中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文） 第22页
第三章 太阳能逆变电源主要硬件设计
3.1基于MCU（单片机）的充电器及放电电路设计
3.1.1dsPIC30F2020单片机简介
dsPIC30F2020是Microchip Technology推出的基于DSP内核，MCU外围接口的16位数字的信号控制器(DSC)。它不仅可以提供功能强大的16位单片机所具备的所有功能:快速、复杂和灵活的中断处理，丰富的数字和模拟外设，电源管理，多种时钟模式，上电复位，欠压保护，看门狗定时器，全速实时仿真以及全速在线调试解决方案等。而且还具有数字信号处理器(DSP)的强大计算能力和数据处理能力。
它的特点如下：
a. 改进的哈佛结构;
b. 宽电压范围：工作电压3.0V--5.0V;最高频率30MIPS; c. 9.7MHZ~ 14.55MHZ的振荡器输入，带PLL(最大32倍频);
d. 12KB的片内FLASH程序空间，512字节片内数据RAM，1 KB非易失性数据EEPROM; e. 3个16位定时/计数器，并可配对作32位定时器使用;
f. 4个PWM发生器，采用互补或者独立的输出模式，边沿和中心触发模式，四个占空比发生器; g. 8路10位A/D转换器模块，支持2或者4通道同时采样，16个输入通道带有自动扫描功能，16字深度结果缓冲区，在睡眠模式下可以进行自动转换; h. 5V以下具有30 MIPS性能; i. 支持SPI串行通信;
j. 32个中断源，其中有3个外部中断; k. 高速DSP性能等。
本设计利用dsPIC30F2020单片机作为主控芯片，主要完成以下功能：
1.利用检测到的母线电压、输出电流来实现太阳能充电器的最大功率跟踪技术(即MPPT ); 2.利用实时计算法实现SPWM调制输出，并利用PI实现双环控制; 3.软件实现过压、欠压，过载，短路，过热等异常保护。
管脚定义与封装如下图：
中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文） 第23页
图3.1 dsPIC30F2020的管脚定义
3.1.2充电器的电路结构设计
图3.2 dsPIC30F2020硬件设计
dsPIC30F2020的外围电路设计主要包括复位电路(RESET)、在线编程接口(JTAG口)和PWM信号隔离放大电路。时钟则由芯片内部RC振荡器提供，在线编程接口因为用到复用引脚，所以加入拨码开关，切换编程和工作两种工作状态。复位电路可以完成上电复位和手动复位。由于MCU输出的PWM信号为负极性有效，所以需采用高压、大电流NPN达林顿管MC1413芯片将负极性转化为正极性信号，再通过光祸等隔离放大器件去驱动MOS管。
基于上述理论，本文设计了具有MPPT功能的充放电控制电路，其主电路结构如图3.1所示。
中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文） 第24页
图3.3 具有MPPT功能的充放电控制器电路
在本系统中，对于开关管开关频率的选取须考虑系统的效率、成本等等因素。综合以上因素，本文选取了Mosfet 50N06为主开关管。 3.1.3芯片UC3906内部结构特点
UC3906是美国TI公司生产的专门针对铅酸蓄电池充电而设计的。它的内部逻辑电路可以提供三种充电状态，充电时对温度实现了跟踪补偿，精确的浮充电状态确保电池发挥最大容量并延长电池的使用寿命，且只需1.6mA电流就可以正常工作，这样就大大减少了芯片的功耗。
UC3906内部结构如图3.4内部包含了电压放大器、限流放大器、电压电流检测比较器、输出OC门驱动器和一些逻辑门控制器等。内部驱动器的输出电流可达25mA，通过控制内部驱动器的输出就可控制外接三极管的导通与关断，达到控制充电电流的目的。内部还具有一个精确的基准电压VREF，在25℃时，VREF=2.3V，并随温度的增大而减小，温度系数是-3.9mV/℃，这样就可以补偿因温度变化而引起蓄电池电压变化。当UC3906检测到蓄电池的端电压低于启动电压VT时，外接三极管处于截止状态，输入电源通过芯片内部的比较器给蓄电池涓流充电，避免初始充电电流过大对蓄电池使用寿命的影响，也避免了蓄电池短路或者反接而损坏电池，非常符合本设计的充电需求。
图3.4 UC3906内部结构图
中国矿业大学2010届本科生毕业设计（论文） 第25页
UC3906可构成双电平浮充充电器，充电过程可分为三个充电状态，分别是大电流恒流充电状态、过充电状态和浮充电状态。输入电源开通时，蓄电池电压很低，充电器以很小的电流给蓄电池充电。当蓄电池电压升高到启动电压VT时，以IMAX恒流充电。蓄电池电压继续升高，当电压达到V12，进入过充电状态。蓄电池电压达到过充电压时，充电电流逐渐减小，减小到IOCT (IOCT=IMAX/10)时，进入浮充电状态。在浮充电状态，蓄电池放电，蓄电池电压随之下降，当蓄电池电压低于V31时，充电器又进入第一种充电状态，大电流恒流充电状态，这样反复不断地根据具体情况来进行充电，已达到用电需求。
实际充电电路设计原理图如图3.5所示，由前面介绍可知太阳能电池组件开路电压为32V，短路电流为5.1A，所以选择高效率的二极管MBR745，它的平均导通电流为7.5A，能承受最大45 V的反压。同理，三极管选择的型号是TIP 125。二极管MBR745在这个电路中不可缺少，它是用来防止蓄电池的电流反向流入充电器和太阳能电池板。
图3.5 充电电路原理图
3.1.4放电电路工作原理与设计
蓄电池由许多电池单元组成，通常这些电池单元以串联方式连接，作为电源，蓄电池的性能与工作频率有很大关系。在变换器典型的开关频率，即50kHz或更高的时候，蓄电池似乎是开路的，因为蓄电池输出端、内部以及电极上存在等效电感，且化学反应本身需要一定的时间来完成。输出电流逐渐增大时，电压会逐渐下降。当输出电流较小时，蓄电池的电压下降特性类似于一个电阻：电流增加一倍，电压将增加一倍。但是大电流时电压下降的幅度变化没有小电流工作时那样明显。在电压非常低的情况下，电池可输出极大的电流，但实际中不允许这样操作，因为这样相当于将电池短路。
电池的输出电流与端电压间关系还与温度、剩余电量有关。工作频率降低，周期变为几分钟或几小时时，蓄电池将以“安·时”来衡量所用的电量。蓄电池有一种自放电现象，一组充满电的蓄电池不接任何负载(完全空载)下，如放置较长的时间，自身的能量会逐渐丢失。 蓄电池实际放出的电量与放电电流有关，放电电流越大，蓄电池的效率越低，应避免大
