昨晚后备电源。由于充电技术对电池的使用寿命有很大影响，这里我们介绍一款铅酸蓄电池充电专用芯片UC3906，UC3906的内部结构如图1所示：
图1 UC3906的内部结构
它具有铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能，更重要的是，它能使充电器各种转换电压随电池电压的温度系数变化而变化，从而使密封铅酸蓄电池在很宽的温度范围内都能达到最佳充电状态。该款蓄电池专用芯片内含独立的电压控制回路和限流放大器，可控制芯片内的驱动器。驱动器提供的输出电流达25mA，可直接驱动外部串联调整管，以调整充电器的输出电压和电流，电压和电流检测比较器可检测蓄电池的充电状态，同时还可以用来控制充电状态逻辑电路的输入信号，当电池电压或者温度过低时，充电使能比较起可控制充电器进入涓流充电状态。当驱动器截止时，该比较器还能输出25mA涓流充电电流，这样，当电池短路或者反接时，充电器只能以小电流充电，从而避免了因充电电流过大而损坏电池。
二、实际电路的设计分析
通常，我们使用的太阳能电池板在阳光充足条件下，额定输出电压为17.5V，其电压输出与太阳能板接收到的阳光条件有关、接收到的外界阳光越充足，电池输出电压越高，但不会超过其额定电压。如图2所示是太阳能电池板完整的不间断供电单元电路。由Ra1、Ra2、Rc和Rd组成的电阻分压网络可用来检测充电电池的电压，通过与精确的参考电压VREF相比较来确定理想充电电流、关键切换电压、最大充电电流等参数。
蓄电池的一个充电周期按时间可分为电流快速充电状态、过充电状态和浮充电状态等三种，图2中电路的充电参数主要有电池的额定电压为12V，容量为7Ah，浮充电压V1为13.8V，过充电压Voc为15V，最大充电电流IMAX为500mA，过充终止电流IOCT为50mA，它们与Ra1、Ra2、Rc、Rd之间的关系可以从下面公式反映出来：
图2 太阳能电池板的不间断供电单元电路
Voc=VREF[1+(Ra1+Ra2)/Rc+(Ra1+Ra2)/Rd]=15v
VF=VREF[1+(Ra1+Ra2)/Rc]=13.8V
IMAX=0.25V/R5=0.5A
IOCT=0.025V/R3=0.05A
过充转换电压V12=0.95Voc=14.25V。
在上面公式中，VF、Voc与VREF成正比，VREF为2.3V，VREF的温度系数为-3.9mV/℃，IMAX、IOCT、Voc、VF均可独立设置，IMAX和IOCT分别由电流限制放大器和电流检测放大器的偏置电压和电流检测电阻R5决定，VF、Voc的值则由内部参考电压VREF和外部电阻Ra1、Ra2、Rc、Rd组成的分压网络来决定，可得电路参数为：Ra1=162kΩRa2=53.6kΩ、Rc=43kΩ、Rd=0.5kΩ。
此供电电路单元可由外界太阳光的强度决定是由太阳能供电还是有备用蓄电池供电，后面则经过一个DC-DC稳压芯片LM2576处理电路，保证输出8V的直流输出。此单元中由D5、D7、R7、R8将主压分压以控制三极管Q1的导通或截止，图3中经过D5、D7、R7、R8分压使得当太阳能板输出高于或者低于15V时，相应地使Q1管导通或截止。以达到控制继电器触点选择的目的，这样就可以通过继电器来进行对太阳能板或者备用的蓄电池切换，当白天阳光充足条件下，太阳能板供电，此时继时器常开触点吸合，对12V的铅酸蓄电池进行充电，并向外提供8V的直流电，当太阳能板接收到的外部阳光不足时或者晚间时，输出电压低于15V，继电器切换到闭合触点，此时有蓄电池投入供电。
另外，电路中二极管D1、D2、D4、D5反向接在电路中，防止蓄电池向太阳能电池板反向供电，D3可在蓄电池向外供电时，同时向蓄电池部分充电，以减少能力损失。由R3、C2对整个电路进行补偿。注意电路中继电器是以动态方式投入使用的，应特别注意其触点电气参数，实际中我们选用的是具有滞回特性的继电器，从而避免了继电器触点工作状态的不稳定。
三、结束语
综上所述，直流不间断电源是基于太阳能电池板作为供电主电源来实现的，可以通过调整电池温度变化所需要的充电参数变化，以实现蓄电池的最佳充电。所以在布线时应该尽量将芯片靠近蓄电池壳体，保证充电参数的正确性，以不影响电池的寿命。并且由于采用了具有工作稳定，性能可靠等优点的专用蓄电池管理芯片，可以实现电路长期稳定的运行，在保证正常高效运营的同时，又能达到节能减排的目的，进一步促进了社会经济的可持续发展。
参考文献：
[1]潘进军,申彦波,边泽强,王香云. 气象要素对太阳能电池板温度的影响[J]. 应用气象学报. 2014(02)
[2]美国高科技涂料变普通玻璃为太阳能电池板[J]. 上海节能. 2015(02)
[3]于保国,伦淑娴. 太阳能电池板跟踪的超前余量研究[J]. 渤海大学学报(自然科学版). 2015(03)
[4]黄克亚. 太阳能电池板输出功率智能控制装置设计[J]. 机床电器. 2015(01)
[5]回双双,吴亚敏,王晓,朱洁,陈雪妮,袁封平. 太阳能电池板的优化安装[J]. 实验室研究与探索. 2015(05)
[6]陈越,冷宏宇,赵志浩. 太阳能电池板自动寻光控制系统的设计[J]. 科技视界. 2016(14)
论文作者:李红光
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/25
标签：太阳能论文; 电池板论文; 蓄电池论文; 电压论文; 电流论文; 电路论文; 电池论文; 《电力设备》2016年第12期论文;