光伏发电的嵌入式系统电源设计

3．1 充电控制模块
TI公司的UC3906芯片是专门针对铅酸电池充电设计的，内部的逻辑电路提供多种充电状态，并对温度进行了精确的跟踪补偿，可以发挥电池的最大容量，延长电池的使用寿命。
利用18V／2W的太阳能电池板对12V／1Ah铅酸电池进行充电，输入电压Uin=18 V，过充电压Uoc=15 V，浮充电压UF=14．5 V，过充转换电压为14．25 V，浮充转换电压为11．7 V，最大充电电流Imax=0．5 A，过充终止电流50 mA。由于充电电路始终接在电池上，为了防止蓄电池电流倒流入太阳能电池板造成其损坏，在晶体管与输出电路之间接入二极管1N4001，晶体管TIP42C本身则起到稳压降压的作用。发射极接电池电压12 V，集电极接太阳能电池板电压18 V，在晶体管上形成了约6 V的压差，因此晶体管的耗散功率要求大于500 mA×6 V=3 W。而UC39 06芯片的16脚则控制晶体管的基极电压，根据反馈回路所提供的反馈信号控制晶体管截断或导通。充电控制模块电路如图3所示。

设定UC3906芯片内部基准电压在温度为25℃时Uref=2．3 V，内部分流值ID=50μA。则可确定R3=Uref／ID=47 kΩ，R1+R2=(UF-2．3V)／ID=90．7kΩ，R4=2．3V×90．7kΩ／(Uoc-UF)=348 kΩ。又设Rx=R3与R4的并联阻值，则Ra=(R1+R2+Rx)(1-2．3V／UT)=68．1kΩ，Rb=22．6 kΩ(UT为涓流充电到大电流充电的临界导通电压，UT=13．95 V，微小电流It取150 mA)。限流电阻Rs=0．25 V／Imax=0．5Ω，Rt=(18 V-UT-2．5 V)／It=10 Ω。
铅酸电池充电分为4个阶段：涓流充电、大电流充电、过充电、浮动充电。刚开始充电时，UC3906芯片的11脚通过一个电阻RT输出一个微小电流It=150 mA，此时晶体管基极电平使晶体管断路，11脚的微小电流It对铅酸电池进行涓流充电，这样可以避免在涓流充电阶段铅酸电池反接造成回路短路。
当充电器输出电压上升至UT，或浮充电压下降到11．7 V时，则进入大电流充电状态。大电流Imax由外部PNP晶体管导通输出至电池，蓄电池主要的电量亦在此阶段回充。在正常情况下，随着电池充电，电池两端的电压逐渐升高，电压经R1、R2、R3分压后加到电压取样比较器反向输入端13脚。电压达到0．95Uref时，电压取样比较器在14脚，15脚输出低电平，由于内部分流值电流的存在，15脚通过一个限流电阻Rd接地，14脚通过旁路电容C1=0．1μF接地。此时充电进入过充电状态，过充电指示端脚9输出低电平。刚进入过充电状态时，太阳能充电输出端继续输出最大电流，当电池电压升高到Uoc时，电压放大器控制驱动级，充电器进行恒压充电，电压稳定在Uoc，此时UC3906的13脚电压等于内部基准电压Uref。此后，电池接受的充电电流开始减小。
当充电电流下降到过充电终止电流Ioct时，电流取样比较器的输出中断。UC3906内部的10μA提升电流使过充终止端(8脚)的电位升高进入过充电状态。当干扰或其他原因使充电电流瞬时下降时，为避免充电器过早地转入浮充状态，在UC3906的第8脚与地之间接入1只电容器。当8脚电压上升到规定的门限值(1 V)后，充电状态逻辑电路使充电器转入浮充状态。此时，状态电平输出关断，消除了R4对R1、R2和R3分压器的旁路作用。电压放大器控制驱动晶体管，使充电器输出电压保持在VF。
充电电压由Uoc下降，并维持在UF，电池充电程序近乎完成时，充电进入浮动充电状态。当电池接上负载而放电后，充电器将直接提供电源输出，而电池电压也势必下降。当电压下降至0．9UF时，则充电模式重新设定回涓流充电阶段，重新执行新的充电循环程序。浮动充电程序对于延长蓄电池的寿命是非常关键的，当蓄电池充电完成后，若移除充电电压，则蓄电池又会立即自行放电，因此必须对电池施加一个适当电压以及微小的电流以避免电池放电，浮动充电状态又可称为待机充电状态(standbycharge)。
从整个充电过程来看，UC3906充电芯片利用其自身的逻辑电平控制将充电过程分为4个阶段，既使得充电过程保持较高的效率，又对太阳能电池板和铅酸电池起到了很好的保护作用。