大学毕业论文-—太阳手机充电器.doc

郑州科技学院 专科毕业设计（论文）题 目 太阳手机充电器 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日太阳能收集充电器 摘 要 化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度也在不断提高，寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种可再生能源它具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，因此有着广阔的应用前景，光伏发电技术也越来越受到人们的关注，随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。 当前，随着太阳能电池和电力电子技术的不断进步，光伏发电不断向大功率、高效率、高功率密度方向发展，伴随的对系统关键平衡设备性能的要求也越来越高。使用手机的人都有过这样的经历，外出或旅游时突然没电了，因不能及时找到或没有220V市电而无法给手机充电，影响了手机的正常使用。为了解决这一问题，本课程设计介绍一种多用太阳能手机充电器，将太阳能经过电路变换为稳定直流电给手机充电，并能在电池充电完成后自动停止充电，还可作为一般直流电源使用，从而摆脱对市电的引来而获得通信的自由，与常规的充电器相比，太阳能充电器有着明显的优势。 关键词： 太阳能；电池；光伏电源(PV)；最大功率跟踪(MPPT)；boost变换器。 Solar Mobile Charger ABSTRACT The increasing depletion of fossil energy, environmental protection of peoples attention is constantly improving, looking for clean alternative energy sources has become more and more pressing. Solar energy as a renewable energy it is inexhaustible and clean and safe, and other characteristics, there are broad prospects for application, photovoltaic power generation technologies are also more and more peoples attention, with the price of photovoltaic components And the continuous lowering of the development of photovoltaic technology, solar photovoltaic system will be gradually added energy from the present transition to alternative energy sources. At present, with solar cells and power electronics technology advances, photovoltaic power generation continued to high power, high efficiency, high power density direction, with the balance of the system critical equipment performance requirements are also getting higher and higher. People who use mobile phones have had the experience, go out or travel no electricity when the battery suddenly ,and because they can not be fount or dose not timely 220V electricity and not to charge their cell phones affect the normal use of mobile phones. To solve this problem, the course design introduces a multi-purpose solar charger, use MCU control, will transform solar energy though the circuit to stabilize the direct current to charge their cell phones and charge the battery automatically stops charging after, but also as a general DC power use, so get rit of dependence on electricity obtained the freedom of communication. Compared with the conventional charger, solar charge has a clear ad vantage. Key words: solar energy; battery; photovoltaic power (PV); maximum power tracking (MPPT); boost converter 第一章.绪论 1.1 本课题的研究背景 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。 太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能，不需要消耗燃料和水等物质，使用中不释放包括二氧化碳在内的人和气体，是对环境无污染的可再生能源。这对改善生态环境、环节温室气体的有害作用具有重大意义。 1.2 硅太阳能电池及参数 目前，太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是，从长远来看，随着太阳能电池执照技术的改进以及新的光点转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较确实可行的方法，可谓人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。 太阳能是为便携式设备供电的有吸引力的能源。最近，人们正考虑把太阳能用于包括移动电话充电器这样的范围更广阔的电子应用。太阳能电池板所提供的功率高度依赖与工作环境。这包括诸如光密度、实践和位置之类的因素。因此，电池通常被用作能量存储单元。当来自太阳能板的电能有余的时候，就可以对电池充电;当太阳能板提供的电能不足时，电池就可以为系统供电。 目前市场上的太阳能电池繁多，根据太阳能电池板所用材料的不同可分为：硅太阳能电池；以无机盐如砷化镓-V化合物，硫化镉，铜铟硒等多元化合物为材料的太阳能电池；功能高分子材料（有机半导体）制备的太阳能电池；纳米晶太阳能电池等。我们采用的是硅太阳能电池。1.3 设计目的使用手机的人都有过这样的经历：外出时手机电池突然没有电了，因充电器不在身边或找不到可以充电的地方，影响了手机的正常使用。为了解决这一问题，本文介绍一种太阳能手机充电器，它使用太阳能电池板，经电路进行直流电压变换后给手机电池充电，并能在电池充电完成后自动停止充电。1.4 设计思路和分析太阳能充电器的设计，以太阳能电池板为能源核心对硬件电路进行供电，控制电路以单片机为核心，整个系统由电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组组成。系统对数据的采集及处理都采用单片机来实现。本设计采用太阳能电池板对51 单片机进行供电，设计了基于单片机的太阳能充电电路，通过脉宽调制对手机电池充电进行智能控制。 1.4.1太阳能电池板分析太阳能电池板分为:单晶硅，多晶硅，非晶硅和多元化合物电池板。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以至于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。非晶硅太阳能电池是1976年出现的新型薄膜式太阳能电池，它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳能电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10左右，并且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。多元化合物太阳能电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳能电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：a)硫化镉太阳能电池b)砷化镓太阳能电池c)铜铟硒太阳能电池太阳能电池板是太阳能供电系统中心的核心部分，其转换率和使用寿命是决定太阳能电池是否具有使用价值的重要因素。其功能是将太阳能的辐射能量转化为电能，能量转化率是一个重要的参数。电池板收光照强度影响，电压、功率呈显著变化；一种光照强度，阳能电池板也有一个输出功率点，应电压也不尽相同。为保证较高的转换效率，使电池板尽量工作在其最大功率点附近，也就需要根据实际情况，选择合适的工作电压。太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相同光照条件下的输出功率也越大。太阳能电池板的优劣主要由开路电压和短路电流这两项指标来衡量。太阳能电池板提供的电力是一种电流有限的电压电源。我们可在系统和电池充电所需的总电流超过太阳能电池板提供的电流时，通过降低充电电流并在 MPP 附近调节系统总线电压，从而使太阳能电池板给锂离子电池充电提供最大电力。系统电源和电池充电电源控制架构是设计可靠的太阳能电池板供电系统的关键组成部分。 1.4.2太阳能充电系统效率分析根据物理学可知，发电能力与负载无关，而发电设备的输出能力则是由负载所决定的，就是说，电能输出设备的输出最大能力取决于外部能量的输入和转换效率，而这些电能量能否完全被利用,则取决于负载设备。1) 电能系统分析描述发电设备能力和电能利用关系可以用下式表示: （1）其中Eg是负载情况下的输出电能，f(e)是在输入能量条件下所能转换的能量。式(1) 指出，任何时刻发电设备发出的能量都与负载设备所消耗的能量相等。对于一个发电设备来说，其最大输出能量fmax(e)是一个固定的数值，而f(e)则是由负载决定的能量。在工程实际中，fmax ( e) f ( e) 叫做欠负荷，fmax ( e) = f ( e) 叫做满负荷。还有一种情况就是所需要的Eg fmax ( e) ，这种情况下仍然有式(1) 成立，但此时并不能完全满足负载所需要的电能，因此，在这时负载系统所得到的电能小于实际需要，而发电设备输出的电能等于fmax ( e) 。2) 太阳能充电系统效率分析在太阳能充电系统中，为了尽量提供充电能力和效率，必须把充电系统划分为两个部分，一个是充电电路，一个是控制电路，这两个电路都会消耗电能。对于充电电路，这部分消耗的能量是电池充电中所经过电路的损耗，对于控制电路，这部分是完成所需要的充电控制所需要消耗的能量。由此可知，太阳能充电系统中，为了尽量提高充电效率，应当尽量减少充电电路和控制电路的能量损耗。设充电电路的功率损耗为pcp ,控制电路的功率损耗为pctr ,电池吸收的功率为pb 则根据能量守恒,得到 (2)其中是充电系统的输入功率。由此 (3)根据式(3)可得到充电系统的效率为 (4)把式(1)带入式(4) 如果考虑满负荷工作 (5)式(5)指出，充电效率与以下因素有关：(1) 充电电路和控制电路损耗；(2) 太阳电池的输出功率。3) 最大效率设计原则由以上分析可知，为了保证充电效率太阳能充电系统必须满足：(1) 充电电池必须保证功率吸收能力；(2) 尽量减少充电电路和控制电路的损耗；(3) 选择合理的太阳能电池转换输出能量。1.5 系统总体结构设计充电器如图1 所示。主要包括太阳能电池电压检测、太阳能电池、TL494脉宽调制、驱动电路、Buck交换、蓄电池、徐电池电压检测等，形成了一个闭环系统。其中，整个系统不仅可以再阳光充足的时候给手机充电，同时把多余的电能储存到蓄电池中，避免了电能过多而浪费，还可以在阳光不充足时导致电能不足，蓄电池同时也可给手机充电，是电压稳定。 太阳电池工作点给定太阳电池电压检测太阳能电池TL494脉宽调制驱动电路P1P1充电电流检测蓄电池电压检测蓄电池过充电压给定蓄电池Buck交换由图3可知，本系统采用了经典控制理论中的双闭环控制方式，其中电流环为内环，电压环为外环，电压环的输出为电流环的给定;并且电压环又包含了由蓄电池电压构成的电路和太阳电池电压构成的电路，两个电路分别在电路工作的各个阶段起着相应的调节作用。 第二章 硬件电路设计 2.1 电子元器件的识别和检测2.1.1电阻电阻是电子电路常用元件，对交流、直流都有阻碍作用，常用于控制电路电流和电压的大小，以下列出的是常用的电阻外形。 精密可调电阻立式可调电阻卧式可调电阻固定电阻可变电阻四色环法 五色环法 （1）电阻阻值的识别方法1.普通电阻用四条色带表示标称阻值和误差，如色带依次是红、黑、红、银，则其阻值为2K欧姆、误差为10%2精密电阻用五条色带表示标称阻值和误差，如色带依次是棕、红、红、黑、棕，则其阻值为122欧姆、误差为1%（2）电阻的检测方法用万用表的欧姆档测量电阻器的阻值,将测量值和标称值进行比较，从而判断电阻器是否能够正常工作。 电阻器的常见故障有：短路、断路及老化等三种。 电位器与可变电阻器的检测方法主要故障： 接触不良，元件与电路时断时续磨损严重，实际值远大于测量值元件断路电位器与可变电阻器的检测方法：检测方法与测量普通电阻器类似，不同之处在于： 电位器与可变电阻器两固定引脚之间的电阻值应等于标称值，若测量值远大于或远小于标称值，说明元件出现故障。 缓慢调节电位器或可变电阻器，测量观察元件定片和动片之间的阻值有何变化。2.1.2电容器电容器是电子电路常用元件，在电路中起耦合、滤波、旁路、调谐、振荡等作用。a种类：分为固定电容器、半可变电容器和可变电容器。 b符号： c单位：电容量的数码表示法 通常由三位数构成，左起第一、二位数字为有效数字位，第三位数字为倍率。单位为PF。如103表示0.01微法。如第三位为9，则表示0.1的倍率。电容的检测方法电容较电阻出现故障的概率大。a. 电容的常见故障n 开路故障n 击穿故障n 漏电故障b、电容的检测电容一般采用万用表的电阻档进行检测。 （1）电容容量大小的判别 5000PF以上容量的电容器用万用表的最高电阻档判别。根据万用表的指针摆动范围判断电容器容量的大小。5000PF以下容量的电容应选用具有测量电容功能的数字万用表进行测量。（2）固定电容故障的判断用判别电容器容量大小的方法: 若出现万用表指针不摆动，说明电容器已开路；若万用表指针向右摆动后，指针不再复原，说明电容器被击穿；若万用表指针向右摆动后，指针有少量复原，说明电容器有漏电现象，指针稳定后的读数即为电容器的漏电电阻值。电容器正常时，其电容器的绝缘电 阻应为1081010。（3）微调电容和可变电容的检测把万用表调到最高电阻档，测量定片和动片之间的电阻来判断是否正常、有短路故障、有碰片故障等。2.1.3电感器凡能产生自感作用的元件称为电感器。电感是一种储能元件，在电路中具有耦合、滤波、阻流、补偿、调谐等作用。变压器是一种利用互感原理来传输能量的元件，它实质上是电感器的一种特殊形式。变压器具有变压、变流、变阻抗、耦合、匹配等主要作用。电感和变压器的检测方法（1）电感器的性能检测 一般采用外观检查结合万用表测试的方法, 判断电感有无断路或短路故障。（2）变压器的性能检测 变压器的性能检测方法与电感器大致相同，不同之处在于：在没有电气连接的地方，变压器的电阻值应为无穷大；有电气连接之处，有其规定的直流电阻。 2.1.4二极管（1）二极管的最大特点是：单向导电性。其主要作用包括：稳压、整流、检波、开关、光电转换等。（2）二极管的分类： 按材料来分：硅管、锗管 按结构来分：点接触型、面接触型 按用途来分：稳压管、整流管、检波管、开关管、变容管、发光管、光电管等。（4）特殊类型二极管的检测稳压二极管的检测： 用万用表的R1K档和R10K档两次测量二极管，若其反向电阻有较大变化，则该二极管为稳压二极管；否则是普通二极管。发光二极管（LED）的检测： 用万用表的R10K档测量LED，其正向、反向电阻均比普通二极管大得多。光电二极管（光敏二极管）的检测： 光电二极管在有光照和无光照两种情况下，反向电阻相差很大；若测量结果相差不大，说明该光电二极管已损坏或该二极管不是发光二极管。2.1.5 三极管三极管具有放大、电子开关、控制等作用，是电子电路与电子设备中广泛使用的基本元件。（1）三极管的分类 按材料分类：硅管、锗管 按结构分类：NPN管、PNP管 按功率分类：大功率管、中功率管、小功率管 按频率分类：高频管、低频管 按用途分类：放大管、检波管、开关管、光电管等。（2）三极管的结构特点：三个极、两个结、三个区。（3）三极管的伏安特性输入特性在放大区，硅管的发射结压降UBE一般取0.7V，锗管的发射结压一般取0.3V。输出特性放大区 条件：发射结正偏，集电结反偏。特点：IC IB ，IC仅由IB决定。截止区 条件：两个PN结均反偏。特点：IB0、ICICEO0，无放大作用。饱和区 条件：两个PN结均正偏。特点：UCE1V，有IB和IC ，但IC IB。IC已不受IB控制，无放大作用。（4）三极管性能的检测万用表检测三极管的引脚极性与性能 ，选用万用表R100或R1K档测量。测量依据：根据三极管两个PN结的正、反向电阻的区别进行检测。根据三极管工作在放大区时，外加电压条件进行检测。 （5）三极管好坏的检测检测方法：用万用表的R100或R1K档测量三极管两个PN结的正、反向电阻的大小。若测得PN结的正、反向电阻都很小，说明三极管有击穿现象。若测得PN结的正、反向电阻都是无穷大，说明三极管内部出现断路现象。 若测得任意一个PN结的正、反向电阻相差不大，说明该三极管的性能变差，已不能使用。若测得三极管的穿透电流ICEO太大，该三极管也不能使用。 2.1.6 集成电路集成电路是一种集材料、元件、电路的三体一位的半导体器件。集成电路将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上，能实现某种特定功能。 集成电路的特点：与分立元件相比，集成电路具有体积小、重量轻、性能好、可靠性高、损耗小、成本低等优点。（1）集成电路的引脚识别（2）集成电路的使用注意事项1集成电路根据不同的功能用途分为模拟和数字两大类别，集成电路根据内部的集成度分为大规模中规模小规模三类。 2使用集成电路时，其各项电性能指标应符合规定要求。3在电路的设计安装时，应使集成电路远离热源；对输出功率较大的集成电路应采取有效的散热措施。4进行整机装配焊接时，一般最后对集成电路进行焊接。5不能带电焊接或插拔集成电路。 6正确处理好集成电路的空脚。7MOS集成电路使用时，应特别注意防止静电感应击穿。2.2太阳能电池板部分太阳能电池包括一个 p-n 接点，光能（光子）在此使得电子和空穴重新组合，从而产生电流。由于 p-n接点的特性类似于二极管，因此我们通常将图 1 所示的电路用作太阳能电池特性的简化模型。太阳能电池包括一个 p-n 接点，光能（光子）在此使得电子和空穴重新组合，从而产生电流。由于 p-n接点的特性类似于二极管，因此我们通常将图 2 所示的电路用作太阳能电池特性的简化模型。 图 2 太阳能电池的简化电路模型电流源 IPH 生成的电流与太阳能电池接收的光照量成正比。在不接负载时，几乎所有生成的电流都流经二极管 D，其正向电压决定着太阳能电池的开路电压 (VOC)。VOC 因不同类型太阳能电池的具体特性而有所差异。但对大多数硅电池来说，VOC 值都在 0.5V0.6V 之间，这也是 p-n 接点二极管的正常正向电压范围。 并行电阻 (RP) 表示实际电池发生的较小漏电流，而 Rs 则表示连接损耗。随着负载电流的增加，太阳能电池生成的电流会有更多一部分偏离二极管而进入负载。对大多数负载电流值来说，这对输出电压仅产生很小的影响。 图 3 显示了太阳能电池的输出特性。太阳能电池的输出随着二极管的 I-V 特性不同而略有变化，且串联电阻 (RS) 也会造成较小的压降，但输出电压基本保持为常量。不过，在某一时刻，通过内部二极管的电流会非常小，导致偏置不足，这样二极管上的电压会随负载电流的上升而快速下降。最后，当所有生成的电流都流经负载而不通过二极管时，输出电压为零。这种电流称作太阳能电池的短路电流 (ISC)，它与 VOC 都是决定电池工作性能的主要参数，因此，我们将太阳能电池视为“电流有限的”电源。当输出电流增加时，输出电压会下降，最后降为零，这时负载电流为短路电流。 图 3 典型的太阳能电池 I-V 特性在大多数应用中，理想情况是尽可能从太阳能电池获得最大电力。由于输出功率是输出电压与电流的乘积，因此我们应明确电池哪部分工作区能实现最大的输出电压与电流乘积值，即所谓的最大功率点 (MPP)。在一种极端情况下，输出电压为最大值(VOC)，但输出电流为零；在另一种极端情况下，输出电流为最大值 (ISC)，但输出电压为零。在上述两种情况下，输出电压与电流的乘积均为零，因此，MPP 必须在两种极端情况之间。 我们可以很容易地证明（或通过实验观察到），不管在何种应用，MPP 实际上总会出现在太阳能电池输出特性图的转弯处（见图 4）。实践中的问题在于，太阳能电池 MPP 的确切位置会随着光照和环境温度的变化而变化，因此，为了尽可能利用太阳能，系统设计时必须在实际工作条件下实现或接近 MPP。 我们可通过几种不同方法来跟踪太阳能电池板系统的 MPP，不过这些方法通常会比较复杂，特别对卫星等关键任务系统来说更是如此。不过，在许多低成本系统中，我们并不必强求 MPP 跟踪系统的精确性。简单的低成本解决方案只要能收集到可用能量的 90% 左右就可以了。充电控制系统如何让太阳能电池的工作接近 MPP 呢？ 动态电源路径管理 (DPPM) 技术能满足跟踪 MPP 的设计挑战。图 5显示了锂离子电池充电应用的电路，可实现太阳能电池板电力的最大化，且我们能用 MOSFET Q2 来调节电池充电电流、充电电压或系统总线电压。太阳能电池板用作电源，对单节锂离子电池进行充电。太阳能电池板包括一系列硅单元串，每串包括 11 个硅单元，就好像电流有限的电压源，电池板的尺寸及光照量决定着电流的大小。 DPPM 能够监控系统总线电压 (VOUT) 随电流限制电源的下降。系统总线连接的电容 (Co) 开始放电，一旦系统和电池充电器所需电流大于太阳能电池板提供的电流，就会使系统总线电压下降。一旦系统总线电压降到预设的DPPM 阈值，电池充电控制系统将在 DPPM 阈值位置调节系统总线电压。我们可通过降低电池充电电流来实现上述目的，从而获得太阳能电池板的最大电力。DPPM 控制电路设法达到稳定状态条件，使系统获得所需的电力，并用剩余电力给电池充电，这样，我们就能最大化太阳能电池板的电力，并提高系统的可靠性。 由图1可知，主电路拓扑结构为Buck型变换器，利用脉冲宽度控制芯片TL494的输出脉冲来控制主电路功率器件(IGBT)的占空比，以改变对蓄电池的充电电流，由此实现太阳电池的恒压跟踪，使太阳电池的输出功率接近最大功率。同时，通过主电路来完成对蓄电池电压、充电电流和太阳电池电压的采集，以便控制电路实现各种跟踪和保护功能。2.3系统的工作过程分析在充电阶段，蓄电池电压构成的电路不起作用，电压环仅由太阳电池电压构成的电路组成，此时，电压环的输出为电流环的给定，通过检测主电路中蓄电池的的充电电流和给定电流相比较来改变TL494的输出脉冲宽度，使太阳电池电压紧紧跟踪给定电压，具体表现为：当太阳电池电压大于给定电压时，偏差信号经过PI调节后改变给定电流使加到TL494的电流输入端信号变大，TL494输出脉冲宽度增加，经驱动电路放大整形以驱动功率器件，使其导通占空比增加，蓄电池充电电流变大，由图2可知，太阳电池电压下降，电路达到稳态时，太阳电池电压等于给定电压，电流环的给定亦为稳定值，蓄电池的的充电电流等于给定电流;反之，当太阳电池电压小于给定电压时，TL494输出脉冲宽度减小，经驱动电路放大整形以驱动功率器件，使其导通占空比减小，蓄电池充电电流变小，太阳电池工作电压增加，电路达到稳态时太阳电池电压等于给定电压。在过充电阶段，两个电路均起作用，电压环由太阳电池电压构成的电路和蓄电池电压构成的电路组成，此时，蓄电池电压和给定太阳电池工作电压之和大于太阳电池实际工作电压，偏差信号经过PI调节后加到TL494的电流输入端，使TL494输出脉冲宽度减小，蓄电池充电电流变小，由图2可知，太阳电池实际工作电压渐渐增大，直到稳态时，太阳电池工作于开路状态，蓄电池充电电流为零，从而实现了过充保护。2.3.1脉冲宽度调制芯片TL494及其应用 TL494广泛应用于1000W以下的大功率开关电源中，它既可以驱动150W以下的单端式开关电源，也可以驱动300-1000W的桥式和半桥式电路。其内部含有驱动脉冲发生器、脉宽调制器、取样放大器以及各种保护电路。TL494内部有两个比较器，两组误差放大器和5V基准电压源等组成。以下介绍仅供参考维修参考。TL494在该电压中的各脚功能如下：第（1）脚为第一组误差放大器的同相输入端。由+5V输出电压经R35、VR、R13取样送入第（1）脚。第（2）脚为第一组误差放大器的反相输入端。从第（14）脚输出的5V基准电压经R14、R20分压得到约4V的电压，与第（1）脚电压进行比较。由于输+5V电压升高时第（1）脚取样电压成比例升高，当此电压超过4V时，误差放大器输出高电平，通过IC内部比较器控制输出脉宽减小，以使5V电压下降，达到稳压的目的。第（3）脚为第一误差放大器输出的引出端。外接C19、C20、C21、R11组成的频率校正网路，以防止放大器发生自激。第（4）脚为死区控制端。当IC工作在推挽状态时，其两组输出脉冲使两只推挽开关管依次导通和关断。为了避免开关管的滞事效应造成瞬间导通而击穿开关管，在脉冲的序列之间留有一定的空隙，称为死区。改变第（4）脚的电压，可改变死区时间。当第（4）脚电压大于5V基准电压时，输出脉冲关断。在0-5V，死区时间成比例增大。利用此功能，第（4）脚在维亚开关电源中作为输出过压保护。次级输出的12V电压，经R26、D7和R10分压后加到第（4）脚上，与TR3、TR4共同构成+-5V和+12V的过压保护电路。正常情况下，TR4的基极由R28接在+5V输出端，R29接在输出端，R28和R29的分压使TR4偏置电压小于0.6V，TR4截止，其集电极经R36呈现近似5V的高电平，因而使TR3导通，由12V电压接出R26与地短路，二极管D7反偏截止，因而此部分电路与第三者第（4）脚电压无关。第（4）脚电压为第（14）脚的5V基准电压经R12和R16分压的0.5V左右电压，设定末级半桥式开磁电路必要的死区时间。当电源取样系统发生故障时，+5V电压升高或-5V电压因负载短路而降低时，TR4将导通，其集电极为低电平，使TR3截止。12V电压经R26，使D7导通，第（4）脚电压被R10分压后仍为5V左右，使输出脉冲关断，电源保护，各组无输出。第（5）脚步内部振荡电路，外接定时电容C18，第（6）脚为外接定时电阻R9。此RC的值决定TL494输出脉冲的重复频率，其值为FKHZ=1.2/R欧姆.C（UF）。按图中数据，此电源的工作频率为30KHZ。第（7）脚共地端，也是供电的负极端。第（8）（11）脚为两路输出放大管的集电极。驱动放大器由R7、R8供电，其输出脉冲送入驱动脉冲变压器T2变换阻抗后驱动半桥式变换器TR1 和TR2。C17使T2中点为驱动脉冲的零电位点。第（9）（10）脚为内部驱动放大管的发射极，接地。第（12）脚为供电端，其允许输入电压可达8-40V，因此无需外部稳压器。由小型工频变压器T1输出低压交流电，经D1、D2全波整流，C23滤波得到约10V电压，向第（12）脚提供启动电压。待电源启动后，次级12电压经D8隔离后向第（12）脚供电。此时由于D1、D2整流电压低于12V，D1、D2 截止，启动电压退出电路。第（13）脚为工作状态设定端。当第（13）脚为5V基准电压时，两路输出脉冲相差180旌，每路输出量大200MA的驱动电流，用于驱动推挽或半桥、桥式电路。当第（13）脚接地时，两路输出脉冲为同相位，为8-40V时，第（14）脚均输出5+-0.25V的稳定基准电压。第（15）脚为第二并联输出400MA的驱动电流，用于驱动单端式开关电路。该机为半桥式推挽电路，第（13）脚接5V基准电压。第（14）脚内部基准电压源。在IC供电组误差放大器的反向输入端，在该电源中作为过流保护取样输入。T3为串联在负载电路的“电流互感器”式电流取样电路。当负载电流增大时，T3次级电压升高，经D5、D6整流后输出负电压，再经R17、R18分压后与+5V一起R15相联，送入第（15）脚。正常负载时负电压输出较小，两反向电压相加，结果有1.5-2V电压加在反向输入端，误差放大输出低电平，对脉宽控制无作用。如果产生过载觐同载短路，T3负整流电压升高，使加在第（15）脚的电压变成负值，则误差放大器输出高电平，使脉宽受控变小。由于此组误差放大器同样式相输入端是接地的，属零电平，一旦第（15）脚电压为-0.6V以上，电路产即动作，实现输出脉冲由减小脉宽到并闭的保护过程。由于TL494第（4）（15）脚的保护功能，该电源可以开路。此时次级电压+-5V的升高受第（4）脚的控制，+5V还受到第（1）脚PWM系统的控制。电源程序可以实现短路自动保护，排除短路后又自动恢复。 2.3.2、TL494管脚配置及其功能 TL494的内部电路由基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等组成。图1是它的管脚图，其中1、2脚是误差放大器I的同相和反相输入端；3脚是相位校正和增益控制；4脚为间歇期调理，其上加03.3V电压时可使截止时间从2%线怀变化到100%；5、6脚分别用于外接振荡电阻和振荡电容；7脚为接地端；8、9脚和11、10脚分别为TL494内部两个末级输出三极管集电极和发射极；12脚为电源供电端；13脚为输出控制端，该脚接地时为并联单端输出方式，接14脚时为推挽输出方式；14脚为5V基准