太阳能电池充电电路的设计分析

1、太阳能电池充电电路的设计分析            4.1 光伏电池的工作特点太阳光伏电池将光能转化为电能，当光照一定时可视为恒流源。将若干个光电元件串并联，其伏安特性曲线见图4-1。由图可见，端电压为时，输出功率可最大。为了最大限度地利用太阳能，应使端电压 尽可能维持在 ，这正是本章中所要解决的问题。 太阳光伏电池对蓄电池的充电方式不同于电网电源充电，其端电压 受负载影响而变化，不能保证对蓄电池以恒压方式充电。因此，在主电路的设计中要考虑光伏组件与负载的隔离问题以及适当选择

2、电路参数以稳定充电电流。图4-1 光伏电池的伏安特性4.2 充电装置的主电路结构设计的充电电路见图4-2。图4-2 主电路结构根据太阳电池组件的电压 与蓄电池电压E的匹配要求，选择PWM降压斩波DCDC转换电路设计充电主电路。用MOS管和电感进行降压斩波，提升组件的端电压。电感L用于改善纹波，并在MOS管关断时产生续流，实现降压升流的作用。当MOS管关断时，输入、输出之间被隔离。电容C的作用：一是在MOS管通态时稳定组件的端电压，使之保持在 附近，提高组件的输出功率；二可以提供一定的充电电流，进一步达到降压升流的作用；三是MOS管关断时，光伏电池仍能对电容继续充电储存能量，提高太阳能的利用率；

3、四可以减小充电电流对蓄电池的冲击，保护蓄电池。4.3 主电路参数计算将电路分为通态和断态两种情况讨论。4.3.1 MOS管通态时的充电电流的计算MOS管处于通态时设充电电流为 ，由充电等效电路，得微分方程为：式中， 充电时的初始值。4.3.2 MOS管断态时的充电电流的计算MOS管处于断态时设电流为 ，等效电路方程为：其中，TPWM关断周期。4.3.3 电路主要参数的计算由于MOS管通态时电路中既有电感又有电容，当电感太大时会出现振荡，而太小又会断流，因此，需对其进行分析计算。根据通态等效电路可得：由于电路中的电阻R较小，若取得较大的电感，需选择较大的电容。当MOS管关断时，为充分利用太阳能，

4、使电池组件仍保持在最大功率输出，电容C、电容电压 和充电电流其中，f-PWM的控制频率，其数值与蓄电池的充电要求有关；PWM的占空比，= 。根据光伏电池组件的端电压 和蓄电池端电压E的数值确定：E=* 当光伏组件的 和蓄电池的电压E给定后，根据上述计算选择电路参数L、C和占空比，可有效提高充电效率。4.4 测试数据与波形比较通过对主电路测试结果表明，与上述设计结果吻合。4.4.1 降压斩波的设计以某组件 =18V，蓄电池电压E=10V的实际测试为例说明电路的稳压效果。有降压斩波时，当PWM占空比=EVs时，组件端电压维持在 =18V。图4-3中波形1是太阳光伏电池组件的端电压 ，波形2是PWM。无降压斩波(即占空比=1)光伏组件电压被蓄电池电压拉至10V，不能保证最大功率输出，见图4-4。4.4.2 关断储能的比较图4-5是当含有关断储能元件时，光伏组件电压维持在18V时的波形，并有电流对电容充电。图4-6是无关断储能元件时，光伏组件的输出电压波形。当MOS管导通时组件电压为18V，当MOS关断时，组件开路电压接近20V，但此时无电流输出，因而输出功率为零。由此可见，本电路设计采取降压斩波和关断储能的措施，确实可以保证太阳电池组件工作在最大输出电压的状态，并充分利用关断期间的能量，是一种高效的充电装置12。图4-3 降压斩波光伏电池输