无需磁性元件的光伏调节器

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时为负载提供电力。然而，在可行的情况下，无储能系统是一种更环保的替代方案，具有更高的 MTBF。

图 1 所示的设计理念 是一种光伏稳压器，采用Bang-Bang 式开关模式运行，可实现高效率。它易于扩展，并且仅使用分立元件。

PMOS管M1导通、截止，对输出电容C1充电。M1开路时，光伏电源达到开路电压，C1向负载放电；M1导通时，光伏电源被钳位到输出电压V O，C1再次充电。

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

电路操作如下：由于 R3 和齐纳二极管 D2 将 V GS设置 为 12V，因此M1 在启动期间开启。随着 C1 充电，齐纳二极管 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 逐渐减小，直到差分放大器的输出不足以保持 Q2 导通。调节器无限期地保持 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通过输出电容器 C1 和反馈网络电容器 C2 进行调整。增加 C2 值会减慢电压感测速度，这对于稳定性目的而言可能是必要的，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 输出上的纹波小于 0.5 V P-P ，开关频率略高于 25 kHz。

　　图 2  稳压器波形。蓝色：输出电压；绿色：输入电压；青色：M1 电流。

总而言之，该电路是一种简单但坚固且多功能的解决方案，可从光伏电源获得稳定电压。该设计可轻松适应其他电压或电流需求。