独立光伏发电系统中充电控制芯片的研究与设计

论文摘要

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。

论文目录

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