【正文】 pvo UD1 1U ?? (216) 輸入電流 IL與輸出電流 Io之間的關系為： D1II Lo ?? (217) 則等效電阻 Req 為 : 2Looeq D ）（1RIVR ??? (218) 由式 (218)可知，調(diào)節(jié) BOOST 電路的開關的占空比 D，就可以改變輸入阻抗的大小，當 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，太陽能電池的輸出功率達到最大 [6]。其主要研究在不同光照強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 實現(xiàn) MPPT 的 simulink 仿真模塊 設太陽能電池工作的光照強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。從而驗證了電導增量法實現(xiàn) MPPT 的正確性?，F(xiàn)在，普遍應用的儲能電池主要有 :鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。因此，本設計選用鋰離子電池作為儲能蓄電池。蓄電池作為系統(tǒng)的儲能裝置，必須對充電電流與充電電壓進行合理的控制，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，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，本設計選用恒流恒壓充電的方法為蓄電池進行充電。 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，對太陽能電池最大功率的跟蹤進行了仿真。對恒流恒壓充電方式進行了 simulink 建模與仿真。而作為消費產(chǎn)品，還要求它滿足成本低、可靠性高的特點。 (1)系統(tǒng)結(jié)構設計 鑒于手機充電器便攜性的要求，本設計設計了一種簡單的太陽能手機充電器。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 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構框圖 (2)系統(tǒng)參數(shù)設計 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能蓄電池，標稱電壓 ，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，應用時不需要外部的電流檢測電阻和阻流二極管。 CN3063 只需要極少的外圍元器件 ，并且符合 USB 總線技術規(guī)范，非常適合于便攜式應用的領域。內(nèi)部固定的恒壓充電電壓為 ，也可以通過一個外部的電阻調(diào)節(jié)。當輸入電壓掉電時， CN3063 自動進入低功耗的睡眠模式，此時電池的電流消耗小于3μA。 (1)特點 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電阻；恒壓充電電壓 ，也可通過一個外部電阻調(diào)節(jié)；為了激活深度放電的電池和減小功耗，在電池電壓較低時采用涓流充電模式；可設置的持續(xù)恒流充電電流可達 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；電源電壓掉電時自動進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；自動再充電；電池溫度 監(jiān)測功能。如果電池電壓 Kelvin 檢測輸入端 (FB)的電壓低于 3V，充電器用恒流充電模式充電電流的10%對電池進行充電。確定 。當輸入電壓大于 ，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，充電周期結(jié)束。當電池電壓 Kelvin 檢測輸入端 (FB)的電壓降到再充電閾值以下時，自動開始新的充電周期。 1%以內(nèi)，滿足了電池的要求。具有輸入電壓源限流模式，當 CN3063 輸入電壓源的電流輸出能力 (帶負載能力 )小于第 2 管腳 的電阻 RISET所設置的充電電流時，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控制充電電流，此時實際充電電流可能小于第 2 管腳的電阻 RISET所設置的充電電流，但是在保證 CN3063 第 4 管腳 VIN 的電壓不低于最小工作電壓 的前提下，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℃ 時自動降低充電電流，這個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電池造成的損害，CN3063 內(nèi)部集成有電池溫度監(jiān)測 電路。如果將 TEMP 管腳接到地，電池溫度監(jiān)測功能將被禁止。 (3)參數(shù)設定 在恒流模式，計算充電電流的 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 的應用電路如圖 32 所示。僅需要四個元器 ,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、啟動電路、震蕩電路、參考電壓電路、 PFM 控制電路、過流保護電路以及功率管。 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、負載信號和電流信號來控制功率管的開關，從而達到控制電路恒壓輸出的作用。震蕩電路提供基準震蕩頻率和固定的脈寬。并且由于采用內(nèi)部的修正技術，保證了輸出電壓精度達到 177。高增益的誤 差放大器保證了在不同輸入電壓和不同負載電流情況下穩(wěn)定的輸出電壓。 BOOST 結(jié)構 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?、功率管的導通電阻以及控制功率管信號的?qū)動能力這四個方面，當然芯片本身消耗的靜態(tài)功耗在低負載的情況下也會影響轉(zhuǎn)換效率。功率管有驅(qū)動能力很強的驅(qū)動電路驅(qū)動，保證功率 管開關時的上升沿和下降沿很陡，大大減小了開關狀態(tài)時的功率損耗。 ： γRfDC? (34) 可計算的輸出電容為： 14μF，本設計中取值為： 15μF。 第 3章 基于芯片的太陽 能手機充電器設計 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充電器的硬件電路設計，重點介紹了蓄電池充電控制芯片 CN3606 與放電升壓芯片 MCC6288 的功能及應用電路設計 。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，沒有顯示設備，而且集成電路對電路的散熱要求更 高，修理成本高。它可以檢測到電池充電飽和時的電壓信號變化，然后精準地結(jié)束充電。 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)總體設計要求 本設計要完成的主要任務是：太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并把電能儲存在蓄電池中，為手機提供穩(wěn)定的充電電源。 系統(tǒng)的參數(shù)設計 。 。 。 輸出電壓額定值為 ，變化的范圍是 到 。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)構圖如圖 41所示。當選擇為手機直接充電時， BOOST電路將太陽能電池的輸出電壓升壓到穩(wěn)定的 5V，直接對手機充電。 控制電路的核心器件是單片機，具體的電路包括 :單片機外圍電路、采樣電路、驅(qū)動電路、輔助電源電路。 燕山大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 24 具體硬件電路的設計 基于 MPPT的蓄電池充電控制電路設計 太 陽 能電 池 板 R S +R S +R S R S O U TSHDNGND單 片 機A D C 0 8 0 9 驅(qū) 動 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、電壓檢測電路、電流檢測電路以及 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=。 直流升壓電感的設計目標是紋波電流不超過某個要求值，本設計中按照經(jīng)驗以直流側(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)可以計算出電感 L=，本設計取電感值為 47μH。 輸出濾波電容的選擇要滿足輸出電壓紋波的要求，本設計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) 燕山大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 26 可計算出 Co=39μF，因此，本設計的輸出濾波電容取為 39μF。 本設計二極管的選型為快恢復二極管 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，然后為手機充電。放電電路如圖 46 所示。將參數(shù) Vin=， Vout=5V，Ipmax=， f=50