實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能組件電壓變化的供電網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計(jì)

控制器的輸入端，光敏傳感器分別由兩只光敏電阻串聯(lián)交叉組合而成。 每一組兩只光敏電阻中的一只為比較器的上偏置電阻，另一只為下偏置電阻。 一只檢測(cè)太陽(yáng)光照，另一只則檢測(cè)環(huán)境光照，送至比較器輸入端的比較電平始終為兩者光照之差。 具體電路如圖4所示：光敏電阻RT1 ， RT2 與電位器R27和光敏電阻RT3 ， RT4 與電位器R28分別構(gòu)成光敏傳感電路。 將RT1 和RT3 安裝在垂直遮陽(yáng)板的一側(cè)， RT4 和RT2安裝在另一側(cè)。 當(dāng)RT1 ， RT2 ， RT3 和RT4 同時(shí)受環(huán)境自然光線作用時(shí)， R27和R28的中心點(diǎn)電壓不變。 當(dāng)只有RT1 ， RT3 受太陽(yáng)光照射， RT1 的內(nèi)阻減小， LM 2903 的5 腳電位升高， 7 腳輸出高電平， 三極管Q7 導(dǎo)通，JDQ 4工作，其觸點(diǎn)3， 5閉合。 同時(shí)RT3 內(nèi)阻減小， LM 2903的3腳電位下降， JDQ 5不工作，電機(jī)M 正轉(zhuǎn)；當(dāng)只有RT2 ， RT4 受太陽(yáng)光照射，同理，電機(jī)M 反轉(zhuǎn)。 當(dāng)轉(zhuǎn)到垂直遮陽(yáng)板兩側(cè)的光照度相同時(shí)， JDQ 4， JDQ 5都導(dǎo)通，電機(jī)M 才停轉(zhuǎn)。 在太陽(yáng)不停地偏移過(guò)程中，垂直遮陽(yáng)板兩側(cè)光照度的強(qiáng)弱不斷地交替變化，電機(jī)不停的運(yùn)動(dòng)，使太陽(yáng)能接收裝置始終面朝太陽(yáng)。

圖4 自動(dòng)跟蹤控制器

2.5 充電管理電路設(shè)計(jì)

鋰電池的充電過(guò)程一般分為3個(gè)階段： ①涓流充電階段。 ②恒流充電階段。 一般可以充電到電池容量的85%左右。 ③恒壓充電階段。鋰電池過(guò)充，輕則減少電池壽命，性能變壞，重則產(chǎn)生漏液等。在本文的設(shè)計(jì)中，采用了線性充電管理芯片MCP73831，如圖1所示。 該芯片具有輸出電壓準(zhǔn)確，任意設(shè)定充電電流，自動(dòng)轉(zhuǎn)換充電模式，消耗電流極?。?5uA ） ，過(guò)充監(jiān)測(cè)保護(hù)等功能和特點(diǎn)。 MCP73831各管腳的功能：VDD 為輸入電壓端； VSS 為參考零電壓端； VBA T為充電控制輸出端； STA T 為充電狀態(tài)輸出端。 PROG為電流設(shè)定與充電控制使能端。 鋰電池充電時(shí)，充電管理芯片MCP73831的PROG 接口須外接電阻到VSS，具體計(jì)算公式： IREG = 1000 （V ） /RPROG其中RPROG的單位為kΩ， IREG的單位為mA. 在本文設(shè)計(jì)中RPROG = 2kΩ。

則IREG = 500mA. STA T的各接口狀態(tài)及電路設(shè)計(jì)中指示燈的邏輯關(guān)系如表1所示。 充電管理芯片MCP73831通過(guò)檢測(cè)鋰電池的BA T引腳來(lái)判斷電池的各個(gè)狀態(tài)，從而對(duì)電池進(jìn)行充電管理。 不發(fā)生過(guò)電壓保護(hù)時(shí)，供電網(wǎng)絡(luò)一方面對(duì)MCP73831提供5V 電壓。 一方面通過(guò)D 5傳輸?shù)絁DQ2對(duì)后續(xù)電路供電。 應(yīng)急充電時(shí)，外接5V 電源，一路通過(guò)D5到繼電器JDQ 2. 另一路到達(dá)MCP73831對(duì)鋰電池充電。 D5 陰極端輸出電壓5（V ） - 017 （V ） = 413 （V ） ，由于鋰電池的電壓在充滿或非充滿電狀態(tài)的時(shí)候，都低于D6 陰極輸出端電壓（D5 ， D6 共陰極） ， 所以在應(yīng)急充電的過(guò)程中， RT9193 正常工作。 在CMOS （ comp lem entary m etal2oxidesem iconducto r）型電壓調(diào)節(jié)器RT9193的B P端和地之間連接一個(gè)22nF的電容，可以極大的減少調(diào)節(jié)器的輸出噪聲。在常溫狀態(tài)下，充電完成時(shí)電壓412V 的鋰電池， 消耗了90%的電量時(shí)候， 電壓仍然會(huì)保持315V. 本文設(shè)計(jì)中選用電壓調(diào)節(jié)器RT9193，即使314V 的時(shí)候，輸出電壓仍然可以穩(wěn)定在313V。

表1MCP73831電路設(shè)計(jì)中指示燈的邏輯關(guān)系

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

在調(diào)試中， 采用模塊化測(cè)試的方法， 最后進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。 對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，選用可調(diào)電源，調(diào)節(jié)輸入電壓，輸出電壓及試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。 通過(guò)應(yīng)急充電接口接入標(biāo)準(zhǔn)5V 電壓，斷開(kāi)RT9193，對(duì)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，沒(méi)有連接二極管D5 ， D6 ，發(fā)現(xiàn)MCP73831的指示燈指示不正確。 分析發(fā)現(xiàn)， 不連接二極管D5 ， D6 ， 相當(dāng)于RT9193直接連接在BA T引腳輸出，在MCP73831上電的瞬間， 要檢測(cè)BA T的狀態(tài)， RT9193的輸入引腳及支路連接到鋰電池的正極，直接影響到了MCP73831對(duì)BA T引腳的檢測(cè)狀態(tài)，致使充電進(jìn)入涓流充電階段。 增加D5 ， D6后，再進(jìn)行試驗(yàn)，指示燈符合邏輯要求。 測(cè)試輸出電流為最大為485mA，充電電壓達(dá)到412V 時(shí)，綠色指示燈熄滅，紅色指示燈亮起，完成對(duì)鋰電池的充電。 W1 接入0~10V 可調(diào)節(jié)電壓源（初始值設(shè)為5V ） ，M1 接入0~5V 可調(diào)節(jié)電壓源（初始值設(shè)為4V ） ，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R13 ， R14. 使W 1輸入電壓6V 時(shí)LM 2903的7腳由低電平轉(zhuǎn)為高電平。 測(cè)量此時(shí)滑動(dòng)電阻器R13 = 3115kΩ， 固定此電阻值。 M1 輸入電壓315V 時(shí)LM 2903的1腳由高電平轉(zhuǎn)為低電平，測(cè)量此時(shí)滑動(dòng)變阻器R14 = 1kΩ，固定此電阻值。 此時(shí)發(fā)現(xiàn)LM 2903的1腳輸出處于臨界值，不停的在高低電平之間變換，繼電器JDQ2不停的通斷， 減少了JDQ2的使用壽命，極易損壞無(wú)線示功儀及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備， 對(duì)無(wú)線設(shè)備的壽命影響也極大。 分析發(fā)現(xiàn)：在過(guò)放電保護(hù)過(guò)程中，檢測(cè)值和比較值如果達(dá)到基本一致的狀態(tài)，則會(huì)產(chǎn)生臨界保護(hù)。 為此在電阻R20與R′20之間接電解電容C13 ，通過(guò)對(duì)電容的充放電，延遲了Q4 的關(guān)斷時(shí)間，增加了開(kāi)啟和關(guān)斷的時(shí)間間隔，電容的大小決定了時(shí)間間隔的長(zhǎng)短。 該時(shí)間即為過(guò)放保護(hù)控制器的保護(hù)延時(shí)時(shí)間。 設(shè)計(jì)選用212μF電容，測(cè)試發(fā)現(xiàn)延時(shí)15s左右。

自動(dòng)跟蹤控器調(diào)試，調(diào)試時(shí)W1 接5V 電源，用一只100W 燈泡照射RT1 與RT3 并移動(dòng)燈光，可以發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能采集板跟著燈光運(yùn)動(dòng)。 但穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)電機(jī)不停震動(dòng)， 此時(shí)通過(guò)在電阻R31與電阻R32之間增加一個(gè)417uF電容，延遲電機(jī)啟動(dòng)、停止時(shí)間。 經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)延時(shí)時(shí)間40s左右，相對(duì)太陽(yáng)照射時(shí)間來(lái)說(shuō)，此時(shí)間可以忽略不計(jì)，不影響跟蹤功能。 同理在電阻R34與電阻R35之間增加一個(gè)417μF電容。 經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)：可以完全消除電機(jī)震動(dòng)現(xiàn)象且跟蹤效果良好。 各部分獨(dú)立調(diào)試完成后對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)和充電管理芯片MCP73831進(jìn)行聯(lián)調(diào)，然后增加RT9193進(jìn)行調(diào)試， 最后實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試。 經(jīng)測(cè)試證明， 實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)和功能要求。