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基于Buck型变换器和TL494芯片实现新型太阳能充电器的设计

电子设计 2021-03-02 11:48 次阅读

作者:刘翔,郑诗程,苏建徽,余世杰,沈玉樑

1引言

目前,在各种光伏电站中,普遍采用太阳电池来收集太阳能并将它储存于蓄电池中以便在需要时再逆变成220V/50Hz交流电供给用户使用。然而,在利用太阳电池对蓄电池充电的过程中,由于太阳电池输出特性的非线性,太阳电池工作点并不是时刻处于最大功率点附近,从而造成太阳电池能量的浪费。本课题所研制的新型太阳能充电器根据太阳电池的工作特性——输出最大功率点处的电压值在不同日照下基本不变,采用恒压跟踪(CVT)方式实现了对太阳电池的最大功率跟踪,有效地提高了太阳电池的工作效率,同时也改善了整个系统的工作性能。

2系统主电路

系统的主电路如图1所示。

由图1可知,主电路拓扑结构为Buck型变换器,利用脉冲宽度控制芯片TL494的输出脉冲来控制主电路功率器件(IGBT)的占空比,以改变对蓄电池的充电电流,由此实现太阳电池的恒压跟踪,使太阳电池的输出功率接近最大功率。同时,通过主电路来完成对蓄电池电压、充电电流和太阳电池电压的采集,以便控制电路实现各种跟踪和保护功能。

3太阳电池的工作特性

图2为太阳电池的工作特性曲线图。由图可知,太阳电池的工作特性为一组非线性曲线,A、B、C、D、E点为不同日照下的最大输出功率点,并且对应输出最大功率点处的电压值在不同日照下基本不变,根据这一特点,采用恒压跟踪方式,利用简单的硬件电路基本上就可以实现太阳电池的输出功率为最大;同时,由图2又可知,当蓄电池过充时只要使太阳电池工作于开路状态就可以实现过充保护。

4系统的控制原理

4.1系统控制框图

系统的控制框图如图3所示。

由图3可知,本系统采用了经典控制理论中的双闭环控制方式,其中电流环为内环,电压环为外环,电压环的输出为电流环的给定;并且电压环又包含了由蓄电池电压构成的电路和太阳电池电压构成的电路,两个电路分别在电路工作的各个阶段起着相应的调节作用。

4.2系统的工作过程分析

在充电阶段,蓄电池电压构成的电路不起作用,电压环仅由太阳电池电压构成的电路组成,此时,电压环的输出为电流环的给定,通过检测主电路中蓄电池的的充电电流和给定电流相比较来改变TL494的输出脉冲宽度,使太阳电池电压紧紧跟踪给定电压,具体表现为:当太阳电池电压大于给定电压时,偏差信号经过PI调节后改变给定电流使加到TL494的电流输入端信号变大,TL494输出脉冲宽度增加,经驱动电路放大整形以驱动功率器件,使其导通占空比增加,蓄电池充电电流变大,由图2可知,太阳电池电压下降,电路达到稳态时,太阳电池电压等于给定电压,电流环的给定亦为稳定值,蓄电池的的充电电流等于给定电流;反之,当太阳电池电压小于给定电压时,TL494输出脉冲宽度减小,经驱动电路放大整形以驱动功率器件,使其导通占空比减小,蓄电池充电电流变小,太阳电池工作电压增加,电路达到稳态时太阳电池电压等于给定电压。

在过充电阶段,两个电路均起作用,电压环由太阳电池电压构成的电路和蓄电池电压构成的电路组成,此时,蓄电池电压和给定太阳电池工作电压之和大于太阳电池实际工作电压,偏差信号经过PI调节后加到TL494的电流输入端,使TL494输出脉冲宽度减小,蓄电池充电电流变小,由图2可知,太阳电池实际工作电压渐渐增大,直到稳态时,太阳电池工作于开路状态,蓄电池充电电流为零,从而实现了过充保护。

5脉冲宽度调制芯片TL494及其应用

5.1脉冲宽度调制芯片TL494的结构

TL494是美国德州仪器公司的产品,其价格便宜,容易购得,并且在其内部同时解决了电流调节器、脉宽调制和最大电流限制,芯片内还设置了一些附加监控保护功能,使得芯片具有较强的抗干扰能力和较高的可靠性,用此芯片构成的控制系统外接元器件较少,结构简单。图4为该芯片的内部结构图。

由图4可知,TL494由一个振荡器、两个比较器、两个误差放大器、一个触发器、双与门和双或非门、一个+5V基准电压源、两个NPN输出晶体管等组成。脚6和脚5外接电阻Rt和Ct确定了振荡器产生锯齿波的频率foscfosc=1/(RtCt)

输出调制脉冲的宽度是由电容Ct端的正向锯齿波和脚3、4输入的两个控制信号综合比较后确定的。脚13用来控制输出模式。脚4为死区时间控制端。脚1、脚16和脚2、脚15分别为两个误差放大器的同相和非同相输入端,可以分别接至给定信号和反馈信号,用作电压和电流调节器,完成系统的闭环控制,或者用作过流、过压、欠压和过热等比较器,实现保护功能。脚14为基准电压端,可为上述调节器和比较器提供参考基准。

5.2TL494的外围电路组成

TL494的外围电路组成如图5所示。

6结语

根据上述控制思想研制的充电器,具有过充、过流、过热等完善的保护功能;经过长期运行,系统显示出了良好的效果,不仅提高了太阳电池的工作效率,同时也保护了所使用的蓄电池,在利用绿色能源方面,具有较大的社会效益。

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NCV8774 LDO稳压器 350 mA 低Iq

NCV8674 LDO稳压器 350 mA 低压差 低Iq

4是一款精密5.0 V或12 V固定输出,低压差集成稳压器,输出电流能力为350 mA。仔细管理轻负载电流消耗,结合低泄漏过程,可实现30μA的典型静态电流。 输出电压精确到±2.0%,在满额定负载电流下最大压差为600 mV。内部保护,防止输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 特性 优势 5.0 V和12 V输出电压选项,输出精度为2.0%,在整个温度范围内 非常适合监控新的微处理器和通信节点 40 I OUT = 100 A时的最大静态电流 满足100μA最大模块汽车制造商点火关闭静态电流要求 350 mV时600 mV最大压差电压电流 在低输入电压下维持输出电压调节。 5.5 V至45 V的宽输入电压工作范围 维持甚至duri的监管ng load dump 内部故障保护 -42 V反向电压短路/过流热过载 节省成本和空间,因为不需要外部设备 AEC-Q100合格 满足汽车资格要求 应用 终端产品 发动机控制模块 车身和底盘 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
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NCV8674 LDO稳压器 350 mA 低压差 低Iq

NCV8664C LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

4C是一款精密3.3 V和5.0 V固定输出,低压差集成稳压器,输出电流能力为150 mA。仔细管理轻负载电流消耗,结合低泄漏过程,可实现22μA的典型静态电流。输出电压精确到±2.0%,在满额定负载电流下最大压差为600 mV。内部保护,防止输入电源反向,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 NCV8664C与NCV4264,NCV4264-2,NCV4264-2C引脚和功能兼容,当需要较低的静态电流时可以替换这些器件。 特性 优势 最大30μA静态电流100μA负载 符合新车制造商最大模块静态电流要求(最大100μA)。 极低压降600 mV(最大值)150 mA负载电流 可以在低输入电压下启动时运行。 保护: -42 V反向电压保护短路保护热过载保护 在任何汽车应用中都不需要外部元件来实现保护。 5.0 V和3.3V固定输出电压,输出电压精度为2% AEC-Q100 1级合格且PPAP能力 应用 终端产品 发动机控制模块 车身和底盘 动力总成 信息娱乐,无线电 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 18:02 479次 阅读
NCV8664C LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

NCV8660B LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

0B是一款精密极低Iq低压差稳压器。典型的静态电流低至28μA,非常适合需要低负载静态电流的汽车应用。复位和延迟时间选择等集成控制功能使其成为微处理器供电的理想选择。它具有5.0 V或3.3 V的固定输出电压,可在±2%至150 mA负载电流范围内调节。 特性 优势 固定输出电压为5 V或3.3 V 非常适合为微处理器供电。 2%输出电压,最高VBAT = 40 V 维持稳压电压装载转储。 输出电流高达150 mA 我们广泛的汽车调节器产品组合允许您选择适合您应用的汽车调节器。 延迟时间选择 为微处理器选择提供灵活性。 重置输出 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 汽车的NCV前缀 符合汽车网站和变更控制& AEC-Q100资格要求。 低压差 在低输入电压下维持输出电压调节(特别是在汽车起动过程中)。 典型值为28 uA的低静态电流 符合最新的汽车模块要求小于100uA。 热关机 保护设备免受高温下的永久性损坏。 短路 保护设备不会因电流过大而在芯片上产生金属开路。 在空载条件下稳定 将系统静态电流保持在最低限度。...
发表于 07-30 18:02 125次 阅读
NCV8660B LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq

NCV8665 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq 高PSRR

5是一款精密5.0 V固定输出,低压差集成稳压器,输出电流能力为150 mA。仔细管理轻负载电流消耗,结合低泄漏过程,可实现30μA的典型静态接地电流。 NCV8665的引脚与NCV8675和NCV4275引脚兼容,当输出电流较低且需要非常低的静态电流时,它可以替代这些器件。输出电压精确到±2.0%,在满额定负载电流下最大压差为600 mv。它具有内部保护,可防止45 V输入瞬变,输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 特性 优势 5.0 V固定输出电压,输出电压精度为2%(3.3 V和2.5 V可根据要求提供) 能够提供最新的微处理器 最大40 A静态电流,负载为100uA 满足100μA最大模块汽车制造商点火关闭静态电流要求 保护: -42 V反向电压保护短路 在任何汽车应用中都不需要外部组件来启用保护。 AEC-Q100合格 符合自动资格认证要求 极低压降电压 应用 终端产品 发动机控制模块 车身和底盘 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 17:02 165次 阅读
NCV8665 LDO稳压器 150 mA 低压差 低Iq 高PSRR

NCV8664 LDO稳压器 150 mA 低Iq

4是一款精密5.0 V固定输出,低压差集成稳压器,输出电流能力为150 mA。仔细管理轻负载电流消耗,结合低泄漏过程,可实现典型的22μA静态接地电流。输出电压精确到±2.0%,在满额定负载电流下最大压差为600 mV 。 内部保护,防止输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 NCV8664的引脚和功能与NCV4264和NCV4264-2兼容,当需要非常低的静态电流时,它可以替代这些部件。 特性 优势 负载100μA时最大30μA静态电流 会见新车制造商最大模块静态电流要求(最大100μA)。 保护: -42 V反向电压保护短路保护热过载保护 在任何汽车应用中都不需要外部组件来启用保护。 极低压降电压 可以在低输入电压下启动时运行。 5.0 V和3.3V固定输出电压,2%输出电压精度 AEC-Q100合格 汽车 应用 车身和底盘 动力总成 发动机控制模块 信息娱乐,无线电 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 17:02 193次 阅读
NCV8664 LDO稳压器 150 mA 低Iq

NCV8675 LDO稳压器 350 mA 低压差 低Iq 高PSRR

5是一款精密5.0 V和3.3 V固定输出,低压差集成稳压器,输出电流能力为350 mA。仔细管理轻负载电流消耗,结合低泄漏过程,可实现34μA的典型静态接地电流。 内部保护免受输入瞬态,输入电源反转,输出过流故障和芯片温度过高的影响。无需外部元件即可实现这些功能。 NCV8675引脚与NCV4275引脚兼容,当需要非常低的静态电流时,它可以替代该器件。对于D 2 PAK-5封装,输出电压精确到±2.0%,对于DPAK-5封装,输出电压精确到±2.5%,在满额定负载电流下,最大压差为600 mV。 特性 优势 5.0 V和3.3 V固定输出电压,输出电压精度为2%或2.5% 能够提供最新的微处理器 负载为100uA时最大34uA静态电流 满足100uA最大模块汽车制造商点火关闭静态电流要求 保护: -42 V反向电压保护短路 在任何汽车应用中都不需要外部组件来实现保护。 AEC-Q100 Qualifie d 符合自动资格认证要求 极低压降电压 应用 终端产品 发动机控制模块 车身和底盘 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 16:02 156次 阅读
NCV8675 LDO稳压器 350 mA 低压差 低Iq 高PSRR

NCV4264-2 LDO稳压器 100 mA 低Iq 高PSRR

4-2功能和引脚与NCV4264引脚兼容,具有更低的静态电流消耗。其输出级提供100 mA,输出电压精度为+/- 2.0%。在100 mA负载电流下,最大压差为500 mV。它具有内部保护,可防止45 V输入瞬变,输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 特性 优势 最大60μA静态电流,负载为100μA 处于待机模式时可以节省电池寿命。 保护: - 42 V反向电压保护短路保护热过载保护 无需外部元件在任何汽车应用中都需要保护。 极低压差 可以在低输入电压下启动时运行。 5.0 V和3.3 V固定输出电压,输出电压精度为2% AEC-Q100合格 应用 终端产品 车身和底盘 动力总成 发动机控制模块 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 13:02 140次 阅读
NCV4264-2 LDO稳压器 100 mA 低Iq 高PSRR

NCV4264 LDO稳压器 100 mA 高PSRR

4是一款宽输入范围,精密固定输出,低压差集成稳压器,满载电流额定值为100 mA。输出电压精确到±2.0%,在100 mA负载电流下最大压差为500 mV。 内部保护免受45 V输入瞬变,输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 特性 优势 5.0 V和3.3 V固定输出电压和2.0%输出电压精度 严格的监管限制 非常低的辍学 可以在低输入电压下启动时运行。 保护: -42 V反向电压保护短路保护热过载保护 在任何汽车应用中都不需要外部组件来启用保护。 AEC-Q100合格 符合汽车资格标准 应用 终端产品 车身与底盘 动力总成 发动机控制模块 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 13:02 333次 阅读
NCV4264 LDO稳压器 100 mA 高PSRR

NCV4264-2C LDO稳压器 100 mA 低Iq 高PSRR

4-2C是一款低静态电流消耗LDO稳压器。其输出级提供100 mA,输出电压精度为+/- 2.0%。在100 mA负载电流下,最大压差为500 mV。它具有内部保护,可防止45 V输入瞬变,输入电源反转,输出过流故障和过高的芯片温度。无需外部组件即可启用这些功能。 特性 优势 最大60μA静态电流,负载为100μ 在待机模式下节省电池寿命。 极低压降500 mV( max)100 mA负载电流 可以在低输入电压下启动时运行。 故障保护: -42 V反向电压保护短路/过流保护热过载保护 在任何汽车应用中都不需要外部组件来启用保护。 5.0 V和3.3 V固定输出电压,输出电压精度为2%,在整个温度范围内 AEC-Q100合格 应用 终端产品 发动机控制模块 车身和底盘 动力总成 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 13:02 283次 阅读
NCV4264-2C LDO稳压器 100 mA 低Iq 高PSRR

NCV8772 LDO稳压器 350 mA 低Iq

2是350 mA LDO稳压器,集成了复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8772可用于恶劣的汽车环境。超低静态电流(典型值低至24μA)使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的超低静态电流的电池的应用。当点火开关关闭时,模块保持活动模式时,此功能尤其重要。 Enable功能可用于进一步降低关断模式下的静态电流至1μA。 NCV8772包含电流限制,热关断和反向输出电流保护等保护功能。 特性 优势 固定输出电压为5 V 非常适合为微处理器供电。 2%输出电压上升至Vin = 40 V 通过负载突降维持稳压电压。 输出电流高达350 mA 我们广泛的汽车调节器产品组合允许您选择适合您应用的汽车调节器。 RESET输出 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 汽车的NCV前缀 符合汽车现场和变更控制& AEC-Q100资格要求。 低压差 在低输入电压下维持输出电压调节(特别是在汽车起动过程中)。 超低静态电流24μA典型 符合最新的汽车模块要求小于100μA。 热关机 保护设备免受高温下的永久性损坏。 短路 保护设备不会因电流过...
发表于 07-30 12:02 184次 阅读
NCV8772 LDO稳压器 350 mA 低Iq

NCV8770 LDO稳压器 350 mA 低Iq

0是350 mA LDO稳压器,集成了复位功能,专用于微处理器应用。其坚固性使NCV8770可用于恶劣的汽车环境。超低静态电流(典型值低至21μA)使其适用于永久连接到需要具有或不具有负载的超低静态电流的电池的应用。当点火开关关闭时,模块保持活动模式时,此功能尤其重要。 NCV8770包含电流限制,热关断和反向输出电流保护等保护功能。 特性 优势 固定输出电压为5 V 非常适合为微处理器供电。 2%输出电压上升至Vin = 40 V 通过负载突降维持稳压电压。 输出电流高达350 mA 我们广泛的汽车调节器产品组合允许您选择适合您应用的汽车调节器。 RESET输出 禁止微处理器在低电压下执行未请求的任务。 汽车的NCV前缀 符合汽车现场和变更控制& AEC-Q100资格要求。 低压差 在低输入电压下维持输出电压调节(特别是在汽车起动过程中)。 典型值为21μA的超低静态电流 符合最新的汽车模块要求小于100μA。 热关机 保护设备免受高温下的永久性损坏。 短路 保护设备不会因电流过大而在芯片上产生金属开路。 非常广泛的Cout和E...
发表于 07-30 12:02 144次 阅读
NCV8770 LDO稳压器 350 mA 低Iq

MC33160 线性稳压器 100 mA 5 V 监控电路

0系列是一种线性稳压器和监控电路,包含许多基于微处理器的系统所需的监控功能。它专为设备和工业应用而设计,为设计人员提供了经济高效的解决方案,只需极少的外部组件。这些集成电路具有5.0 V / 100 mA稳压器,具有短路电流限制,固定输出2.6 V带隙基准,低电压复位比较器,带可编程迟滞的电源警告比较器,以及非专用比较器,非常适合微处理器线路同步。 其他功能包括用于低待机电流的芯片禁用输入和用于过温保护的内部热关断。 这些线性稳压器采用16引脚双列直插式热片封装,可提高导热性。 特性 5.0 V稳压器输出电流超过100 mA 内部短路电流限制 固定2.6 V参考 低压复位比较器 具有可编程迟滞的电源警告比较器 未提交的比较器 低待机当前 内部热关断保护 加热标签电源包 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 139次 阅读
MC33160 线性稳压器 100 mA 5 V 监控电路

FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

80是一款用于移动电源应用的低静态电流PMIC。 PMIC包含一个降压,一个升压和四个低噪声LDO。 特性 晶圆级芯片级封装(WLCSP) 可编程输出电压 软启动(SS)浪涌电流限制 可编程启动/降压排序 中断报告的故障保护 低电流待机和关机模式 降压转换器:1.2A,VIN范围: 2.5V至5.5V,VOUT范围:0.6V至3.3V 升压转换器:1.0A,VIN范围:2.5V至5.5V,VOUT范围:3.0V至5.7V 四个LDO:300mA,VIN范围:1.9V至5.5V,VOUT范围:0.8V至3.3V 应用 终端产品 电池和USB供电设备 智能手机 平板电脑 小型相机模块 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 04:02 336次 阅读
FAN53880 一个降压 一个升压和四个LDO PMIC

NCV5171 升压转换器 280 kHz 1.5 A 用于汽车

1 / 73产品是280 kHz / 560 kHz升压调节器,具有高效率,1.5 A集成开关。该器件可在2.7 V至30 V的宽输入电压范围内工作。该设计的灵活性使芯片可在大多数电源配置中运行,包括升压,反激,正激,反相和SEPIC。该IC采用电流模式架构,可实现出色的负载和线路调节,以及限制电流的实用方法。将高频操作与高度集成的稳压器电路相结合,可实现极其紧凑的电源解决方案。电路设计包括用于正电压调节的频率同步,关断和反馈控制等功能。这些器件与LT1372 / 1373引脚兼容,是CS5171和CS5173的汽车版本。 特性 内置过流保护 宽输入范围:2.7V至30V 高频允许小组件 最小外部组件 频率折返减少过流条件下的元件应力 带滞后的热关机 简易外部同步 集成电源开关:1.5A Guarnateed 引脚对引脚与LT1372 / 1373兼容 这些是无铅设备 用于汽车和其他应用需要站点和控制更改的ons CS5171和CS5173的汽车版本 电路图、引脚图和封装图...
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NCV5171 升压转换器 280 kHz 1.5 A 用于汽车

NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

是一款线性稳压器,能够提供450 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:
发表于 07-29 21:02 273次 阅读
NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 714次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5