Bang-bang 光伏稳压器无需磁性元件

光伏系统通常包括一种储能方式——电池或超级电容器——在没有阳光或电源瞬变期间为负载提供电力。但是，在可行的情况下，无存储系统是具有更高 MTBF 的更环保的替代方案。

图 1 中描述的设计理念 是一种光伏稳压器，它以开关式 开关模式运行，可实现高效率。它易于扩展且仅使用分立组件。

图 1  简单的自由运行光伏稳压器（注：D2 和 D3 是齐纳二极管）。

PMOS 晶体管 M1 的导通和截止为输出电容 C1 充电。当 M1 打开时，光伏电源达到其开路电压C1向负载放电；当M1导通时，光伏电源被钳位到输出电压V O，C1再次充电。

光伏源的 SPICE 模型由 I1-D1-R1-R2 给出，它代表一串 30 个串联的低功率硅太阳能电池。

电路操作如下：M1 在启动期间导通，因为 R3 和齐纳二极管 D2 将 V GS设置 为 12V。当 C1 充电时，齐纳 D3 上的电压上升直至达到 10V，从而设置电压参考电平。V O 继续上升，直到由 Q3 和 Q4 组成的差分放大器的输出打开 Q2 和 Q1，从而关闭 M1。

然后V O 下降，直到差分放大器的输出不足以保持 Q2 导通。稳压器无限期地保持在 bang-bang 模式，输出电压由下式给出：

(1)

输出电压纹波和开关频率可以通过输出电容C1和反馈网络电容C2来调节。增加 C2 值会减慢电压检测速度，这可能是稳定目的所必需的，但也会增加输出纹波。建议根据应用在开关频率和输出电压纹波之间取得平衡。

原型的波形如图 2所示。15V 输出的纹波小于 0.5V P-P ，开关频率略高于 25kHz。

图 2  稳压器波形。蓝色：输出电压；绿色：输入电压；青色：M1电流。

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总而言之，该电路是一种简单但稳健且通用的解决方案，可从光伏电源获得稳压电压。该设计很容易适应其他电压或电流需求。