基于UC3909的太陽能充電方案

郭天飛+高瑜

摘 要：隨著全球化石燃料能源的大量減少，開發(fā)和應(yīng)用新能源已成為解決全球能源問題的重要舉措之一。該文給出了一種利用太陽能電池板，以充電管理芯片UC3909為核心的蓄電池充電方案。按照鉛酸蓄電池的儲能方法，該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對蓄電池進(jìn)行涓流、恒流、恒壓、浮充四階段充電，在充電過程中還可以對充電電壓和充電電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)對蓄電池可靠精確地充電，提高蓄電池的使用壽命。

關(guān)鍵詞：太陽能 蓄電池 UC3909 充電

中圖分類號：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（b）-0047-02

目前，人們?nèi)粘?yīng)用最廣泛的新能源當(dāng)數(shù)太陽能。太陽能發(fā)電分為光伏發(fā)電和熱發(fā)電，光伏發(fā)電是通過太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能，效率較低，大多應(yīng)用于電量需求量較少的系統(tǒng)中，比如：太陽能熱水器、太陽能路燈等。

在國內(nèi)，鉛酸蓄電池廣泛應(yīng)用于電動自行車和低速電動汽車，其應(yīng)用于太陽能充電儲能系統(tǒng)中可以在很大程度上提高系統(tǒng)的可靠性。

該設(shè)計(jì)利用太陽能電池板，實(shí)現(xiàn)對鉛酸蓄電池的充電。

1 整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

該文給出的蓄電池充電器，包括DC/DC轉(zhuǎn)換單元和充電控制單元，充電控制單元以充電管理芯片UC3909為核心，還包括采樣電路、場效應(yīng)管及外圍元件。整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

太陽能電池板的輸出為變化的直流電壓，而蓄電池的充電電壓基本上為定值，因此，必須通過DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，將電池板輸出電壓轉(zhuǎn)換為恒壓，對蓄電池的充電。

充電控制單元由充電管理芯片UC3909、采樣電路以及場效應(yīng)管組成。采樣電路實(shí)時(shí)采集蓄電池的充電電壓和電流信息并送入U(xiǎn)C3909，UC3909對信息進(jìn)行分析，采用PWM脈寬調(diào)制方式控制場效應(yīng)管通斷，從而達(dá)到對蓄電池充電的最好效果。

目前，市場上有多種DC/DC轉(zhuǎn)換芯片可供選擇，價(jià)格便宜，電路簡單，性能較好，該文不再贅述。該設(shè)計(jì)主要敘述充電控制單元的設(shè)計(jì)思路。

2 蓄電池四階段充電

該充電器根據(jù)蓄電池的儲能原理，采用涓流、恒流、恒壓、浮充四階段充電方式，充電變化曲線如圖2所示。

首先，蓄電池進(jìn)入涓流充電狀態(tài)。此時(shí)，充電電流為一很小值，通常僅為1/100的蓄電池容量，直到蓄電池端電壓達(dá)到UT。蓄電池進(jìn)入恒流充電的快速充電狀態(tài)，恒流值為IBULK，通常取蓄電池及系統(tǒng)允許的最大充電電流，直到蓄電池端電壓達(dá)到UOC。充電器對蓄電池以恒定電壓UOC進(jìn)行過壓充電，直到充電電流下降為IBULK的10%，此時(shí)蓄電池已充滿電。最后為涓流浮充階段，此時(shí)，充電器對蓄電池以恒定電壓UF進(jìn)行過壓充電，以維持蓄電池處于飽和狀態(tài)。至此，四階段充電過程全部完成，該過程中涉及到的UT、IBULK、UOC、UF等門檻值，可由蓄電池生產(chǎn)廠家所提供的充電參數(shù)獲得。

充電狀態(tài)由UC3909芯片6腳（STAT1）、7腳（STAT0）接LED顯示，充電器分別處于四個(gè)階段時(shí)，LED依次顯示為00、01、10、11。

3 充電控制單元

充電控制單元包括充電管理芯片UC3909、采樣電路以及場效應(yīng)管，其核心為UC3909及其外圍元件，連接電路及部分元件參數(shù)見圖3。

UC3909是鉛酸蓄電池充電管理芯片，其輸入電壓范圍為7.5～40 V，輸出電壓范圍為0～400 V可調(diào)，輸出直流電流范圍為0～10 A可調(diào)[2]。它可以實(shí)時(shí)檢測蓄電池的充電電流和端電壓，對充電狀態(tài)進(jìn)行判斷，通過調(diào)制5腳輸出PWM脈沖的占空比，轉(zhuǎn)換蓄電池充電狀態(tài)。此外，UC3909內(nèi)部還集成了方波振蕩器、誤差放大電路、軟啟動電路、溫度補(bǔ)償電路等，可以精確控制蓄電池的充電；UC3909內(nèi)部集成了溫度補(bǔ)償電路，1腳（RTHM）和20腳（R10）為溫度補(bǔ)償放大器的兩個(gè)輸入端，兩管腳均外接10 kΩ電阻，其中1腳所接熱敏電阻貼于蓄電池外表面，具有負(fù)的溫度系數(shù)，能夠?qū)崟r(shí)檢測蓄電池的溫度變化。

采樣電路如圖3右上角部分所示。UC3909芯片的16腳、17腳為電流檢測電路的同相輸入端和反向輸入端，分別接于電流采樣電阻RS兩側(cè)，其壓差不能超過400 mV[3]。而蓄電池的充電電流流過RS，因此，RS阻值不能太大，而且要盡可能小。

鉛酸蓄電池的傳統(tǒng)充電裝置為低頻變壓器，控制元件為晶閘管，該種充電方式不符合蓄電池的充電工作原理，長時(shí)間使用會造成蓄電池過充、壽命縮短等問題。該設(shè)計(jì)采用POWER MOSFET為主控制元件。POWER MOSFET具有開關(guān)速度快，溫度穩(wěn)定性好，輸入阻抗高，驅(qū)動功率小等特點(diǎn)，特別是其通態(tài)電阻具有正的溫度系數(shù)，有利于采用多元集成結(jié)構(gòu)和器件的并聯(lián)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉祖隆.觸控式混合儲能太陽能LED調(diào)光照明系統(tǒng)[D].華僑大學(xué)，2012.

[2] 丁肖宇.一種基于UC3909控制器的蓄電池充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].變頻器界，2005（8）：44-46.

[3] 張志恒.基于UCC3809及UC3909的電動自行車充電器[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2007，33（6）：142-144.