太阳能光伏控制器设计制作通信电子电子电气自动化通信电子电子设计.pdf

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1、太阳能光伏控制器设计、制作 1/8 实验 太阳能光伏控制器设计、制作 一、实验目的：1、了解太阳能光伏控制器的原理；2、了解控制器的设计过程；3、了解控制器 PCB板的制作过程；4、了解控制器的焊装与调试 二、实验设备 计算机 线路板雕刻机 焊台 数字万用表 三、实验注意事项 实验中注意严格遵照设备使用说明操作，注意安全；四、实验原理 太阳能控制器是太阳能光伏系统中重要的组成部分,它在很大程度上决定了太阳能光伏系统的可靠性。控制器的任务主要是实现太阳能对蓄电池的充电并保护光伏系统中的蓄电池。1、UC3906 介绍 UC3906作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片，具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所需的

2、全部控制和检测功能。内含有独立的电压控制电路和限流放大器，它可以控制芯片内的驱动器。驱动器提供的输出电流达 25mA，可直接驱动外部串联调整管，从而调整充电器的输出电压和电流。电压和电流检太阳能光伏控制器设计、制作 2/8 测比较器检测蓄电池的充电状态，并控制充电状态逻辑电路的输入信号。图 1 UC3906 内部结构框图 当电池电压或温度过低时，充电使能比较器控制充电器进入涓流充电状态。当驱动器截止时，该比较器还能输出 25mA涓流充电电流。这样，当电池短路或反接时，充电器只能小电流充电，避免了因充电电流过大而损坏电池。UC3906 的一个非常重要特性就是具有精确的基准电压，其基准电压随环境温

3、度而变，且变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全一致。同时，芯片只需 1.7mA的输入电流就可工作，这样可以尽量减小芯片的功耗，实现对工作环境温度的准确检测，保证电池既充足电又不会严重过充电。的设计过程了解控制器板的制作过程了解控制器的焊装与调试二实验设备计算机线路板雕刻机焊台数字万用表三实验注意事项实验中注意严格遵照设备使用说明操作注意安全四实验原理太阳能控制器是太阳能光伏系统中重要的组成系统中的蓄电池介绍作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能内含有独立的电压控制电路和限流放大器它可以控制芯片内的驱动器驱动器供的输出电流达可直接驱动外部串联调并控制

4、充电状态逻辑电路的输入信号图内部结构框图当电池电压或温度过低时充电使能比较器控制充电器进入涓流充电状态当驱动器截止时该比较器还能输出涓流充电电流这样当电池短路或反接时充电器只能小电流充电避免了因充太阳能光伏控制器设计、制作 3/8 除此之外，芯片内部还包括一个输入欠压检测电路以对充电周期进行初始化。这个电路还驱动一个逻辑输出，当加上输入电源后，脚 7 可以指示电源状态。如图 2 所示，由 RA、RB和 RC组成的电阻分压网络用来检测充电电池的电压，通过与精确的参考电压（VREF）相比较来确定浮充电压、过充电压和涓流充电的阈值电压。图 2 双电平浮充充电器基本电路 蓄电池的一个充电周期按时间可分

5、为三种状态：大电流快速充电状态，过充电状态和浮充电状态。其充电参数主要有浮充电电压 VF、过充电电压 VOC、最大充电电流 Imax、过充电终止电流 IOCT等。它们与 RA、RB、RC、RS之间的关系可以从下面的公式反映出来：VOC=VREF(1 RA/RB RA/RC)（1）VF=VREF(1 RA/RB)（2）的设计过程了解控制器板的制作过程了解控制器的焊装与调试二实验设备计算机线路板雕刻机焊台数字万用表三实验注意事项实验中注意严格遵照设备使用说明操作注意安全四实验原理太阳能控制器是太阳能光伏系统中重要的组成系统中的蓄电池介绍作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所

6、需的全部控制和检测功能内含有独立的电压控制电路和限流放大器它可以控制芯片内的驱动器驱动器供的输出电流达可直接驱动外部串联调并控制充电状态逻辑电路的输入信号图内部结构框图当电池电压或温度过低时充电使能比较器控制充电器进入涓流充电状态当驱动器截止时该比较器还能输出涓流充电电流这样当电池短路或反接时充电器只能小电流充电避免了因充太阳能光伏控制器设计、制作 4/8 Imax=0.25V/RS （3）IOCT=0.025V/RS （4）Imax=0.25V/RS=500*10-3 RS=0.25*1000/500=0.5 VF，VOC和 VREF 成正比。VREF 的温度系数是3.9mV/。Imax，I

7、OCT，VOC，VF可以独立地设置。只要所提供的输入电源允许或功率管可以承受，Imax 的值可以尽可能地大。虽然某些厂家宣称如果有过充保护电路，充电率可以达到甚至超过 2C，但是电池厂商推荐的充电率范围是 C/20C/3。IOCT的选择应尽可能地使电池接近 100充电。合适值取决于 VOC和在 VOC时电池充电电流的衰减特性。Imax 和 IOCT分别由电流限制放大器和电流检测放大器的偏置电压和检测电流的电阻 RS决定。VF、VOC的值由内部参考电压 VREF 和外部电阻 RA、RB、RC组成的网络决定。由于充电器始终接在蓄电池上，为防止蓄电池电流倒流入充电器，如图 3，在串联调整管与输出端之

8、间串入一只二极管。同时，为了避免输入电源中断后，蓄电池通过分压电阻 R1、R2、R3放电，使 R3通过电源指示晶体管（脚 7）接地。的设计过程了解控制器板的制作过程了解控制器的焊装与调试二实验设备计算机线路板雕刻机焊台数字万用表三实验注意事项实验中注意严格遵照设备使用说明操作注意安全四实验原理太阳能控制器是太阳能光伏系统中重要的组成系统中的蓄电池介绍作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能内含有独立的电压控制电路和限流放大器它可以控制芯片内的驱动器驱动器供的输出电流达可直接驱动外部串联调并控制充电状态逻辑电路的输入信号图内部结构框图当电池电压或温度过

9、低时充电使能比较器控制充电器进入涓流充电状态当驱动器截止时该比较器还能输出涓流充电电流这样当电池短路或反接时充电器只能小电流充电避免了因充太阳能光伏控制器设计、制作 5/8 电池的额定电压为 12V,容量为7Ah,VIN=18V,VF=13.8V,Voc=15V,IMAX=500mA,IOCT=50mA。由于充电器始终接在蓄电池上,为防止蓄电池的输出电流流入充电器,应在串联调整管与输出端之间串入一只二极管。同时为了避免输入电源中断后蓄电池通过分压电阻 R3放电,设计时将 R3通过电源指示晶体管(7 脚)连接到地。当 18V输入电压加入后,串联的功率管 TIP42C 导通,开始大电流恒流充电,充

10、电电流为 500mA,这时充电电流保持不变,电池电压逐渐升高。当电池电压达到过充电压 Voc的 95%(即 14.25V)时,电池转入过充电状态,此时充电电压维持在过充电电压,充电电流开始下降。当充电电流降到过充电终止电流(IOCT)时,UC3906的10 脚输出高电平,比较器LM339输出低电平,蓄电池自动转入浮充状态。同时充足电指示发光管发光,指示蓄电池已充足电。3 结论 的设计过程了解控制器板的制作过程了解控制器的焊装与调试二实验设备计算机线路板雕刻机焊台数字万用表三实验注意事项实验中注意严格遵照设备使用说明操作注意安全四实验原理太阳能控制器是太阳能光伏系统中重要的组成系统中的蓄电池介绍

11、作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能内含有独立的电压控制电路和限流放大器它可以控制芯片内的驱动器驱动器供的输出电流达可直接驱动外部串联调并控制充电状态逻辑电路的输入信号图内部结构框图当电池电压或温度过低时充电使能比较器控制充电器进入涓流充电状态当驱动器截止时该比较器还能输出涓流充电电流这样当电池短路或反接时充电器只能小电流充电避免了因充太阳能光伏控制器设计、制作 6/8 图 3 12V 密封铅酸电池双电平浮充充电器电路图 18V输入电压加入后，Q1导通，开始恒流充电，充电电流为 500mA，电池电压逐渐升高。当电池电压达到过充电压 VOC的 95

12、（即 14.25V）时，电池转入过充电状态，充电电压维持在过充电电压，充电电流开始下的设计过程了解控制器板的制作过程了解控制器的焊装与调试二实验设备计算机线路板雕刻机焊台数字万用表三实验注意事项实验中注意严格遵照设备使用说明操作注意安全四实验原理太阳能控制器是太阳能光伏系统中重要的组成系统中的蓄电池介绍作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能内含有独立的电压控制电路和限流放大器它可以控制芯片内的驱动器驱动器供的输出电流达可直接驱动外部串联调并控制充电状态逻辑电路的输入信号图内部结构框图当电池电压或温度过低时充电使能比较器控制充电器进入涓流充电状态当驱

13、动器截止时该比较器还能输出涓流充电电流这样当电池短路或反接时充电器只能小电流充电避免了因充太阳能光伏控制器设计、制作 7/8 降。当充电电流降到过充电终止电流（IOCT）时，UC3906的脚 10 输出高电平，比较器 LM339输出低电平，蓄电池自动转入浮充状态。同时充足电指示发光管发光，指示蓄电池已充足电。2、三段式铅酸蓄电池充电介绍 （1）恒流充电阶段，充电器充电电流保持恒定，充入电量快速增加，电池电压上升；涓流阶段的低恒压值，值过高将使电池失水，容易使电池发热变形；值过低不利于电池充足电。（2）恒压充电阶段，充电器充电电压保持恒定，充入电量继续增加，电池电压缓慢上升，充电电流下降；高恒压

14、值，较高有利于快速充足电，但是容易使电池失水，充电后期电流下不来，结果使电池发热变形；较低不利于电池快速充足电，有利于向涓流阶段转换。的设计过程了解控制器板的制作过程了解控制器的焊装与调试二实验设备计算机线路板雕刻机焊台数字万用表三实验注意事项实验中注意严格遵照设备使用说明操作注意安全四实验原理太阳能控制器是太阳能光伏系统中重要的组成系统中的蓄电池介绍作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能内含有独立的电压控制电路和限流放大器它可以控制芯片内的驱动器驱动器供的输出电流达可直接驱动外部串联调并控制充电状态逻辑电路的输入信号图内部结构框图当电池电压或温度

15、过低时充电使能比较器控制充电器进入涓流充电状态当驱动器截止时该比较器还能输出涓流充电电流这样当电池短路或反接时充电器只能小电流充电避免了因充太阳能光伏控制器设计、制作 8/8（3）浮充充电阶段，蓄电池充满，充电电流下降到低于浮充转换电流，充电器充电电压降低到浮充电压，保持为浮充电压；转换电流，较高有利于电池寿命，不容易发热变形，但不利于电池快速充足电；较低有利于充足电，但是由于较长时间高电压充电，容易使电池失水，使电池发热变形。五、实验内容 1、设计一简易太阳能蓄电池充放电控制器，绘制出原理图和 PCB板图；2、利用线路板雕刻机制作控制器 PCB板；3、按照原理图，正确焊装元器件，并调试；六、

16、实验报告要求 1、具体实训步骤；2、分析太阳能控制器的设计参数的选择；3、PCB制板注意事项；4、焊装与调试心得；七、实验报告 注意：采用 PROTEL 99软件 单面板 板上写：重庆邮电大学+学号或姓名 VF=13.8 V,Voc=15V,IMAX=500mA,IOCT=50mA 的设计过程了解控制器板的制作过程了解控制器的焊装与调试二实验设备计算机线路板雕刻机焊台数字万用表三实验注意事项实验中注意严格遵照设备使用说明操作注意安全四实验原理太阳能控制器是太阳能光伏系统中重要的组成系统中的蓄电池介绍作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能内含有独立的电压控制电路和限流放大器它可以控制芯片内的驱动器驱动器供的输出电流达可直接驱动外部串联调并控制充电状态逻辑电路的输入信号图内部结构框图当电池电压或温度过低时充电使能比较器控制充电器进入涓流充电状态当驱动器截止时该比较器还能输出涓流充电电流这样当电池短路或反接时充电器只能小电流充电避免了因充