基于UC3909的太陽能充電方案

郭天飛+高瑜

摘 要：隨著全球化石燃料能源的大量減少，開發和應用新能源已成為解決全球能源問題的重要舉措之一。該文給出了一種利用太陽能電池板，以充電管理芯片UC3909為核心的蓄電池充電方案。按照鉛酸蓄電池的儲能方法，該設計可以實現對蓄電池進行涓流、恒流、恒壓、浮充四階段充電，在充電過程中還可以對充電電壓和充電電流進行實時監控，能夠實現對蓄電池可靠精確地充電，提高蓄電池的使用壽命。

關鍵詞：太陽能 蓄電池 UC3909 充電

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（b）-0047-02

目前，人們日常應用最廣泛的新能源當數太陽能。太陽能發電分為光伏發電和熱發電，光伏發電是通過太陽能電池將光能轉化為電能，效率較低，大多應用于電量需求量較少的系統中，比如：太陽能熱水器、太陽能路燈等。

在國內，鉛酸蓄電池廣泛應用于電動自行車和低速電動汽車，其應用于太陽能充電儲能系統中可以在很大程度上提高系統的可靠性。

該設計利用太陽能電池板，實現對鉛酸蓄電池的充電。

1 整體設計結構

該文給出的蓄電池充電器，包括DC/DC轉換單元和充電控制單元，充電控制單元以充電管理芯片UC3909為核心，還包括采樣電路、場效應管及外圍元件。整體設計結構如圖1所示。

太陽能電池板的輸出為變化的直流電壓，而蓄電池的充電電壓基本上為定值，因此，必須通過DC/DC轉換模塊，將電池板輸出電壓轉換為恒壓，對蓄電池的充電。

充電控制單元由充電管理芯片UC3909、采樣電路以及場效應管組成。采樣電路實時采集蓄電池的充電電壓和電流信息并送入UC3909，UC3909對信息進行分析，采用PWM脈寬調制方式控制場效應管通斷，從而達到對蓄電池充電的最好效果。

目前，市場上有多種DC/DC轉換芯片可供選擇，價格便宜，電路簡單，性能較好，該文不再贅述。該設計主要敘述充電控制單元的設計思路。

2 蓄電池四階段充電

該充電器根據蓄電池的儲能原理，采用涓流、恒流、恒壓、浮充四階段充電方式，充電變化曲線如圖2所示。

首先，蓄電池進入涓流充電狀態。此時，充電電流為一很小值，通常僅為1/100的蓄電池容量，直到蓄電池端電壓達到UT。蓄電池進入恒流充電的快速充電狀態，恒流值為IBULK，通常取蓄電池及系統允許的最大充電電流，直到蓄電池端電壓達到UOC。充電器對蓄電池以恒定電壓UOC進行過壓充電，直到充電電流下降為IBULK的10%，此時蓄電池已充滿電。最后為涓流浮充階段，此時，充電器對蓄電池以恒定電壓UF進行過壓充電，以維持蓄電池處于飽和狀態。至此，四階段充電過程全部完成，該過程中涉及到的UT、IBULK、UOC、UF等門檻值，可由蓄電池生產廠家所提供的充電參數獲得。

充電狀態由UC3909芯片6腳（STAT1）、7腳（STAT0）接LED顯示，充電器分別處于四個階段時，LED依次顯示為00、01、10、11。

3 充電控制單元

充電控制單元包括充電管理芯片UC3909、采樣電路以及場效應管，其核心為UC3909及其外圍元件，連接電路及部分元件參數見圖3。

UC3909是鉛酸蓄電池充電管理芯片，其輸入電壓范圍為7.5～40 V，輸出電壓范圍為0～400 V可調，輸出直流電流范圍為0～10 A可調[2]。它可以實時檢測蓄電池的充電電流和端電壓，對充電狀態進行判斷，通過調制5腳輸出PWM脈沖的占空比，轉換蓄電池充電狀態。此外，UC3909內部還集成了方波振蕩器、誤差放大電路、軟啟動電路、溫度補償電路等，可以精確控制蓄電池的充電；UC3909內部集成了溫度補償電路，1腳（RTHM）和20腳（R10）為溫度補償放大器的兩個輸入端，兩管腳均外接10 kΩ電阻，其中1腳所接熱敏電阻貼于蓄電池外表面，具有負的溫度系數，能夠實時檢測蓄電池的溫度變化。

采樣電路如圖3右上角部分所示。UC3909芯片的16腳、17腳為電流檢測電路的同相輸入端和反向輸入端，分別接于電流采樣電阻RS兩側，其壓差不能超過400 mV[3]。而蓄電池的充電電流流過RS，因此，RS阻值不能太大，而且要盡可能小。

鉛酸蓄電池的傳統充電裝置為低頻變壓器，控制元件為晶閘管，該種充電方式不符合蓄電池的充電工作原理，長時間使用會造成蓄電池過充、壽命縮短等問題。該設計采用POWER MOSFET為主控制元件。POWER MOSFET具有開關速度快，溫度穩定性好，輸入阻抗高，驅動功率小等特點，特別是其通態電阻具有正的溫度系數，有利于采用多元集成結構和器件的并聯。

參考文獻

[1] 劉祖隆.觸控式混合儲能太陽能LED調光照明系統[D].華僑大學，2012.

[2] 丁肖宇.一種基于UC3909控制器的蓄電池充電系統設計與實現[J].變頻器界，2005（8）：44-46.

[3] 張志恒.基于UCC3809及UC3909的電動自行車充電器[J].電子技術應用，2007，33（6）：142-144.