之后。
5.2.2稳压电路设计
由于太阳能不稳定，会随着季节，天气，温度，地域等不同的环境因素变化而变化，因此太阳能电池板发出的电能不能直接利用，需要稳压横流之后才可以广泛地被负载采用。
在早期的太阳控制器中，一般没有稳压模块，充电原理也很简单，只要太阳能电池板电压高于蓄电池电压就可以充电，显然这种做法是把蓄电池本身作为太阳能电池板的稳压部分，当比较高的电压加在蓄电池两级时太阳能电池板的电压会被拉低，与蓄电池持平，但是太阳能电池板却不是在电压达到最大时输出功率最大，也就是说按照太阳能的光伏特性来讲当光照足够充足时，太阳能电池板电压会超过最大功率点电压，这个时候虽然有很高的电压，但是电流驱动能力很差，这就是为什么有时候在阳光充足的时侯，太阳能电池板却不能充电。
造成太阳能电池板在这个时候无法充电的原因有，太阳能电池板因为过强的光照造成温度升高，导致其内阻增加 这样输出功率就减小了，因此需要一种方法解决内阻配平问题。但是配平内阻是一件不容易做到的事情，硬件很复杂，功耗也大，不适合用在太阳能控制器上。目前的解决办法是加恒流源，或用PWM调波的方式进行功率调整。在本文采用PWM调波的方式。
PWM调波方式稳压器用在太阳能控制器上有三钟方式：
（1）buck-boost电路：buck-boost电路具有升降压特性并且驶入电压与输出电压机型相反，因此也被称为升降压电路或极性反转电路，这种电路也可以用作LED灯的恒流源。buck-boost的工作原理是：为了让晶体管工作在循环开关状态，需要在其基极与发射极之间施加具有一定周期并且高电平存在时间可调的驱动信号。在一个周期中晶体管导通时间 Ton与脉冲周期 TS之比称为占空比，用 D表示。其计算公式如下：
M=UO/UIN=D/(1-D)
M表示输出输入电压比，UO表示输出电压，UIN表示输入电压。D表示占空比。由此可以看出 buck-boost 电路的稳态电压变化比既可小于1 (D < 0. 5时) ,也可以大于 1 (D > 0. 5时) ,所以buck-boost电路也称为升降压变换器。它的优点是电路简单元器件数目小,电压变化比可由零到无穷大变化 ,也就是说既可升压又可降压【电力电子】。因此 ,当太阳能输出电压发生变化时 ,只要适当调节buck-boost 的占空比就可保证蓄电池输入电压的稳定。其电路图如下所示：
图2 buck-boost电路图
这样看来补buck-boost电路似乎非常适合作为前级稳压电路，当电压过大时可以降低电压，增加电流输出能力，在太阳能电池板电压过低时，可以升压保证有足够的电压进行充电。但是buck-boost电路在太阳能的应用中却有一个不容忽视的缺点，那就在太阳能电池板电压过低时，其实此时的太阳能电池板的电流驱动能力是不够的，根据能量守恒原则升高电压必然减小电流，如果能让太阳能电池板在低电压状态下还能充电就必须要有足够的电流驱动能
力，当然也就意味着对太阳能电池板的要求更高，串联数目也更多。这样对于本系统低成本而言自然不适用。
（2）boost电路：boost电路也就是升压电路，用在太阳能电池板的前级稳压当然只有一个目的，那就是在电压过低时起到升压作用。当电压过高时就直接导通让蓄电池进行稳压，也是通过调节PWM占空比达到调节电压的目的。Boost电路的优点是电路简单、MOS管容易驱动，不像buck和buck-boost那样源极浮地不容易驱动。不过boost电路用在这里缺点却比前一个buck-boost电路更大，第一个缺点就是和前一个电路一样的在太阳能电池板低电压状态下电流的驱动能力问题，第二个缺点就是在太阳能电池板高电压（这里应理解为阳光充足时太阳能电池板超过最大功率点的电压，而不是超过蓄电池充电电压）状态下无法调整太阳能电池板的输出功率。这样看来boost电路同样无法满足要求，不适用在太阳能电池板前级稳压上。Boost电路基本拓扑图如下图所示：
（3）buck电路：buck电路也就是降压电路，同样通过调节PWM占空比达到降压目的，同时提高系统的电流输出能力。Buck电路的拓扑图为电压源、串联开关和电流负载组合而成，不含有中间部分。其拓扑图如下图所示：
图Buck电路拓扑图
Buck电路的工作原理是：当开关T导通时，电容开始充电，输入电压Ui通过电感L向负载提供能量，此时IL增加，电感内的电流也逐渐增加，电感中存储的电磁能也增加。而续流二极管因反向偏置而截止。当开关T关断时，由于电感电流IL不能瞬间突变，所以IL通过二级管D续流，此时电感电流开始减小，电感上的电磁能也逐渐被释放出来，为负载提供能量。在IL减小的过程中，由于续流二极管D的单向导通特性，IL不可能为负，既总有IL大于等于0从而可在负载上获得单极性的输出电压。
根据晶体管的开关特性，在管子的基极加入开关信号，就能控制开关T的导通和截止。从而在负载上获得一定的电压。由buck电路变换器的工作原理可以看出，电感可以工作在电流连续模式（CCM）也可以工作在电感电流断续模式（DCM），电感电流连续模式是指输出滤波电感的电流总大于0，电感电流断续是指在开关管短期间有一段时间输出的滤波电感电流为0。在这里我是用的电流连续模式。Buck电路的输入输出电压与占空比的关系式如下式所示：
Uo/Uin=D
上式中Uo为输出电压，Uin为输入电压，D为占空比。由此式可见通过调节占空比就可以调节输入输出出电压的比值，从而达到调节的目的【叶斌.电力电子技术[M].清华大学出版社,北京,2006,242-248.】。
但是由于buck电路和buck-boost电路一样开关管的源极浮地，所以驱动电路比较复杂在实际设计过程中不易实现，因此在前级稳压电路部分采用开关电源集成芯片LM2576。
LM2576系列开关电源芯片是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V)，并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。
LM2576系列包括 LM2576(最高输入电压40V)及LM2576HV(最高输入电压60V)二个系
列。各系列产品均提供有3.3V(-3.3)、5V(-5.0)、 12V(-12)、15V(-15)及可调(-ADJ)等多个电压档次产品。此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚【王明顺.基于LM2576的高可靠MCU电源设计[J].国外电子元器件,2004,11.】。
LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性如下： （1）基本特性
1）有3.3V、5V、12V、15V和可调电压输出多种系列；
2）输出电压可调的范围为1.23V～37V (HV型号的可达57V)，负载电压的输出容差最大为±4％；
3）最少只需要4个外围元件，可达3A的输出电流； 4）宽的输入电压范围，HV型号甚至可达40V～60V； 5）内部振荡器产生52KHz的固定频率；
6）可用TTL电平关闭输出，低功耗待机模式，典型待机电流为50μA； 7）buck式降压器，较高的转换效率； 8）过热和过流保护；
9）可实现Buck-Boost式正-负电压转换器。不过在本设计中采用buck降压设计； （2）LM2576的管脚
1）VIN—输入电压端，为减小输入瞬态电压和给调节器提供开关电流，此管脚应接旁路电容CIN；
2）OUTPUT—稳压输出端，输出高电压为（VIN－VSAT），输出低电压为-0.5V。 3）GND—电路地；
4）FEEDBACK—反馈端；
5）ON/OFF—控制端，高电平有效，待机静态电流仅为75μA。【LM2576 datesheet】 LM2576引脚图如下图所示：
图LM2576引脚图
（3）LM2576外围元件的选择：
1）输入电容： 要选低ESR的铝或钽电容作为旁路电容，防止在输入端出现大的瞬态电压。还有，当你的输入电压波动较大，输出电流有较高，容量一定要选用大些，470μF--10000μF都是可行的选择；电容的电流均方根值至少要为直流负载电流的1/2；基于安全考虑，电容的额定耐压值要为最大输入电压的1.5倍。千万不要选用瓷片电容，会造成严重的噪声干扰！Nichicon的铝电解电容不错。
2）续流二极管： 首选肖特基二极管，因为此类二极管开关速度快、正向压降低、反向恢复时间短，千万不要选用1N4000/1N5400之类的普通整流管！
3）储能电感： 电感的选择，要求有高的通流量和对应的电感值，也就是说，电感的直流通流量直接影响输出电流。LM2576既可工作于连续型也可非连续型，流过电感的电流若是连续的为连续型，电感电流在一个开关周期内降到零为非连续型。
4）输出端电容：使用1μF--470μF之间的低ESR（等效串联电阻Equivalent Series
Resistance的缩写）的钽电容。若电容值太大，反而会在某些情况（负载开路、输入端断开）对器件造成损害。输出电容用来输出滤波以及提高环路的稳定性。如果电容的ESR太小，就
有可能使反馈环路不稳定，导致输出端振荡。
在使用LM2576时还需要注意：
（1）反馈线要远离电感，电路中输入/输出电容、续流二极管、接地端、控制端的连线要尽可能短而粗，最好用地线屏蔽。
（2）由于器件较高的转换效率，几乎不用考虑散热问题。 （1隔离问题请注意 2电压反馈时间） LM2576的电路图如下图所示：
图LM2576HV-ADJ的电路图
5.3铅酸蓄电池充电电路设计
因此考虑采用铅酸蓄电池专门充电芯片UC3906来控制铅酸蓄电池的充电。UC3906是一款专门用来为铅酸蓄电池充电的充电芯片。UC3906该芯片内含有独立的电压控制电路，具有限流放大器，更重要的是UC3906具有精准的基准电压，并在内部设置了温度补偿电路。这样的设计可以随外部环境温度的变化调整铅酸蓄电池的浮充电压，从而更好的保护蓄电池。以12V7AH的蓄电池为例，UC3906电路的计算过程如下所示：
参考温度在理想状态下，此时UC3906基准电压Vref=2.3V。
2
5
℃
过程电压：VOC?Vref(1?R3?R4R6?R3?R4R7)?15V
浮充电压：Vf?Vref(1?R3?R4R6)?14.5V
过充变换电压：V12?0.95V VOC?14.25V 浮充转换电压：V13?0.9V Vf?11.7V 最大充电电流：Imax?0.25R10.025R1?1000mA
过充终止电流：IOC??100mA
UC3906电路如下图所示：
图3UC3906电路
【[3]李兵.基于UC3906的免维护铅酸蓄电池池智能充电器的设计[J].机械工程师,2005年第11 期94-95】
【UC3906芯片手册Sealed Lead-Acid Battery Charger.SLUS186 - SEPTEMBER 1996】
5.4蓄电池保护电路设计
蓄电池保护电路主要是防止蓄电池反接损坏后级电路，或被过电流损毁。而蓄电池的欠电压，过电压保护则在蓄电池充电电路部分给出。
反接保护是在蓄电池的两端并接一个二极管，并在蓄电池的一端串连一个保险丝。其工作原理是：当电池反接时，并联的二极管会正向导通，使大电流流过蓄电池一端的保险丝，从而烧断保险丝起到保护蓄电池的作用，而对于后继电路而言电池的反接相当于后级电路被短路所以没有危害。这里的二极管选用2045，将电池正接并更换保险丝系统恢复正常工作。而在蓄电池的串联的保险丝，同样可以保护蓄电池在过电流状态下不被损毁，
其电路如下图所示：
图蓄电池反接保护电路
5.5蓄电池组切换电路设计