【正文】 關(guān)系為： pvo UD1 1U ?? (216) 輸入電流 IL與輸出電流 Io 之間的關(guān)系為： D1II Lo ?? (217) 則等效電阻 Req為 : 2Looeq D ）（1RIVR ??? (218) 由式 (218)可 知，調(diào)節(jié) BOOST 電路的開關(guān)的占空比 D，就可以改變輸入阻抗的大小，當(dāng) BOOST 電路的等效輸入阻抗與太陽能電池的輸出阻抗相匹配時(shí)，太陽能電池的輸出功率達(dá)到最大 [6]。其主要研究在 不同光照強(qiáng)度與溫度下太陽能電池輸出最大功率的變化。 第 2章 太陽能電池與蓄電池論述 13 svtI ot y nIVP W Mm p p tv+V o l t a g e M e a s u r e m e n t 1S t e p 1S t e pS e r i e s R L C B r a n c h 3S e r i e s R L C B r a n c h 2S e r i e s R L C B r a n c h 1S e r i e s R L C B r a n c hS c o p eP r o d u c tgmDSM o s f e tM e m o r ymakD i o d ei+C u r r e n t M e a s u r e m e n ts+C o n t r o l l e d C u r r e n t S o u r c e2 5C o n s t a n t 11 0 0 0C o n s t a n t 圖 210 實(shí)現(xiàn) MPPT 的 simulink 仿真模塊 設(shè)太陽能電池工作的光照強(qiáng)度與溫度的初始值分別是 1000W/㎡ 和 25℃ 。得到太陽能電池輸出的電流、電壓、功率的波形圖如圖 21圖 21圖 213 所示。從而驗(yàn)證了電導(dǎo)增量法實(shí)現(xiàn) MPPT 的正確性?，F(xiàn)在，普遍應(yīng)用的儲(chǔ)能電池主要有 :鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。因此，本設(shè)計(jì)選用鋰離子電池作為儲(chǔ)能蓄電池。蓄電池作為系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置，必須對(duì)充電電流與充電電壓進(jìn)行合理的控制，才能保證電池的安全使用，提高電池的使用壽命 [7]。在充電過程中充電電流始終保持不變，稱為恒定電流充電法。但是由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程而逐漸下降的，到充電后期時(shí)，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過多，因此，恒流充電法不能很好地為 電池進(jìn)行充電。在充電過程中充電電壓始終保持不變，稱為恒定電壓充電法。這種充電方法電解水很少，能夠避免蓄電池過充，但在充電初期電流過大，然后快速下降，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響。 。在恒流充電階段電池可以快速充電，在恒壓充電階段能夠確保電池 充到滿容量，這種充電方法所需充電時(shí)間短，充電效果好，能延長蓄電池使用壽命，并節(jié)省電能，充電又徹底，所以是當(dāng)前第 2章 太陽能電池與蓄電池論述 15 普遍使用的一種充電方法。 電 流 / C電 壓 / V1 C0 . 1C電 壓電 流恒 流 恒 壓 圖 214 恒流恒壓充電曲線圖 因此，本設(shè)計(jì)選用恒流恒壓充電的方法為蓄電池進(jìn)行充電。 PID 控制PID 控制BOOST 電路蓄電池IUIgUgPWM太陽能電池 圖 215 蓄電池恒流恒壓充電原理框圖 圖中 Ig—— 蓄電池恒流充電過程的電流參考值， (A)； Ug—— 蓄電池恒壓充電過程的電壓參考值 ,(V)。仿真結(jié)果如圖 217所示 [9]。還使用 MATLAB 軟件建立了太陽能電池的模型，對(duì)太陽能電池最大功率的跟蹤進(jìn)行了仿真。對(duì)恒流恒壓充電方式進(jìn)行了 simulink 建模與仿真。而作為消費(fèi)產(chǎn)品，還要求它滿足成本低、可靠性高的特點(diǎn)。 (1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑒于手機(jī)充電器便攜性的要求，本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一種簡單的太陽能手機(jī)充電器。在蓄電池的充電管理部分和蓄電池的放電部分都采用專用的芯片來實(shí)現(xiàn)，簡化了電路，降低了成本。 太陽能 電池 充電芯片 CN 3063 蓄電池 升壓芯片 MCC 6288 手機(jī) 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 (2)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 太陽能電池板的選擇為：開路電壓 ,短路電流 175mA,最大電壓 ,最大電流 150mA，峰值功率 外型尺寸是 10469mm； 蓄電池的參數(shù)選擇為：選擇鋰離子電池作為儲(chǔ) 能蓄電池，標(biāo)稱電壓 ，充電終止電壓 ，放電終止電壓 ，額定容量 1000mAh； 蓄電池的充電控制芯片選為 CN3063，蓄電池放電電路的升壓芯片選為 MCC6288[10]。該器件內(nèi)部包括功率晶體管，應(yīng)用時(shí)不需要外部的電流檢測(cè)電阻和阻流二極管。 CN3063 只需要極少的外圍元器件，并且符合 USB 總線技術(shù)規(guī)范，非常適合于便攜式應(yīng)用的領(lǐng)域。內(nèi)部固定的恒壓充電電壓為 ，也可以通過一個(gè)外部的電阻調(diào)節(jié)。當(dāng)輸入電壓掉電時(shí)， CN3063 自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡眠模式，此時(shí)電池的電流消耗小于3μA。 (1)特點(diǎn) 內(nèi)部集成有 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)整充電電流；可利用太陽能電池等輸出電流能力有限的電壓源供電的鋰電池充電應(yīng)用；輸入電壓范圍： 到 6V片內(nèi)功率晶體管；不需要外部阻流二極管和電流檢測(cè)電阻；恒壓充電電壓 ，也可通過一個(gè)外部電阻調(diào)節(jié)；為了激活深度放電的電池和減小功耗，在電池電壓較低時(shí)采用涓流充電模式；可設(shè)置的持續(xù)恒流充電電流可達(dá) 500mA；采用恒流恒壓恒溫模式充電，既可以使充電電流最大化，又可以防止芯片過熱；電源電壓掉電時(shí)自動(dòng)進(jìn)入低功耗的 睡眠模式；充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)雙指示輸出； C/10 充電結(jié)束檢測(cè)；自動(dòng)再充電；電池溫度監(jiān)測(cè)功能。如果電池電壓 Kelvin 檢測(cè)輸入端 (FB)的電壓低于 3V，充電器用恒流充電模式充電電流的10%對(duì)電池進(jìn)行充電。確定 。當(dāng)輸入電壓大于 ，并且充電電流減小到充電結(jié)束閾值 (恒流充電電流的 10%)時(shí)，充電周期結(jié)束。當(dāng)電池電壓 Kelvin 檢測(cè)輸入端 (FB)的電壓降到再充電閾值以下時(shí)，自動(dòng)開始新的充電周期。 1%以內(nèi)，滿足了電池的要求。具 有輸入電壓源限流模式，當(dāng) CN3063 輸入電壓源的電流輸出能力 (帶負(fù)載能力 )小于第 2 管腳的電阻 RISET所設(shè)置的充電電流時(shí)，器件內(nèi)部的 8位模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換電路根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動(dòng)控制充電電流，此時(shí)實(shí)際充電電流可能小于第 2 管腳的電阻 RISET所設(shè)置的充電電流，但是在保證 CN3063 第 4 管腳 VIN的電壓不低于最小工作電壓 ，能夠使得充電電流最大化，這就是輸入電壓源限流模式。這樣可以保證即使在輸入 電壓源的電流輸出能力很微弱的情況下，也能為電池充電。 CN3063 芯片內(nèi)部的功率管理電路在芯片的結(jié)溫超過 115℃ 時(shí)自動(dòng)降低充電電流，這個(gè)功能可以使用戶最大限度的利用芯片的功率處理能力，不用擔(dān)心芯片過熱而損壞芯片或者外部元器件。為了防止電池溫度過高或者過低對(duì)電池造成的損害，CN3063 內(nèi)部集成有電池溫度監(jiān)測(cè)電路。如果將 TEMP 管腳接到地，電池溫度監(jiān)測(cè)功能將被禁止。 (3)參數(shù)設(shè)定 在恒流模式，計(jì)算充電電流的公式為： ISETCH R1800VI ? (31) 其中 ICH —— 充電電流， A； RISET —— ISET 管腳到地的電阻 ，Ω 。 CN3063 的應(yīng)用電路如圖 32 所示。僅需要四個(gè)元器 ,就可完成將低輸入的電池電壓變換升壓到所需的工作電壓。內(nèi)置 EN 使能端，可控制變換器的工作狀態(tài)，可使它處于關(guān)斷省電狀態(tài)，功耗降至最小。芯片內(nèi)部包括輸出 電壓反饋和修正網(wǎng)絡(luò)、啟動(dòng)電路、震蕩電路、參考電壓電路、 PFM 控制電路、過流保護(hù)電路以及功率管。 PFM 控制電路是 MCC6288 的核心，該模塊根據(jù)其他模塊傳遞的輸入電壓信號(hào)、負(fù)載信號(hào)和電流信號(hào)來控制功率管的開關(guān)，從而達(dá)到控制電路恒壓輸出的作用。震蕩電路提供基準(zhǔn)震蕩頻率和固定的脈寬。并且由于采用內(nèi)部的修正 技術(shù)，保證了輸出電壓精度達(dá)到 177。高增益的誤差放大器保證了在不同輸入電壓和不同負(fù)載電流情況下穩(wěn)定的輸出電壓。 BOOST 結(jié)構(gòu) DCDC 轉(zhuǎn)換器的功率損耗主要是由于電感的寄生串聯(lián)電阻、肖特基二極管的正向?qū)▔航?、功率管的?dǎo)通電阻以及控制功率管信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力這四個(gè)方面，當(dāng)然芯片本身消耗的靜態(tài)功耗在低負(fù)載的情況下也會(huì)影響轉(zhuǎn)換效率。功率管有驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，保證功率管開關(guān)時(shí)的上升沿和下降沿很陡，大大減小了開關(guān)狀態(tài)時(shí)的功率損耗。 ： γRfDC? (34) 可計(jì)算的輸出電容為： 14μF，本設(shè)計(jì)中取值為： 15μF。 第 3章 基于芯片的太陽能手機(jī)充電器設(shè)計(jì) 21 10uF 以上的濾波電容，用于減小輸出的噪聲。 E X T L XG N D V o u t E NV I N V O U T 圖 33 MCC6288 應(yīng)用電路 本章小結(jié) 本章主要介紹了基于集成芯片的太陽能手機(jī)充電器的硬件電路設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了蓄電池充電控制芯片 CN3606 與放電升壓芯片 MCC6288 的功能及應(yīng)用電路設(shè)計(jì) 。但是，它也存在一些缺陷：無法使太陽能電池工作在最大功率處，不能夠?qū)崿F(xiàn)真正的智能控制，沒有顯示設(shè)備，而且集成電路對(duì)電路的散熱要求更高，修理成本高。它可以檢測(cè)到電池充電飽和時(shí)的電壓信號(hào)變化，然后精準(zhǔn)地結(jié)束充電。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)要完成的主要任務(wù)是：太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并把電能儲(chǔ)存在蓄電池中，為手機(jī)提供穩(wěn)定的充電電源。 系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì) 。 。 。 輸出電壓額定值為 ，變化的范圍是 。輸入電壓額定值是 ，輸出電壓是 5V，輸出電流 1A，工 作頻率 50KHz。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖 41所示。當(dāng)選擇為手機(jī)直接充電時(shí)， BOOST電路將太陽能電池的輸出電壓升壓到穩(wěn)定的 5V，直接對(duì)手機(jī)充電。 控制電路的核心器件是單片機(jī)，具體的電路包括 :單片機(jī)外圍電路、采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路、輔助電源電路。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 具體硬件電路的設(shè)計(jì) 基于 MPPT 的蓄電池充電控制電路設(shè)計(jì) 太 陽 能電 池 板 R S +R S +R S R S O U TSHDNGND單 片 機(jī)A D C 0 8 0 9 驅(qū) 動(dòng) 電 路 圖 42 最大跟蹤電路圖 太陽能電池的最大功率跟蹤電路如圖 42 所示，包括了屏蔽二極管、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路以及 BOOST 電路。屏蔽二極管的選型為：采用肖特基二極管 RHD31R40， 其峰值反向電壓 VRRM =40V，正向平均整流電流 IF=3A,正向?qū)▔航?VF=。 直流升壓電感的設(shè)計(jì)目標(biāo)是紋波電流不超過某 個(gè)要求值，本設(shè)計(jì)中按照經(jīng)驗(yàn)以直流側(cè)額定電流的 20%作為紋波電流的上限。 將參數(shù) Vout=8V， Ipmax=， f=50KHz 代入式 (44)可以計(jì)算出電感 L=，本設(shè)計(jì)取電感值為 47μH。 輸出濾波電容的選擇要滿足輸出電壓紋波的要求，本設(shè)計(jì)要求輸出電壓紋波不超過輸出電壓的 1%。由以下 公式： Loco ΔIΔVR ? (47) coo R65C? (48) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 可計(jì)算出 Co=39μF，因此，本設(shè)計(jì)的輸出濾波電容取為 39μF。 本設(shè)計(jì)二極管的選型為快恢復(fù)二極管 IN5822,其反向峰值電壓 VRRM =40V，正向平均整流電流 IF=3A。將蓄電池輸出的 升高到穩(wěn)定的 5V，然后為手機(jī)充電。放電電路 如圖 46 所示。將參數(shù) Vin=， V