独立光伏发电系统中充电控制芯片的研究与设计

【摘要】： 所谓绿色能源就是清洁、无污染、可重复利用的能源种类。在各种绿色能源中,太阳能开发利用的前景最为广阔。其中采用光电转换的独立光伏发电系统是太阳能开发利用的主要形式之一。在独立光伏发电系统中,要稳定高效地运行整个系统,储能环节必不可少。目前大多数独立光伏发电系统中储能环节都采用VRLA蓄电池,由于其对充电控制的要求较高,所以高性能的VRLA蓄电池充电控制器对于独立光伏发电系统具有重要意义。 传统的VRLA充电控制芯片多采用定电流、定电压的设计,无法满足不同种类VRLA蓄电池对充电控制的要求,一定程度上限制了独立光伏发电系统的推广使用。在深入研究VRLA电池在四种模式下充电特性的基础上,论文提出一种高性能、低功耗、可编程控制的自适应VRLA电池充电控制芯片。 该芯片通过与单片机以及其他检测电路和DC-DC变换器协同工作,利用电流环作为内环、电压环作为外环的双环控制拓扑,为各种型号的VRLA电池提供不同模式下所需的充电电流和电压,并具有在不同充电状态间自由切换的功能,从而大大提高了VRLA蓄电池充电的效率和可靠性,延长了其使用寿命,进而为独立光伏发电系统的稳定运行提供了保障。 在上述基础上,论文给出了所设计的控制芯片的系统结构,并划分了功能模块。文中详细论述了各个组成模块的功能、电路结构,并采用Cadence SpectreS仿真器进行了仿真验证。芯片用BCD工艺设计,已经流片,并对其系统功能进行了测试。测试结果证明,该控制芯片的功能和性能均符合设计要求。 【关键词】：太阳能 独立光伏系统 VRLA蓄电池 充电控制芯片 可编程 电压环 电流环
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 图目录8-11
• 表目录11-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 世界能源现状12
• 1.2 绿色能源的利用12-13
• 1.3 太阳能利用背景和现状13-15
• 1.3.1 太阳能的优势13-14
• 1.3.2 太阳能的利用方式14-15
• 1.3.3 太阳能利用现状15
• 1.4 研究内容和目标15-17
• 第2章 光伏发电系统17-35
• 2.1 光伏发电技术现状与发展17-18
• 2.2 光伏发电系统的种类18-19
• 2.2.1 并网光伏发电系统18
• 2.2.2 独立光伏发电系统18-19
• 2.3 独立光伏发电系统的组成19-35
• 2.3.1 光伏阵列20-22
• 2.3.2 系统控制器22-28
• 2.3.3 变换器28-29
• 2.3.4 负载特性29-30
• 2.3.5 储能环节30-34
• 2.3.6 充电控制器34-35
• 第3章 充电控制芯片的设计35-96
• 3.1 影响VRLA电池寿命的因素35-36
• 3.2 充电控制芯片的研究现状36-37
• 3.3 设计目标37-38
• 3.4 系统设计38-45
• 3.4.1 涓流充电39-40
• 3.4.2 恒流充电40-42
• 3.4.3 过充充电42-43
• 3.4.4 浮充充电43-44
• 3.4.5 芯片管脚定义44-45
• 3.4.6 典型应用电路45
• 3.5 模块设计45-81
• 3.5.1 欠压锁定模块45-52
• 3.5.2 电压基准模块52-57
• 3.5.3 电流误差放大器57-62
• 3.5.4 电压误差放大器62-64
• 3.5.5 电压/电流转换器64-67
• 3.5.6 振荡器模块67-68
• 3.5.7 比较器模块68-72
• 3.5.8 RS触发器72-74
• 3.5.9 驱动模块74-77
• 3.5.10 电流检测放大器77-81
• 3.6 系统仿真81-91
• 3.6.1 电流控制环路参数81-84
• 3.6.2 电压控制环路参数84-86
• 3.6.3 外围电阻电容值的设定86
• 3.6.4 系统仿真结果86-91
• 3.7 版图设计91-92
• 3.8 测试结果92-96
• 第4章 结论与展望96-98
• 参考文献98-101
• 致谢101-102
• 在校期间发表的学术论文102

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