【正文】 BOOST 電路在連續(xù)工作模式下有 : D1VV inout ?? (41) TDLVI inp ??? (42) 由式 (41)和式 (42)可得： D)D( 1LfVI outp ?? (43) 計(jì)算可知當(dāng)占空比為 。 (2)BOOST 電路設(shè)計(jì) 綜合考慮單片機(jī)的時(shí)鐘頻率、 PWM 分辨率、電感體積、電路損耗以及噪聲干擾等因素，本設(shè)計(jì)選擇的開(kāi)關(guān)頻率為 50KHz。 (1)屏蔽二極管 屏蔽二極管的作用是用來(lái)防止太 陽(yáng)能電池輸出電壓低于蓄電池兩端電壓時(shí)，蓄電池向太陽(yáng)能電池倒送電能從而消耗蓄電池的能量并導(dǎo)致太陽(yáng)能電池燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 板發(fā)熱的情況?？梢愿鶕?jù)采樣的太陽(yáng)能電池輸出的電壓與電流信號(hào)，調(diào)節(jié) BOOST 電路占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能最大功率跟蹤和蓄電池充電控制；可 以根據(jù)蓄電池兩端電壓信號(hào)的檢測(cè)判斷是否可以充放電，保護(hù)蓄電池；可以根據(jù)蓄電池輸出電壓信號(hào)的檢測(cè)，調(diào)節(jié)放電電路 BOOST 電路占空比使輸出電壓穩(wěn)定。 放電電路是 BOOST 升壓電路，將蓄電池輸出的電壓升壓到 5V，為手機(jī)提供穩(wěn)定的電源進(jìn)行充電。 BOOST 電路BOOST 升壓電路手機(jī)太陽(yáng)能電池蓄電池ADC 0809 ADC 0809驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)按鍵 顯示供電K 1 按下K 2 按下K 3 按下 圖 41 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 當(dāng)選擇為蓄電池充電模式時(shí)，太陽(yáng)能電池后所加 BOOST 電路的作用是 :當(dāng)蓄電池兩端的電壓小于 ，輸出 100mA 的電流進(jìn)行預(yù)充電；當(dāng)蓄電池兩 端的電壓在 之間的時(shí)候，即在恒流充電階段，首先進(jìn)行太陽(yáng)能電池的最大功率跟蹤 (通過(guò) PWM 控制變換器的占空比，來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能電池的負(fù)載為最佳匹配負(fù)載，通過(guò)直接檢測(cè)太陽(yáng)能電池的輸出電壓和輸出電流，連續(xù)計(jì)算太陽(yáng)能電池的輸出功率，通過(guò)尋優(yōu)的方法來(lái)獲得太陽(yáng)能電池的最大輸出功率 )，輸出電流會(huì)逐漸上升直至達(dá)到闕值 (最大充電電流值 1A)，中止最大功率跟蹤開(kāi)始恒流充電，當(dāng)外界條件發(fā)生變化使輸出電流小于最大充電電流時(shí)，則轉(zhuǎn)入最大功率跟蹤直到輸出電流達(dá)到闕值，如此電路在最大功率跟蹤與恒流充電方式自由切換，直到蓄電池兩 端的電壓達(dá)到 ；在恒壓充電階段，使 BOOST 電路輸出恒定的 直到充電電流將為第 4章 基于 MPPT的太陽(yáng)能手機(jī)充電器設(shè)計(jì) 27 100mA。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能手機(jī)充電器主要包括以下幾個(gè)部分：太陽(yáng)能電池板、蓄電池充電電路、蓄電池放電電路、控制電路、按鍵及顯示電路。 。輸入電壓的額定值為 4V,最大值是 。選擇型號(hào)為 PL526067M 的鋰離子電池作為儲(chǔ)能蓄電池，標(biāo)稱(chēng)電壓 ，充電終止電壓 ，放電終止電壓 ，額定容量2200mAh，外形尺寸是 。本設(shè)計(jì)選擇的太陽(yáng)能電池板的參數(shù)具體為： 開(kāi)路電壓 ,短路電流 ,最大電壓 4V,最大電流 ，峰值功率 5W。具體包括：在恒流充電階段能夠自動(dòng)調(diào)整太陽(yáng)能電池的負(fù)載，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的最大功率跟蹤；太陽(yáng)能充電器在陽(yáng)光下能夠給蓄電池進(jìn)行充電，也可以為手機(jī)充電，蓄電池在任何時(shí)候可以提供穩(wěn)定的電源給手機(jī)充電；系統(tǒng)具有充放電選擇和指示功能 []。它還有許多的優(yōu)點(diǎn)，如可靠性高、操作簡(jiǎn)單，具有安全性和通用性等 , 代表著未來(lái)充電器發(fā) 展方向。因而，本章將重點(diǎn)介紹一種以單片機(jī)為核心的能實(shí)現(xiàn) MPPT 的太陽(yáng)能手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)。 第 4章 基于 MPPT的太陽(yáng)能手機(jī)充電器設(shè)計(jì) 25 第 4章 基于 MPPT的太陽(yáng)能手機(jī)充電器硬件設(shè)計(jì) 第 3 章所設(shè)計(jì)的基于集成電路的太陽(yáng)能手機(jī)充電器能夠很大程度上簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)，降低耗能，減少生產(chǎn)成本。 MCC6288 的應(yīng)用電路如圖 33所示。 ：正向?qū)妷旱?、反?yīng)時(shí)間快的肖特基二極管 IN5820，峰值反向電壓 VRRM =20V，正向平均整流電流 IF=3A,正向?qū)▔航礦F=。 首先定義： VoutVinVoutD ?? (32) ： 2f RD)D(1L L2?? (33) 可計(jì)算得電感值為： ，本設(shè)計(jì)中取值為 10μH。為了獲得較高的轉(zhuǎn)換效率，除了用戶(hù)選擇合適的電感、肖特基二極管和電容外，芯片內(nèi)部的功率管導(dǎo)通電阻也非常小。為了減小輸出電壓的紋波和噪聲，誤差放大器采用施密特比較器結(jié)構(gòu)，同時(shí)具備很快的響應(yīng)速度。 %，同時(shí)由于參考電壓經(jīng)過(guò)精心的溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)考慮，使得芯片的輸出電壓的溫度漂移系數(shù)小于 100ppm/℃ 。參考電壓電路提供穩(wěn)定的參考電平。在 PFM控制系統(tǒng)中，固定震蕩頻率和脈寬，穩(wěn)定的輸出電壓是根據(jù)輸入 輸出電壓比例以及負(fù)載情況通過(guò)削脈沖來(lái)調(diào)節(jié)在單位時(shí)間內(nèi)功率管導(dǎo)通時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。 MCC6288 所需的外部元器件非常少，只需要一個(gè)電感、一個(gè)肖特基二極管和輸入輸出電容就可以提供 到 的穩(wěn)定的低噪聲輸出電壓。 MCC6288 是一款 BOOST 結(jié)構(gòu)、電壓型 PFM 控制模式的 DCDC第 3章 基于芯片的太陽(yáng)能手機(jī)充電器設(shè)計(jì) 23 轉(zhuǎn)換電路。電路采用了高性能、低功耗的參考電壓電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)在生產(chǎn)中引入修正技術(shù)，保證了輸出電壓的高輸出精度及低溫度漂移。 V I NGNDC H R GD O N EF BB A TT E M PI S E T太 陽(yáng)能 電池L i 圖 32 蓄電池充電控制電路 MCC6288 芯片介紹 MCC6288 系列產(chǎn)品是一 種高效率、低紋波、工作頻率高的 PFM 升壓DCDC 變換器。 本設(shè)計(jì)中充電電流設(shè)置為 1A，則電阻的阻值為 ；電源輸入端需要一個(gè)旁路電容，一般情況下， 22uF 的電容可以滿(mǎn)足要求，對(duì)電容的類(lèi)型 沒(méi)有限制；為了保證充電器正常工作，需要從電池端 BAT 到 GND 之間連接一個(gè)電容，電容值為 ； VIN 與 TEMP 之間接的片外電阻和熱敏電阻構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)以防止電池溫度過(guò)高，片外電阻的推導(dǎo)十分簡(jiǎn)單，只要滿(mǎn)足在電池溫度達(dá)到高端溫度保護(hù)點(diǎn)時(shí)，在 TEMP 管腳分得的電壓為 46% VIN即可。 TEMP 管腳的電壓是由電池內(nèi)的 NTC(或 PTC)熱敏電阻和一個(gè)片 外電阻構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的。電池溫度監(jiān)測(cè)是通過(guò)測(cè)量 TEMP 管腳的電壓實(shí)現(xiàn)的，當(dāng) TEMP 管腳的電壓大于 46% VIN 超 過(guò) 秒時(shí)，芯片正常工作；如果TEMP 管腳的電壓小于 46% VIN超過(guò) 秒，則 CN3063 認(rèn)為電池的溫度超出范圍，充電將被暫時(shí)停止，當(dāng) TEMP 管腳的電壓又重新大于 46% VIN超過(guò) 秒時(shí)，充電會(huì)繼續(xù)。這樣，用戶(hù)在設(shè)計(jì)充電電流時(shí)，可以不用考慮最壞情況，而只是根據(jù)典型情況進(jìn)行設(shè)計(jì)就可以了，因?yàn)樵谧顗那闆r下， CN3063 會(huì)自動(dòng)減小充電 電流。用戶(hù)不需要考慮最壞情況，只要根據(jù)輸入電壓源的最大電流輸出能力設(shè)置充電電流就可以了，所以非常適合利用太陽(yáng)能電池等電流輸出能力有限的電壓源對(duì)鋰電池進(jìn)行充電的應(yīng)用。在輸入電壓源限流模式，即使充電電流小于所設(shè)置的恒流充電電流的 1/10，充電也將繼續(xù)，不會(huì)結(jié)束。當(dāng)輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時(shí)，充電器進(jìn)入低功耗的睡眠模式，電池端消耗的電流小于 3uA，從而增加了待機(jī)時(shí)間。芯片內(nèi)部的高精度的電壓基準(zhǔn)源，誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)確保電池端調(diào)制電壓的誤差在 177。如果要開(kāi)始新的充電周期，只要將輸入電壓斷電，然后再上電就可以了。當(dāng)電池電壓 Kelvin 檢測(cè)輸入端 (FB)的電壓接近電池端調(diào)制電壓時(shí)，充電電 流逐漸減小，進(jìn)入恒壓充電模式。當(dāng)電池電壓 Kelvin 檢測(cè)輸入端(FB)的電壓超過(guò) 3V時(shí)，充電器采用恒流模式對(duì)電池充電，充電電流由 ISET管腳和 GND 之間的電阻 RISET。 （ 2） 工作原理 當(dāng)輸入電壓大于低電壓檢測(cè)閾值和電池端電壓時(shí)， CN3063 開(kāi)始對(duì)電池充電。其它功能包括輸入電壓過(guò)低鎖存，自動(dòng)再充電，電池溫度監(jiān)控以及充電狀態(tài)、充電結(jié)束狀態(tài)指示等功能 [11]。充電電流通過(guò)一個(gè)外部電阻設(shè)置。熱調(diào)制電路可以在器件的功耗比較大或者環(huán)境溫度比較高的時(shí)候?qū)⑿酒瑴囟瓤刂圃诎踩秶鷥?nèi)。內(nèi)部的 8 位模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動(dòng)調(diào)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 整充電電流，用戶(hù)不需要考慮最壞情況，可最大限度地利用輸入電壓源的電流輸出能力，非常適合利用太陽(yáng)能 電池等電流輸出能力有限的電壓源供電的鋰電池充電應(yīng)用。 CN3063 芯片介紹 CN3063 是可以用太陽(yáng)能電池供電的單節(jié)鋰電池充電管理芯片。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。它的工作過(guò)程是：在陽(yáng)光滿(mǎn)足條件的情況下，太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在蓄電池中， 這樣就可以隨時(shí)為手機(jī)充電。本章依據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)了一款基于集成芯片的太陽(yáng)能手機(jī)充電器。第 3章 基于芯片的太陽(yáng)能手機(jī)充電器設(shè)計(jì) 19 第 3章 基于芯片的太陽(yáng)能手機(jī)充電器硬件設(shè)計(jì) 作為人們出行隨身攜帶的電子產(chǎn)品，要求太陽(yáng)能手機(jī)充電器具有體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。還闡述了鋰離子電池類(lèi)型的蓄電池，并介 紹了三種常見(jiàn)的充電方式。 第 2章 太陽(yáng)能電池與蓄電池論述 17 Vouttaiv+Voltage Measurement = SwitchSeries RLC Branch 1Series RLC Branch ScopeRepeatingSequence 1RepeatingSequence =RelationalOperator 1 =RelationalOperator PID ( s )PID Controller 1PID ( s )PID ControllergmDSMosfetmakDiode 1i+Current Measurements+Controlled Voltage Source4 . 2Constant 10 . 2Constant+_mBattery 圖 216 蓄電池恒流恒壓充電仿真原理圖 05 0 1 0 01 5 02 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 000 . 511 . 522 . 533 . 544 . 55t / sU / V恒 流恒 壓 圖 217(a) 蓄電池充電仿真電壓變化曲線(xiàn) 05 0 1 0 0 1 5 0 2 0 02 5 03 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 000 . 2 50 . 50 . 7 51 . 01 . 2 5t / sI / A恒 流恒 壓 圖 217(b) 蓄電池充電仿真電流變化曲線(xiàn) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 本章小結(jié) 本章主要介紹了太陽(yáng)能電池的工作原理與其等效電路模型的建立，分析了太陽(yáng)能電池的輸出特性和光照強(qiáng)度、溫度對(duì)輸出特性的影響；介紹了用電導(dǎo)增量法實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能電池最大功率的跟蹤。 利用 MATLAB 中 simulink 軟件環(huán)境可以得到仿真電路 216 所示。 蓄電池充電仿真 蓄電池恒流恒壓充電方法的原理如圖 215 所示。恒流恒壓充電曲線(xiàn)圖如圖 214 所示 [8]。在充電初期用恒流充電的方法給蓄電池充電，當(dāng)電池兩端的電壓達(dá)到終止充電的電壓時(shí)，改用恒壓充電的方法，稱(chēng)為恒流恒壓充電。鑒于這種缺點(diǎn)，恒壓充電很少使用，只有在充電電壓底而充電電流大的時(shí)候使用。隨著蓄電池兩端電壓的升高，電流逐漸減小。 。這種充電方法控制簡(jiǎn)單，易于做到，適合對(duì)多個(gè)電池串聯(lián)的電池組進(jìn)行充電。