安森美NCP1294太陽能充電控制器及其設計要點

　　動態MPPT工作原理

　　為了從功率可變的電源(即太陽能電池板)析取出最大的功率，太陽能控制器必須采用MPPT。MPPT必須首先找到最大功率點并及時調整環境條件，以保持控制器接近最大功率點。動態MPPT用在系統發生改變的情況下。由于每個開關周期都在發生變化，太陽能電池板汲取的功率也會在每個周期有明顯的改變。動態MPPT利用太陽能電池板的電壓驟降乘以每個開關周期增加的電流，以確定將要產生的誤差信號來調節占空比。動態響應可檢測IV曲線的斜率，從而建立一個功率斜坡，從誤差信號相交點建立一個代表占空比的功率。當斜坡變化斜率從正到負時該周期結束，如圖2所示。

　　圖2：PWM穩壓轉換器的電壓和電流

　　前饋電壓模式控制

　　在傳統電壓模式控制中，斜坡信號有一個固定的上升和下降斜率。反饋信號僅來自輸出電壓。因此，電壓模式控制線路穩壓效果較差，且具有音頻易感性。前饋電壓模式控制源于斜坡信號輸入線路。因此，斜坡的斜率隨輸入電壓而變化。前饋功能也可以提供一個伏秒鉗位，這就限制了輸入電壓和導通時間的最大乘積值。電路中的鉗位電路，如正激和反激式轉換器可用來防止變壓器飽和。

　　NCP1294太陽能充電控制器應用設計流程

　　當選擇太陽能控制器拓撲結構時，重要的是要了解轉換器的基本操作及其局限性。選擇的拓撲結構是非反相四開關非同步降壓-升壓拓撲結構。轉換器利用來自NCP1294的控制信號運行，Q1和Q2同時導通為L1充電。四開關降壓-升壓拓撲結構如圖3所示，其中的電感器用來控制電壓和電流。

　　圖3：四開關降壓-升壓拓撲結構

　　四開關非反相降壓-升壓有兩種操作模式，即降壓模式和降壓-升壓模式。在降壓模式下，轉換器產生輸入電壓脈沖，它經過LC濾波來產生一個較低的直流輸出電壓。輸出電壓可以通過修改相對于開關周期或開關頻率的導通時間來改變。

　　如果輸出電壓可能達到1%至89%，太陽能控制器即運行在降壓模式。如果由于占空比的限制而無法達到該輸出電壓，它會切換到降壓-升壓模式，此時即可達到該輸出電壓。從89%到較低占空比的變化，如圖4所示。

　　圖4：多個電池降壓和升壓模式之間的傳遞比

　　需要注意的是，當轉換器模式從降壓到降壓-升壓切換時，誤差信號將需要一段時間來改變占空比。模式的瞬時變化將使降壓-升壓轉換器試圖在89%占空比進行切換，并試圖轉換至47%;這會導致轉換器試圖在失衡區(trade over region)輸出130 V的結果。NCP1294通過脈沖電流限制器提供了一個脈沖，可以阻止轉換器能量達到危險的程度，在占空比條件下實現緩和過渡。