安森美NCP1294太阳能充电控制器及其设计要点

动态MPPT工作原理

　　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，太阳能控制器必须采用MPPT。MPPT必须首先找到最大功率点并及时调整环境条件，以保持控制器接近最大功率点。动态MPPT用在系统发生改变的情况下。由于每个开关周期都在发生变化，太阳能电池板汲取的功率也会在每个周期有明显的改变。动态MPPT利用太阳能电池板的电压骤降乘以每个开关周期增加的电流，以确定将要产生的误差信号来调节占空比。动态响应可检测IV曲线的斜率，从而建立一个功率斜坡，从误差信号相交点建立一个代表占空比的功率。当斜坡变化斜率从正到负时该周期结束，如图2所示。

　　图2：PWM稳压转换器的电压和电流

前馈电压模式控制

　　在传统电压模式控制中，斜坡信号有一个固定的上升和下降斜率。反馈信号仅来自输出电压。因此，电压模式控制线路稳压效果较差，且具有音频易感性。前馈电压模式控制源于斜坡信号输入线路。因此，斜坡的斜率随输入电压而变化。前馈功能也可以提供一个伏秒钳位，这就限制了输入电压和导通时间的最大乘积值。电路中的钳位电路，如正激和反激式转换器可用来防止变压器饱和。

NCP1294太阳能充电控制器应用设计流程

　　当选择太阳能控制器拓扑结构时，重要的是要了解转换器的基本操作及其局限性。选择的拓扑结构是非反相四开关非同步降压-升压拓扑结构。转换器利用来自NCP1294的控制信号运行，Q1和Q2同时导通为L1充电。四开关降压-升压拓扑结构如图3所示，其中的电感器用来控制电压和电流。

　　图3：四开关降压-升压拓扑结构

　　四开关非反相降压-升压有两种操作模式，即降压模式和降压-升压模式。在降压模式下，转换器产生输入电压脉冲，它经过LC滤波来产生一个较低的直流输出电压。输出电压可以通过修改相对于开关周期或开关频率的导通时间来改变。

　　如果输出电压可能达到1%至89%，太阳能控制器即运行在降压模式。如果由于占空比的限制而无法达到该输出电压，它会切换到降压-升压模式，此时即可达到该输出电压。从89%到较低占空比的变化，如图4所示。

　　图4：多个电池降压和升压模式之间的传递比

　　需要注意的是，当转换器模式从降压到降压-升压切换时，误差信号将需要一段时间来改变占空比。模式的瞬时变化将使降压-升压转换器试图在89%占空比进行切换，并试图转换至47%;这会导致转换器试图在失衡区(trade over region)输出130 V的结果。NCP1294通过脉冲电流限制器提供了一个脉冲，可以阻止转换器能量达到危险的程度，在占空比条件下实现缓和过渡。