安森美半導(dǎo)體NCP1294太陽能充電控制器及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)

前饋電壓模式控制
　　在傳統(tǒng)電壓模式控制中，斜坡信號有一個(gè)固定的上升和下降斜率。反饋信號僅來自輸出電壓。因此，電壓模式控制線路穩(wěn)壓效果較差，且具有音頻易感性。前饋電壓模式控制源于斜坡信號輸入線路。因此，斜坡的斜率隨輸入電壓而變化。前饋功能也可以提供一個(gè)伏秒鉗位，這就限制了輸入電壓和導(dǎo)通時(shí)間的最大乘積值。電路中的鉗位電路，如正激和反激式轉(zhuǎn)換器可用來防止變壓器飽和。

NCP1294太陽能充電控制器應(yīng)用設(shè)計(jì)流程
　　當(dāng)選擇太陽能控制器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，重要的是要了解轉(zhuǎn)換器的基本操作及其局限性。選擇的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是非反相四開關(guān)非同步降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換器利用來自NCP1294的控制信號運(yùn)行，Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通為L1充電。四開關(guān)降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，其中的電感器用來控制電壓和電流。

　　
　　圖3：四開關(guān)降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　
　　四開關(guān)非反相降壓-升壓有兩種操作模式，即降壓模式和降壓-升壓模式。在降壓模式下，轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸入電壓脈沖，它經(jīng)過LC濾波來產(chǎn)生一個(gè)較低的直流輸出電壓。輸出電壓可以通過修改相對于開關(guān)周期或開關(guān)頻率的導(dǎo)通時(shí)間來改變。
　　
　　如果輸出電壓可能達(dá)到1％至89％，太陽能控制器即運(yùn)行在降壓模式。如果由于占空比的限制而無法達(dá)到該輸出電壓，它會切換到降壓-升壓模式，此時(shí)即可達(dá)到該輸出電壓。從89％到較低占空比的變化，如圖4所示。

　　
　　圖4：多個(gè)電池降壓和升壓模式之間的傳遞比
　　
　　需要注意的是，當(dāng)轉(zhuǎn)換器模式從降壓到降壓-升壓切換時(shí)，誤差信號將需要一段時(shí)間來改變占空比。模式的瞬時(shí)變化將使降壓-升壓轉(zhuǎn)換器試圖在89％占空比進(jìn)行切換，并試圖轉(zhuǎn)換至47%；這會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器試圖在失衡區(qū)(trade over region）輸出130 V的結(jié)果。NCP1294通過脈沖電流限制器提供了一個(gè)脈沖，可以阻止轉(zhuǎn)換器能量達(dá)到危險(xiǎn)的程度，在占空比條件下實(shí)現(xiàn)緩和過渡。

補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)
　　要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定的電源，誤差放大器周圍的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)必須配合PWM發(fā)生器和功率級使用。由于功率級設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)應(yīng)用設(shè)置的，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)必須有正確的整體輸出，以確保穩(wěn)定性。NCP1294是一個(gè)電壓模式電壓前饋器件，因此需要一個(gè)采用輸入電壓修改斜坡的電壓環(huán)路。功率級的輸出電感和電容可形成一個(gè)雙極點(diǎn)，環(huán)路必須為此進(jìn)行補(bǔ)償。

系統(tǒng)開啟和電池電流消耗
　　正在創(chuàng)建的系統(tǒng)連接了兩個(gè)有限源，將在一天的不同時(shí)間為負(fù)載供電，如果是在同一時(shí)間將不會供電，除了短暫時(shí)間。該系統(tǒng)并不完整，沒有安裝電池和太陽能電池板，因此，有利于電池負(fù)載和太陽能電池板源存在與否的檢測。例如，如果沒有連接電池，在提供電池電壓時(shí)，它不會消耗太陽能電池板的能量。如果連接了太陽能電池板，為了尋找要連接的太陽能電池板，電池將被耗盡。檢查太陽能電池板連接和電池連接的一個(gè)簡單解決方案是使用低電流消耗比較器。
　　
　　在白天時(shí)間系統(tǒng)對電池充電，而在夜間電池放電照亮定義的空間。雖然輸入能量不能保證，但輸出能量可在相當(dāng)長的時(shí)間保持不變。如果一個(gè)系統(tǒng)的大小不合適，電池可能因放電而損壞。要防止電池?fù)p壞，必須用LED電路抑制操作，防止電池耗盡。

輸入和輸出電流的平衡
　　當(dāng)構(gòu)建一個(gè)理想的太陽能控制器時(shí)，控制器應(yīng)保護(hù)電池或負(fù)載，同時(shí)從太陽能電池板提取最大的能量。不幸的是，在現(xiàn)實(shí)世界中顧客或安裝人員可能會購買一個(gè)大型太陽能電池板和一個(gè)小電池。如果太陽能控制器是在峰值功率下充電，電池充電速度過快，會縮短電池壽命或可能發(fā)生爆炸?？刂破鲬?yīng)該做的是管理電池需求，根據(jù)太陽能電池板提供的峰值功率來平衡充電速度。因此，最大電池充電速率的設(shè)定和選擇方案是需要確定如何限制系統(tǒng)的輸出電流。電流的設(shè)定是通過NCP1294所提供3.3V基準(zhǔn)和電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)完成的。短接一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)接口（header）將實(shí)現(xiàn)不同的電流限制值。

反極性保護(hù)
　　除了正常的太陽能電池板瞬態(tài)，還有四種不同的輸入輸出連接可能性。第一種情況，輸入和輸出連接正確，無需保護(hù)。第二種情況，輸入電壓反向連接。如果在這種情況下允許電流流過，那么所有輸出二極管都可能損壞。