详解太阳能充电控制器及其设计要点

　　反极性保护

　　除了正常的太阳能电池板瞬态，还有四种不同的输入输出连接可能性。第一种情况，输入和输出连接正确，无需保护。第二种情况，输入电压反向连接。如果在这种情况下允许电流流过，那么所有输出二极管都可能损坏。

　　不过，在图5所示B或C的输入端串联一个二极管就可以保护所有器件。串联二极管的一个缺点是，它会连续耗散系统功率。如果反向极性保护二极管放在高电流系统中，损耗可能会很大。实施反极性保护的另一种方法是放置一个二极管，例如，当施加反向电压时它会使保险丝开路，如图5 D所示。选择的保险丝可以是一个用户可更换或波利热熔断器。保险丝可以提供必要的保护，但可能导致不太好的用户体验。实现二极管反向极性保护的低损耗方式是使用MOSFET，当施加的电压极性正确时MOSFET导通，而在电压极性不正确时关闭。图5 E所示。

　　图5：反极性的输入端连接

　　在第三种情况下，输出是反极性连接，输入是正确连接，功率元件可能会损坏。由于源假定为铅酸电池，保护至关重要，因为损坏的元件可能消耗大量的能量。图5 B显示了防止反向输出电压的方法之一。

　　最后一种情况是输入和输出的连接都不正确。在这种情况下，如果设计人员实施了第二和第三种保护，输入和输出都将受到保护。设计人员不应忽略电压抑制器，它安装在瞬态电压的输入端，其极性可能正确或不正确。因此，重要的是要有双向瞬态抑制器，能够承受正常反极性电压而不会损坏。

　　电池充电

　　铅酸电池充电有三个阶段：恒流充电或大电流充电、吸收或恒压模式，以及浮充电。在大电流充电期间，电流保持恒定，这是由NCP1294脉冲电流限制和电流设置电路的脉冲完成的。除非最大功率点低于这个水平，电流都将保持在设计人员或用户设定的充电速率，此时将充电到最大功率点调整率。

　　OOV比较器

　　NCP1294配备了一个OOV比较器，可以监测输出电池电压，以确定是否反馈机制已损坏，或远程检测受到超过电池温度补偿的电池电压的影响。当断开OOV时系统关闭。比较器可用在系统输入或系统输出，但推荐用作输出的故障安全机制。当使用单电池系统时，可以使用18V的触发点（trip point）或基于充电状态设置触发点。如果使用浮动电压状态，需要设置15 V为触发电压。

　　OUV功能

　　NCP1294的欠压锁定功能（OUV）功能可监测转换器的输入电压，以确定是否输入电压水平会导致热问题。OUV可以独立监测输入电压，以确保输入电压在理想水平，从而提供最大输出功率。

　　OTP功能

　　由于太阳能控制器可能以不恰当的方式使用，建议对降压主开关的温度进行监测，以确定它是否超过了最高温度水平。如果主MOSFET的温度已超过了适当的水平，过温保护（OTP）可以抑制电流以减少系统功耗。

　　热管理

　　NCP1294是一个低功耗器件。一旦确定了IC功耗，设计人员可以计算出所需的热阻抗，以保持最差环境温度下指定的结温。太阳能控制器的热性能受PCB布局影响很大。在设计过程中应格外小心，以确保IC和电源开关在建议的环境条件下工作。任何电源设计都应进行适当的实验室测试，以确保在最差工作条件下设计所需的功耗。在测试过程中考虑的变量应包括最高环境温度、最小气流、最大输入电压、最大负载和元件变化（即最差情况下MOSFET的RDSON）。

　　太阳能电池板

　　NCP1294评估板支持的太阳能电池板在5 W和120 W之间。这里考虑的是行业标准类型的太阳能电池板。最常见类型的太阳能电池是晶体硅，它有两种主要类型：单晶硅和多晶硅。单晶硅能效最高，但生产也比较昂贵，通常仅限于商业和住宅应用。非晶太阳能电池板由涂覆在不锈钢或类似材料上的熔融硅薄膜构成。晶体结构非常脆弱，通常夹在两片玻璃之间，以利于保护。单晶硅的效率为18％，多晶硅为15％，非晶态为10％。

　　图6：太阳能控制器电路板

　　利用这个功能丰富而灵活的解决方案，工程师可以根据不同太阳能电池板的要求开发出适用的产品，让最终用户享用到先进半导体技术带来的便利和更好的使用体验。