太阳能控制器laoshi510.docVIP

太阳能控制器 摘要：本文通过对太阳能发电的深入研究，为解决太阳能不稳定使用不便等问题，设计了一种，LM2576为前级稳压，UC3906为充电管理芯片，以51单片机为控制核心通过编程实现四种用电方案，合理为蓄电池充电的太阳能控制器。 关键词：太阳能控制器;LM2576;UC3906 1引言 太阳能是地球上的绿色能源之一，太阳能具有普遍性，巨大性，等特点，但也同时具有能量不稳定，能量密度低等特性。为解决太阳能发电不稳定，使用不方便等问题，本文设计了一种以51单片机为控制核心的低成本智能太阳能电池充电控制器。硬件方面本设计采用PWM调波控制buck降压电路，来稳定太阳能输出；采用UC3906铅酸蓄电池专用充电芯片为蓄电池充电，使铅酸蓄电池充电更合理；采用两块铅酸蓄电池作为出能源原件；由于采用集成芯片提高了系统的稳定性，简化了电路缩减了成本。同时控制器还具有防雷击保护电路，放蓄电池反接保护电路，太阳能电池板防反接保护电路，过流保护电路，并内置双轴太阳跟踪器驱动电路。软件方面，本设计采用三种可选用电模式：默认模式（模式一），蓄电池持续供电模式（模式二），太阳能电池板供电模式（模式三）和一种单蓄电池工作模式（模式四）。 2硬件系统构成 本系统主要由雷击保护模块，前级稳压模块，蓄电池充电模块，核心控制模块，继电器控制模块和太阳跟踪模块，等部分组成。其结构框图如下图所示： 图 1硬件系统框图 2.1雷击保护模块与前级稳压模块 雷击保护是在太阳能电池板串联一个瞬态二极管，瞬态二极管（TVS）是一种硅PN结器件，它能够吸收很高的瞬态电压，能够在10-12s内导通，有效防止雷击产生的浪涌电流，保护控制器和蓄电池不被破坏，为安全起见在太阳能电池板的正端也就是后级电路的输入端还串接一个融断丝，如果瞬态二极管失效也会保证后继电路不会被毁坏。本系统采用击穿电压60V的TVS[1]。后级稳压电路的最高输入电压为60V，采用buck降压路 。通过调节PWM占空比达到降压目的，同时提高系统的电流输出能力。buck电路的拓扑图为电压源、串联开关和电流负载组合而成，不含有中间部分[2]。 但是由于buck电路MOS开关管的源极浮地，所以驱动电路比较复杂在实际设计过程中不易实现，因此在前级稳压电路部分采用开关电源集成芯片LM2576。该系列开关电源芯片是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V)，并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。 LM2576系列包括 LM2576(最高输入电压40V)及LM2576HV(最高输入电压60V)二个系列。各系列产品均提供有3.3V(-3.3)、5V(-5.0)、 12V(-12)、15V(-15)及可调(-ADJ)等多个电压档次产品。此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚[3]。LM2576引脚图如下图所示： 图2LM2576引脚图 2.2蓄电池充电模块与继电器控制模块 由于储能元件为铅酸蓄电池，铅酸蓄电池如今是适用范围最为广泛的可循环充电电池之一，采用铅酸蓄电池作为太阳能发电，蓄电池的互换性强，使用更方便也更便宜。但是铅酸蓄电池充电要求比较严格，因此本设计采用UC3906最为充电模块的核心芯片。 UC3906是一款专门用来为铅酸蓄电池充电的充电芯片。UC3906该芯片内含有独立的电压控制电路，具有限流放大器，更重要的是UC3906具有精准的基准电压，并在内部设置了温度补偿电路。这样的设计可以随外部环境温度的变化调整铅酸蓄电池的浮充电压，从而更好的保护蓄电池。以12V20AH的蓄电池为例，设计出UC3906充电电路如图3所示。其中输入电压为Uin=18V，过充电压Uoc=15V，浮充电压14.5V，过充变换电压14.25V，浮充转换电压11.7V，最大充电电流Imax=1000mA，过充终止电流Ioc=100mA[4]。其外部电路如下图所示： 图3 UC3906充电电路 18 V输入电压加入后,Q1 导通,开始恒流充电,充电电流为2. 5 A ,电池电压逐渐升高。当电池电压达到过充电压的95 %(即14. 25 V) 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,指示蓄电池已充满并通知核心控制模块充电已完成可以切换电池。 继电器主要是为用来管理蓄电池组工作状态切换为设计的，继电器采用双稳态继电器。如果采用单稳态继电器或者功率MOS作为切换原件，这两种器件在切换状态时必然会有一种状态必须通电