基于UC3909的太阳能充电方案

郭天飞+高瑜

摘 要：随着全球化石燃料能源的大量减少，开发和应用新能源已成为解决全球能源问题的重要举措之一。该文给出了一种利用太阳能电池板，以充电管理芯片UC3909为核心的蓄电池充电方案。按照铅酸蓄电池的储能方法，该设计可以实现对蓄电池进行涓流、恒流、恒压、浮充四阶段充电，在充电过程中还可以对充电电压和充电电流进行实时监控，能够实现对蓄电池可靠精确地充电，提高蓄电池的使用寿命。

关键词：太阳能 蓄电池 UC3909 充电

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（b）-0047-02

目前，人们日常应用最广泛的新能源当数太阳能。太阳能发电分为光伏发电和热发电，光伏發电是通过太阳能电池将光能转化为电能，效率较低，大多应用于电量需求量较少的系统中，比如：太阳能热水器、太阳能路灯等。

在国内，铅酸蓄电池广泛应用于电动自行车和低速电动汽车，其应用于太阳能充电储能系统中可以在很大程度上提高系统的可靠性。

该设计利用太阳能电池板，实现对铅酸蓄电池的充电。

1 整体设计结构

该文给出的蓄电池充电器，包括DC/DC转换单元和充电控制单元，充电控制单元以充电管理芯片UC3909为核心，还包括采样电路、场效应管及外围元件。整体设计结构如图1所示。

太阳能电池板的输出为变化的直流电压，而蓄电池的充电电压基本上为定值，因此，必须通过DC/DC转换模块，将电池板输出电压转换为恒压，对蓄电池的充电。

充电控制单元由充电管理芯片UC3909、采样电路以及场效应管组成。采样电路实时采集蓄电池的充电电压和电流信息并送入UC3909，UC3909对信息进行分析，采用PWM脉宽调制方式控制场效应管通断，从而达到对蓄电池充电的最好效果。

目前，市场上有多种DC/DC转换芯片可供选择，价格便宜，电路简单，性能较好，该文不再赘述。该设计主要叙述充电控制单元的设计思路。

2 蓄电池四阶段充电

该充电器根据蓄电池的储能原理，采用涓流、恒流、恒压、浮充四阶段充电方式，充电变化曲线如图2所示。

首先，蓄电池进入涓流充电状态。此时，充电电流为一很小值，通常仅为1/100的蓄电池容量，直到蓄电池端电压达到UT。蓄电池进入恒流充电的快速充电状态，恒流值为IBULK，通常取蓄电池及系统允许的最大充电电流，直到蓄电池端电压达到UOC。充电器对蓄电池以恒定电压UOC进行过压充电，直到充电电流下降为IBULK的10%，此时蓄电池已充满电。最后为涓流浮充阶段，此时，充电器对蓄电池以恒定电压UF进行过压充电，以维持蓄电池处于饱和状态。至此，四阶段充电过程全部完成，该过程中涉及到的UT、IBULK、UOC、UF等门槛值，可由蓄电池生产厂家所提供的充电参数获得。

充电状态由UC3909芯片6脚（STAT1）、7脚（STAT0）接LED显示，充电器分别处于四个阶段时，LED依次显示为00、01、10、11。

3 充电控制单元

充电控制单元包括充电管理芯片UC3909、采样电路以及场效应管，其核心为UC3909及其外围元件，连接电路及部分元件参数见图3。

UC3909是铅酸蓄电池充电管理芯片，其输入电压范围为7.5～40 V，输出电压范围为0～400 V可调，输出直流电流范围为0～10 A可调[2]。它可以实时检测蓄电池的充电电流和端电压，对充电状态进行判断，通过调制5脚输出PWM脉冲的占空比，转换蓄电池充电状态。此外，UC3909内部还集成了方波振荡器、误差放大电路、软启动电路、温度补偿电路等，可以精确控制蓄电池的充电；UC3909内部集成了温度补偿电路，1脚（RTHM）和20脚（R10）为温度补偿放大器的两个输入端，两管脚均外接10 kΩ电阻，其中1脚所接热敏电阻贴于蓄电池外表面，具有负的温度系数，能够实时检测蓄电池的温度变化。

采样电路如图3右上角部分所示。UC3909芯片的16脚、17脚为电流检测电路的同相输入端和反向输入端，分别接于电流采样电阻RS两侧，其压差不能超过400 mV[3]。而蓄电池的充电电流流过RS，因此，RS阻值不能太大，而且要尽可能小。

铅酸蓄电池的传统充电装置为低频变压器，控制元件为晶闸管，该种充电方式不符合蓄电池的充电工作原理，长时间使用会造成蓄电池过充、寿命缩短等问题。该设计采用POWER MOSFET为主控制元件。POWER MOSFET具有开关速度快，温度稳定性好，输入阻抗高，驱动功率小等特点，特别是其通态电阻具有正的温度系数，有利于采用多元集成结构和器件的并联。

参考文献

[1] 刘祖隆.触控式混合储能太阳能LED调光照明系统[D].华侨大学，2012.

[2] 丁肖宇.一种基于UC3909控制器的蓄电池充电系统设计与实现[J].变频器界，2005（8）：44-46.

[3] 张志恒.基于UCC3809及UC3909的电动自行车充电器[J].电子技术应用，2007，33（6）：142-144.