24V/5A太陽能控制器電路設(shè)計

　　P87LPC767 使用P1.7（Fzs）和P1.6（PWM）作為兩個MOSFET 的柵極控制信號。以S1 的控制為例，當P1.6 輸出高電平時，MOS 管S1 導(dǎo)通，S1 柵極驅(qū)動信號vgs1被拉低，S1截止。如圖6 所示。由于MOSFET的柵極驅(qū)動電壓不能超過20 V，因此當P1.6 輸出為低電平時，V5 截止，蓄電池電壓經(jīng)R9和R13分壓后產(chǎn)生S1的驅(qū)動信號。S1 和S2 在主回路中的連接方法可解決其驅(qū)動共地問題。

圖6 MOSFET的驅(qū)動電路

　　圖6 MOSFET的驅(qū)動電路，控制器還配置了蓄電池放電容量指示燈，如圖7所示。4 個發(fā)光二極管分別對應(yīng)蓄電池容量的100%、75%、50%和25%。P87LPC767 測量蓄電池端電壓后，根據(jù)其數(shù)值決定4 個發(fā)光二極管的亮滅情況。需要指出的是，當蓄電池充電時，其端電壓與容量沒有直接關(guān)系，發(fā)光二極管的指示沒有實際意義，只有當蓄電池放電時，其端電壓可以在一定程度上反映電池容量。

圖7 蓄電池容量指示驅(qū)動電路

　　4 結(jié)語

　　提供了一套24 V/5 A 太陽能控制器電路，其成本低廉且性能穩(wěn)定，具備廣泛推廣的價值。

　摘要：介紹了太陽能電池的基本原理和伏安特性，提供了一套24V/5 A太陽能控制器的電路。該電路將太陽能電池陣列與蓄電池直接耦合，采用低功耗的單片機P87LPC767 作為控制電路的核心，實時測量蓄電池的端電壓，通過脈寬調(diào)制控制太陽能電池陣列的充電電壓，并通過功率管控制蓄電池與負載的通斷，實現(xiàn)對蓄電池的放電保護。

　　0 引言

　　能源是人類社會存在和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前的世界能源以煤炭、石油和天然氣等化石能源為主體。而化石能源是不可再生的資源，并且在生產(chǎn)和消費過程中產(chǎn)生大量污染物，破壞生態(tài)環(huán)境。

　　通過太陽能電池將資源無限、清潔干凈的太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能光伏發(fā)電，是新能源和可再生能源家族中的重要成員之一。

　　1 太陽能電池的基本原理及伏安特性

　　當物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流，這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)。該效應(yīng)在液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)中都會發(fā)生。但只有在固體中，尤其是在半導(dǎo)體中，才會有較高的轉(zhuǎn)換效率。

　　太陽能電池是一種利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換為電能的器件，當太陽光照射到半導(dǎo)體P-N結(jié)時，就會在P-N 結(jié)兩邊產(chǎn)生電壓，使P-N 結(jié)短路，從而產(chǎn)生電流。這個電流隨著光強度的加大而增大，當接受的光強度達到一定數(shù)量時，就可以將太陽能電池看成恒流電源。

　　對于太陽能電池方陣而言，應(yīng)按照用戶的要求、負載的用電量及技術(shù)條件確定太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)。串聯(lián)數(shù)由太陽能電池方陣的工作電壓決定，應(yīng)考慮蓄電池的均浮充電壓、線路損耗以及溫度變化對太陽能電池的影響。蓄電池的容量決定其最大充電電流，該數(shù)值再結(jié)合負載電流，可決定太陽能電池并聯(lián)數(shù)。

　　太陽能電池的輸出特性圖如圖1所示，太陽能電池的輸出伏安特性曲線是進行系統(tǒng)分析的最重要的技術(shù)數(shù)據(jù)之一。從圖1 中可以看出，太陽能電池的伏安特性具有強烈的非線性。

圖1 太陽能電池輸出特性

　　在光伏系統(tǒng)中，負載的匹配特性決定了系統(tǒng)的工作特性和太陽電池的有效利用率。要想在太陽電池供電系統(tǒng)中得到最大功率，必須跟蹤日照強度和環(huán)境溫度條件，不斷改變其負載阻抗的大小，從而達到陣列與負載的最佳匹配，該方法被稱為最大功率點跟蹤淵MPPT冤法。

　　2 小功率太陽能控制器

　　圖2 為小功率太陽能控制器電路結(jié)構(gòu)圖，蓄電池和太陽能電池陣列直接耦合， 當白天有陽光時，太陽能電池陣列向蓄電池充電，當夜晚或陰天陽光不足時，蓄電池放電，保證負載不停電。

圖2 小功率太陽能控制器電路結(jié)構(gòu)

　　對于小功率太陽能控制器而言，為節(jié)約成本，常用的控制方式為恒定電壓跟蹤淵CVT冤法，即通過合理選擇太陽電池的串并聯(lián)數(shù)，使陣列在最大功率點附近的運行電壓近似于蓄電池的端電壓，即可獲得蓄電池和太陽電池方陣之間的電壓最佳匹配。