安森美NCP1294太阳能充电控制器及其设计要点

        四开关非反相降压-升压有两种操作模式，即降压模式和降压-升压模式。在降压模式下，转换器产生输入电压脉冲，它经过LC滤波来产生一个较低的直流输出电压。输出电压可以通过修改相对于开关周期或开关频率的导通时间来改变。

        如果输出电压可能达到1％至89％，太阳能控制器即运行在降压模式。如果由于占空比的限制而无法达到该输出电压，它会切换到降压-升压模式，此时即可达到该输出电压。从89％到较低占空比的变化，如图4所示。
 

图4：多个电池降压和升压模式之间的传递比

        需要注意的是，当转换器模式从降压到降压-升压切换时，误差信号将需要一段时间来改变占空比。模式的瞬时变化将使降压-升压转换器试图在89％占空比进行切换，并试图转换至47%；这会导致转换器试图在失衡区(trade over region）输出130 V的结果。NCP1294通过脉冲电流限制器提供了一个脉冲，可以阻止转换器能量达到危险的程度，在占空比条件下实现缓和过渡。

补偿网络

        要创建一个稳定的电源，误差放大器周围的补偿网络必须配合PWM发生器和功率级使用。由于功率级设计的标准是根据应用设置的，补偿网络必须有正确的整体输出，以确保稳定性。NCP1294是一个电压模式电压前馈器件，因此需要一个采用输入电压修改斜坡的电压环路。功率级的输出电感和电容可形成一个双极点，环路必须为此进行补偿。

系统开启和电池电流消耗

        正在创建的系统连接了两个有限源，将在一天的不同时间为负载供电，如果是在同一时间将不会供电，除了短暂时间。该系统并不完整，没有安装电池和太阳能电池板，因此，有利于电池负载和太阳能电池板源存在与否的检测。例如，如果没有连接电池，在提供电池电压时，它不会消耗太阳能电池板的能量。如果连接了太阳能电池板，为了寻找要连接的太阳能电池板，电池将被耗尽。检查太阳能电池板连接和电池连接的一个简单解决方案是使用低电流消耗比较器。

        在白天时间系统对电池充电，而在夜间电池放电照亮定义的空间。虽然输入能量不能保证，但输出能量可在相当长的时间保持不变。如果一个系统的大小不合适，电池可能因放电而损坏。要防止电池损坏，必须用LED电路抑制操作，防止电池耗尽。

输入和输出电流的平衡

        当构建一个理想的太阳能控制器时，控制器应保护电池或负载，同时从太阳能电池板提取最大的能量。不幸的是，在现实世界中顾客或安装人员可能会购买一个大型太阳能电池板和一个小电池。如果太阳能控制器是在峰值功率下充电，电池充电速度过快，会缩短电池寿命或可能发生爆炸。控制器应该做的是管理电池需求，根据太阳能电池板提供的峰值功率来平衡充电速度。因此，最大电池充电速率的设定和选择方案是需要确定如何限制系统的输出电流。电流的设定是通过NCP1294所提供3.3V基准和电阻分压器网络完成的。短接一个或多个转接口（header）将实现不同的电流限制值。

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。