(本貼僅為升壓型MPPT太陽能控制器的鋪墊)

    剛開始玩光伏不久，首先將太陽能電池板提供的能量（15~18V直流電）通過改造后的KIS-3R33模塊降壓給12V蓄電池充電，然后用另一塊改造后的KIS-3R33模塊降壓至5.10V給USB設(shè)備充電。50W板子發(fā)出的電能給USB設(shè)備供電實(shí)在是用不完，怎么消耗電能，馬上想到了筆記本供電

現(xiàn)在要反過來把12V蓄電池的直流電升高至20V以上使用了，我的ThinkPad-X60S就是20V標(biāo)準(zhǔn)（其實(shí)這個(gè)模塊還可以放在汽車上給筆記本供電）。

一、購買成品模塊，先研究再模仿

圖1   2塊成品升壓模塊

       在淘寶上買了2塊升壓模塊，見圖1，左邊一個(gè)花費(fèi)20元，右邊一個(gè)花費(fèi)15元。我想既然兩個(gè)賣家都是用這種方式，那么必定是有可取之處的，我就先學(xué)懂，學(xué)透這個(gè)類型的模塊，入了門自然慢慢的眼界就開闊了。第一步就是得到兩個(gè)模塊的電路圖了（淘寶賣家一般不會(huì)提供的，我也懶得費(fèi)口舌，用眼睛看，萬用表一根根的測(cè)量，感覺有點(diǎn)像所謂的“抄板”工作）。

       1、主電路一致，都是典型BOOST升壓電路，使用MOSFET作為開關(guān)器件。

       2、控制芯片竟然也一致UC3843，電流型PWM控制芯片，只不過是芯片外圍電路和參數(shù)略有不同。

二、學(xué)習(xí)UC3843芯片

       網(wǎng)上對(duì)UC3843系列芯片使用講述得并不透徹，要想吃透惟有官方文件了，但UC3843的PDF版本也很多，我找到的最好版本是UC3843(Rev. 15)，另外一個(gè)UC3843A作為補(bǔ)充（已打包在附件），吃透后先搭建最簡單的實(shí)用電路（省去繁雜功能也便于大家理解）。模塊功能就不詳細(xì)解釋了，去啃下PDF吧，我就把幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和計(jì)算方法給大家講述清楚。

圖2   UC3843系統(tǒng)圖

       1、設(shè)置PWM最大占空比和頻率

       網(wǎng)上有經(jīng)驗(yàn)公式，但是沒有寫限定條件，轉(zhuǎn)頭看看官方文件其實(shí)沒有必要使用經(jīng)驗(yàn)公式，現(xiàn)在電腦和計(jì)算器都有ln函數(shù)，還是自己動(dòng)手算吧，朋友們不要怕麻煩。

       PWM脈沖由RT和CT諧振產(chǎn)生，設(shè)計(jì)RT和CT參數(shù)時(shí)，先設(shè)計(jì)最大占空比確定RT，再通過頻率確定CT的數(shù)值。

       PDF中講述了，PWM波形的最大占空比僅由RT函數(shù)確定，為了保護(hù)電路可以通過限制最大占空比來實(shí)現(xiàn)，（比如Boost電路中設(shè)置最大占空比為50%，那么輸出電壓最大值就不可能超過輸入電壓的50%）公式如下所示：

       公式中已知量VRT/CT(valley)= 1.2V，VRT/CT(peak)= 2.8V，Vref= 5V，Idischg= 8.3mA，RT為諧振電阻。以我設(shè)計(jì)的Boost電路為例，為防止輸出電壓過高，我要求Dmax<70%，于是電阻就選擇了比較常見的RT=1KΩ，Dmax=64.2%。

表1   RT與Dmax關(guān)系表

       選擇電阻后再根據(jù)PDF文件中提供的頻率圖選擇電阻，比如我希望PWM適當(dāng)高些大于50KHz，可以減小電感量，那么找到0.8上的第二根水平線與50K豎直線的交叉處，估算到CT應(yīng)該大于10nF，估計(jì)在15nF以上，看看自己的貼片電容情況，挑選比較接近的22nF的電容，CT=22nF。

圖3   頻率設(shè)置曲線圖

       估算完畢后，可以依據(jù)公式核算（PDF上有說明的計(jì)算一般都有10%的誤差，原因是電阻和電容的標(biāo)稱值都有1%~5%的誤差以及溫度影響）。

       計(jì)算值53.4KHz，實(shí)際值53.7KHz，比較準(zhǔn)確了。

       2、電壓反饋環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

       就采用最基本的方案，2腳電壓反饋輸入，1腳電壓反饋補(bǔ)償輸入，如圖4所示。

圖4   電壓反饋環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

       2腳的參考電壓是2.5V，Rf要求大于8.8K，我的頻率不是特別高，反饋也不是要求響應(yīng)特別快，因此選用大家用得多的參數(shù)Rf=100K，Cf=100pF。

       調(diào)節(jié)Ri和Rd的數(shù)值，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓了，計(jì)算公式是：

VO=2.5*(Rd+Ri)/Rd

       3、電流反饋環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

圖5   電流反饋環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

       3腳是電流反饋輸入，參考電壓值是1V（超過1V時(shí)響應(yīng)，減小PWM占空比）限流靠設(shè)計(jì)RS的值，我設(shè)計(jì)時(shí)由于沒有合適電阻（要同時(shí)考慮阻值和功率），只能將就選擇0.05Ω/2W的電阻串上一個(gè)保險(xiǎn)絲來代替（我估計(jì)在平均電流小時(shí)應(yīng)該有0.07歐左右，平均電流大時(shí)應(yīng)該有0.15歐電阻，這樣可以限制電流6.5A以內(nèi)）。R的值比較隨意，一般就是常見的1K和10K都行，但是C的值就不能太大了，不然電流反饋的延時(shí)就太大了，很容易造成過流時(shí)間太長PWM芯片才有響應(yīng)的問題，而選擇太小了就容易受到尖峰的干擾，我選擇電阻1K，電容200pF，在54KHz的頻率下對(duì)電流限制還不錯(cuò)。

三、設(shè)計(jì)主電路參數(shù)

圖6   Boost電路結(jié)構(gòu)

       基本結(jié)構(gòu)如圖6所示，就不再描述工作原理了。（隨便一本電力電子書都會(huì)有的）。主電路參數(shù)設(shè)置如下：

       1、Vin工作電壓  12~18V

       2、Vout工作電壓  20.5V

       3、電感  100mH，6A工作電路（我手頭功率電感最小的就是100mH了，開關(guān)頻率高時(shí)，電感量要不了這么大）

       在設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，最重要的是開關(guān)頻率和電感平均電流，給大家一個(gè)用Matlab-simulink搭建的簡易開環(huán)Boost模型，可以自己設(shè)置參數(shù)波形是否合理。注意我的模型是開環(huán)的，啟動(dòng)時(shí)沖擊電流很大，可以不管，因?yàn)?/span>UC3843中電流反饋可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，只要注意看穩(wěn)態(tài)時(shí)電感上的平均電流就可以了，電感電流選擇上最好留50%的余量。（已打包在附件）

四、電路原理圖

圖7   基于UC3843的Boost升壓電路原理圖

解釋：

       1、R7、R10、R9構(gòu)成輸出電壓反饋環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)R10就能改變輸出電壓了。這里電阻R9設(shè)置為7K是為了防止電壓升得太高，如果你需要的電壓較高就的適當(dāng)減少R9。

Vmax=2.5*(7K+51K)/7K=20.7 V

Vmin=2.5*(10K+7K+51K)/(10K+7K)=10 V

       2、電阻R4，保護(hù)Mosfet，防止源極開路。

       3、二極管D2一定要用低導(dǎo)通壓降的肖特基二極管，最好能裝散熱片的。

       4、輸入輸出兩端的支撐電容當(dāng)然越大越好，不過我這個(gè)參數(shù)下1000uF時(shí)，輸出已經(jīng)非常好了，特別提醒大家電容是有耐壓值的，如果你要輸出30V，卻用25V耐用電容，通電時(shí)間稍微長點(diǎn)就會(huì)爆電容的，非?？膳掳?！

       5、由于大家的元器件尺寸不同，就不提供PCB圖了，直接上我第一版實(shí)物了（后續(xù)肯定會(huì)更小巧）

圖8 實(shí)物正視圖

圖9  實(shí)物側(cè)視圖

圖10   實(shí)物背面圖

五、小結(jié)

       1、UC3843是一款不錯(cuò)的PWM芯片，有兩個(gè)反饋環(huán)，電壓環(huán)精確穩(wěn)壓，電流反饋可以限流保護(hù)，比單獨(dú)用單片機(jī)成本低，可靠性高，同時(shí)不占用單片機(jī)資源。

       2、使用的基本是UC3843最精簡的外圍結(jié)構(gòu)，適合初學(xué)者入手制作。

       3、如果后續(xù)配上高頻變壓器，使用的方式就更加豐富了。

       4、市面上還有款芯片TL494可以代替UC3843，功能差不多。

       希望這篇能寫透，使用UC3843其實(shí)非常簡單的，祝愿大家學(xué)會(huì)后玩得開心，疏忽之處請(qǐng)見諒。

    大家喜歡請(qǐng)多頂貼，呵呵。（不久將公布升壓型MPPT太陽能控制器的完整測(cè)試和原理圖。）Boost附件.rar