詳解太陽能充電控制器及其設(shè)計要點(diǎn)

　　反極性保護(hù)

　　除了正常的太陽能電池板瞬態(tài)，還有四種不同的輸入輸出連接可能性。第一種情況，輸入和輸出連接正確，無需保護(hù)。第二種情況，輸入電壓反向連接。如果在這種情況下允許電流流過，那么所有輸出二極管都可能損壞。

　　不過，在圖5所示B或C的輸入端串聯(lián)一個二極管就可以保護(hù)所有器件。串聯(lián)二極管的一個缺點(diǎn)是，它會連續(xù)耗散系統(tǒng)功率。如果反向極性保護(hù)二極管放在高電流系統(tǒng)中，損耗可能會很大。實(shí)施反極性保護(hù)的另一種方法是放置一個二極管，例如，當(dāng)施加反向電壓時它會使保險絲開路，如圖5 D所示。選擇的保險絲可以是一個用戶可更換或波利熱熔斷器。保險絲可以提供必要的保護(hù)，但可能導(dǎo)致不太好的用戶體驗。實(shí)現(xiàn)二極管反向極性保護(hù)的低損耗方式是使用MOSFET，當(dāng)施加的電壓極性正確時MOSFET導(dǎo)通，而在電壓極性不正確時關(guān)閉。圖5 E所示。

　　圖5：反極性的輸入端連接

　　在第三種情況下，輸出是反極性連接，輸入是正確連接，功率元件可能會損壞。由于源假定為鉛酸電池，保護(hù)至關(guān)重要，因為損壞的元件可能消耗大量的能量。圖5 B顯示了防止反向輸出電壓的方法之一。

　　最后一種情況是輸入和輸出的連接都不正確。在這種情況下，如果設(shè)計人員實(shí)施了第二和第三種保護(hù)，輸入和輸出都將受到保護(hù)。設(shè)計人員不應(yīng)忽略電壓抑制器，它安裝在瞬態(tài)電壓的輸入端，其極性可能正確或不正確。因此，重要的是要有雙向瞬態(tài)抑制器，能夠承受正常反極性電壓而不會損壞。

　　電池充電

　　鉛酸電池充電有三個階段：恒流充電或大電流充電、吸收或恒壓模式，以及浮充電。在大電流充電期間，電流保持恒定，這是由NCP1294脈沖電流限制和電流設(shè)置電路的脈沖完成的。除非最大功率點(diǎn)低于這個水平，電流都將保持在設(shè)計人員或用戶設(shè)定的充電速率，此時將充電到最大功率點(diǎn)調(diào)整率。

　　OOV比較器

　　NCP1294配備了一個OOV比較器，可以監(jiān)測輸出電池電壓，以確定是否反饋機(jī)制已損壞，或遠(yuǎn)程檢測受到超過電池溫度補(bǔ)償?shù)碾姵仉妷旱挠绊?。?dāng)斷開OOV時系統(tǒng)關(guān)閉。比較器可用在系統(tǒng)輸入或系統(tǒng)輸出，但推薦用作輸出的故障安全機(jī)制。當(dāng)使用單電池系統(tǒng)時，可以使用18V的觸發(fā)點(diǎn)（trip point）或基于充電狀態(tài)設(shè)置觸發(fā)點(diǎn)。如果使用浮動電壓狀態(tài)，需要設(shè)置15 V為觸發(fā)電壓。

　　OUV功能

　　NCP1294的欠壓鎖定功能（OUV）功能可監(jiān)測轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，以確定是否輸入電壓水平會導(dǎo)致熱問題。OUV可以獨(dú)立監(jiān)測輸入電壓，以確保輸入電壓在理想水平，從而提供最大輸出功率。

　　OTP功能

　　由于太陽能控制器可能以不恰當(dāng)?shù)姆绞绞褂?，建議對降壓主開關(guān)的溫度進(jìn)行監(jiān)測，以確定它是否超過了最高溫度水平。如果主MOSFET的溫度已超過了適當(dāng)?shù)乃?，過溫保護(hù)（OTP）可以抑制電流以減少系統(tǒng)功耗。

　　熱管理

　　NCP1294是一個低功耗器件。一旦確定了IC功耗，設(shè)計人員可以計算出所需的熱阻抗，以保持最差環(huán)境溫度下指定的結(jié)溫。太陽能控制器的熱性能受PCB布局影響很大。在設(shè)計過程中應(yīng)格外小心，以確保IC和電源開關(guān)在建議的環(huán)境條件下工作。任何電源設(shè)計都應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶?shí)驗室測試，以確保在最差工作條件下設(shè)計所需的功耗。在測試過程中考慮的變量應(yīng)包括最高環(huán)境溫度、最小氣流、最大輸入電壓、最大負(fù)載和元件變化（即最差情況下MOSFET的RDSON）。

　　太陽能電池板

　　NCP1294評估板支持的太陽能電池板在5 W和120 W之間。這里考慮的是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)類型的太陽能電池板。最常見類型的太陽能電池是晶體硅，它有兩種主要類型：單晶硅和多晶硅。單晶硅能效最高，但生產(chǎn)也比較昂貴，通常僅限于商業(yè)和住宅應(yīng)用。非晶太陽能電池板由涂覆在不銹鋼或類似材料上的熔融硅薄膜構(gòu)成。晶體結(jié)構(gòu)非常脆弱，通常夾在兩片玻璃之間，以利于保護(hù)。單晶硅的效率為18％，多晶硅為15％，非晶態(tài)為10％。

　　圖6：太陽能控制器電路板

　　利用這個功能豐富而靈活的解決方案，工程師可以根據(jù)不同太陽能電池板的要求開發(fā)出適用的產(chǎn)品，讓最終用戶享用到先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)帶來的便利和更好的使用體驗。