实现太阳能组件电压变化的供电网络电路设计

控制器的输入端，光敏传感器分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。 每一组两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻。 一只检测太阳光照，另一只则检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。 具体电路如图4所示：光敏电阻RT1 ， RT2 与电位器R27和光敏电阻RT3 ， RT4 与电位器R28分别构成光敏传感电路。 将RT1 和RT3 安装在垂直遮阳板的一侧， RT4 和RT2安装在另一侧。 当RT1 ， RT2 ， RT3 和RT4 同时受环境自然光线作用时， R27和R28的中心点电压不变。 当只有RT1 ， RT3 受太阳光照射， RT1 的内阻减小， LM 2903 的5 脚电位升高， 7 脚输出高电平， 三极管Q7 导通，JDQ 4工作，其触点3， 5闭合。 同时RT3 内阻减小， LM 2903的3脚电位下降， JDQ 5不工作，电机M 正转；当只有RT2 ， RT4 受太阳光照射，同理，电机M 反转。 当转到垂直遮阳板两侧的光照度相同时， JDQ 4， JDQ 5都导通，电机M 才停转。 在太阳不停地偏移过程中，垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化，电机不停的运动，使太阳能接收装置始终面朝太阳。

图4 自动跟踪控制器

2.5 充电管理电路设计

锂电池的充电过程一般分为3个阶段： ①涓流充电阶段。 ②恒流充电阶段。 一般可以充电到电池容量的85%左右。 ③恒压充电阶段。锂电池过充，轻则减少电池寿命，性能变坏，重则产生漏液等。在本文的设计中，采用了线性充电管理芯片MCP73831，如图1所示。 该芯片具有输出电压准确，任意设定充电电流，自动转换充电模式，消耗电流极小（25uA ） ，过充监测保护等功能和特点。 MCP73831各管脚的功能：VDD 为输入电压端； VSS 为参考零电压端； VBA T为充电控制输出端； STA T 为充电状态输出端。 PROG为电流设定与充电控制使能端。 锂电池充电时，充电管理芯片MCP73831的PROG 接口须外接电阻到VSS，具体计算公式： IREG = 1000 （V ） /RPROG其中RPROG的单位为kΩ， IREG的单位为mA. 在本文设计中RPROG = 2kΩ。

则IREG = 500mA. STA T的各接口状态及电路设计中指示灯的逻辑关系如表1所示。 充电管理芯片MCP73831通过检测锂电池的BA T引脚来判断电池的各个状态，从而对电池进行充电管理。 不发生过电压保护时，供电网络一方面对MCP73831提供5V 电压。 一方面通过D 5传输到JDQ2对后续电路供电。 应急充电时，外接5V 电源，一路通过D5到继电器JDQ 2. 另一路到达MCP73831对锂电池充电。 D5 阴极端输出电压5（V ） - 017 （V ） = 413 （V ） ，由于锂电池的电压在充满或非充满电状态的时候，都低于D6 阴极输出端电压（D5 ， D6 共阴极） ， 所以在应急充电的过程中， RT9193 正常工作。 在CMOS （ comp lem entary m etal2oxidesem iconducto r）型电压调节器RT9193的B P端和地之间连接一个22nF的电容，可以极大的减少调节器的输出噪声。在常温状态下，充电完成时电压412V 的锂电池， 消耗了90%的电量时候， 电压仍然会保持315V. 本文设计中选用电压调节器RT9193，即使314V 的时候，输出电压仍然可以稳定在313V。

表1MCP73831电路设计中指示灯的逻辑关系

3 试验数据及结果分析

在调试中， 采用模块化测试的方法， 最后进行联合调试。 对供电网络进行测试，选用可调电源，调节输入电压，输出电压及试验数据如表2所示。 通过应急充电接口接入标准5V 电压，断开RT9193，对进行测试时，没有连接二极管D5 ， D6 ，发现MCP73831的指示灯指示不正确。 分析发现， 不连接二极管D5 ， D6 ， 相当于RT9193直接连接在BA T引脚输出，在MCP73831上电的瞬间， 要检测BA T的状态， RT9193的输入引脚及支路连接到锂电池的正极，直接影响到了MCP73831对BA T引脚的检测状态，致使充电进入涓流充电阶段。 增加D5 ， D6后，再进行试验，指示灯符合逻辑要求。 测试输出电流为最大为485mA，充电电压达到412V 时，绿色指示灯熄灭，红色指示灯亮起，完成对锂电池的充电。 W1 接入0~10V 可调节电压源（初始值设为5V ） ，M1 接入0~5V 可调节电压源（初始值设为4V ） ，调节滑动变阻器R13 ， R14. 使W 1输入电压6V 时LM 2903的7脚由低电平转为高电平。 测量此时滑动电阻器R13 = 3115kΩ， 固定此电阻值。 M1 输入电压315V 时LM 2903的1脚由高电平转为低电平，测量此时滑动变阻器R14 = 1kΩ，固定此电阻值。 此时发现LM 2903的1脚输出处于临界值，不停的在高低电平之间变换，继电器JDQ2不停的通断， 减少了JDQ2的使用寿命，极易损坏无线示功仪及无线网络设备， 对无线设备的寿命影响也极大。 分析发现：在过放电保护过程中，检测值和比较值如果达到基本一致的状态，则会产生临界保护。 为此在电阻R20与R′20之间接电解电容C13 ，通过对电容的充放电，延迟了Q4 的关断时间，增加了开启和关断的时间间隔，电容的大小决定了时间间隔的长短。 该时间即为过放保护控制器的保护延时时间。 设计选用212μF电容，测试发现延时15s左右。

自动跟踪控器调试，调试时W1 接5V 电源，用一只100W 灯泡照射RT1 与RT3 并移动灯光，可以发现太阳能采集板跟着灯光运动。 但稳定状态时电机不停震动， 此时通过在电阻R31与电阻R32之间增加一个417uF电容，延迟电机启动、停止时间。 经测试发现延时时间40s左右，相对太阳照射时间来说，此时间可以忽略不计，不影响跟踪功能。 同理在电阻R34与电阻R35之间增加一个417μF电容。 经测试发现：可以完全消除电机震动现象且跟踪效果良好。 各部分独立调试完成后对供电网络和充电管理芯片MCP73831进行联调，然后增加RT9193进行调试， 最后实现整个系统的调试。 经测试证明， 实现了设计目标和功能要求。