太陽能電池控制器NCP1294功能介紹
增強型電壓模式PWM控制器
NCP1294是一款固定頻率電壓模式PWM前饋控制器,包含電壓模式運作所需的所有基本功能。作為支持降壓、升壓、降壓-升壓及反激等不同拓撲結構的充電控制器,NCP1294針對高頻初級端控制操作進行了優(yōu)化,具有逐脈沖限流及雙向同步功能,支持功率最高達140 W的太陽能板。這款器件提供的MPPT功能能夠定位最大功率點,并實時根據(jù)環(huán)境條件來調(diào)節(jié),使控制器保持接近最大功率點,從而從太陽能板析取最大的電量,提供最佳的能效。
此外,NCP1294還具有軟啟動、精確控制占空比限制、低于50 μA的啟動電流、過壓和欠壓保護等功能。在太陽能應用中,NCP1294可以作為一種靈活的解決方案,用在模塊級電源管理(MLPM)解決方案?;贜CP1294的參考設計最大功率點追蹤誤差小于5%,可以為串聯(lián)或并聯(lián)的四個電池充電。圖1是NCP1294 120 W太陽能控制器框圖。
圖1:安森美半導體的NCP1294 120 W太陽能控制器框圖
如圖1所示,該系統(tǒng)的核心是功率段,它必須承受12 V至60 V的輸入電壓,并產(chǎn)生12 V至36 V的輸出。由于輸入電壓范圍覆蓋了所需的輸出電壓,必須有一個降壓-升壓拓撲結構來支持應用。設計人員可以選擇多種拓撲結構:SEPIC、非反相降壓-升壓。反激式、單開關正激、雙開關正激、半橋、全橋或其他拓撲結構。
設計工作包括根據(jù)功率需求的增加隔離拓撲結構。電池充電狀態(tài)的管理是由適當?shù)某潆娝惴ㄍ瓿傻摹L柲茈姵匕灏惭b技師可以選擇輸出電壓和電池充電速率。由于控制器要連接到太陽能電池板,它必須具有最大功率點跟蹤,為最終客戶提供高價值??刂破饔袃蓚€正使能(Enable)電路,一個電路檢測黑夜時間,另一個檢測電池的充電狀態(tài),使外部電路不會使電池對損壞點放電。由于控制器將由不同程度經(jīng)驗的現(xiàn)場技術人員和新手安裝,因此重要的是輸入和輸出必須有反向極性保護。另外,控制器和電池可能安裝在過熱或過冷的位置,控制器必須采用電池充電溫度補償。設計還應包括安全功能,如電池過壓檢測和太陽能電池板欠壓檢測。
動態(tài)MPPT工作原理
為了從功率可變的電源(即太陽能電池板)析取出最大的功率,太陽能控制器必須采用MPPT。MPPT必須首先找到最大功率點并及時調(diào)整環(huán)境條件,以保持控制器接近最大功率點。動態(tài)MPPT用在系統(tǒng)發(fā)生改變的情況下。由于每個開關周期都在發(fā)生變化,太陽能電池板汲取的功率也會在每個周期有明顯的改變。動態(tài)MPPT利用太陽能電池板的電壓驟降乘以每個開關周期增加的電流,以確定將要產(chǎn)生的誤差信號來調(diào)節(jié)占空比。動態(tài)響應可檢測IV曲線的斜率,從而建立一個功率斜坡,從誤差信號相交點建立一個代表占空比的功率。當斜坡變化斜率從正到負時該周期結束,如圖2所示。
圖2:PWM穩(wěn)壓轉換器的電壓和電流
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伏秒鉗位,這就限制了輸入電壓和導通時間的最大乘積值。電路中的鉗位電路,如正激和反激式轉換器可用來防止變壓器飽和。
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