基于單片機(jī)的便攜式太陽能充電器設(shè)計(jì)

楊幟

（東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電氣工程系，黑龍江哈爾濱，150040）

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)包括過充電保護(hù)單元、穩(wěn)壓濾波單元以及調(diào)壓單元三個(gè)主要模塊，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要要實(shí)現(xiàn)下列功能：（1）能夠直接通過光電轉(zhuǎn)換將電能送給負(fù)載實(shí)現(xiàn)充電；（2）能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行電能的供給；（3）能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載的市電充電；（4）能夠完成負(fù)載充電與蓄電池充電之間的自動(dòng)切換。

2 充電器的硬件電路設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的太陽能充電器的控制核心部分使用的是STC89C51單片機(jī)，其他部分則由數(shù)碼管顯示模塊、按鍵指示模塊、信號采集轉(zhuǎn)換模塊以及直流斬波電路模塊四個(gè)主要模塊組所成的。首先系統(tǒng)利用光電轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行太陽能的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過轉(zhuǎn)變之后就成為了我們需要的電能，之后這些電能會(huì)通過M7805的轉(zhuǎn)換成為了電流，之后這些電流就會(huì)通過DC/DC轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后通過輸出端開始為負(fù)載充電，整個(gè)充電的過程就是這樣的，系統(tǒng)是利用單片機(jī)進(jìn)行控制的。

2.1 升壓充電電路的設(shè)計(jì)

一般情況下，由于廠家們的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，市面上所銷售的大多數(shù)電子產(chǎn)品的輸入電壓大小均是5.5伏特上下。為了滿足這個(gè)要求，需要通過直流斬波升壓環(huán)節(jié)把電壓輸出升到系統(tǒng)的要求也就是5.5伏特，在本文中選擇使用升壓芯片進(jìn)行升壓，升壓芯片選取的是型號為MC34063的升壓芯片。下圖所示的電路圖就是升壓充電的電路圖。

2.2 系統(tǒng)市電充電電路的設(shè)計(jì)

在使用220伏特的交流電為電路里面的鋰電池進(jìn)行充電的時(shí)候，電路里面一定要擁有充電模塊以及整流模塊的使用。在市電充電電路里面包括電壓比較單元、顯示單元、開關(guān)控制單元以及基準(zhǔn)電壓單元總共四個(gè)部分模塊，這里面的比較電路模塊的作用是對蓄電池的當(dāng)前充電狀態(tài)進(jìn)行一個(gè)判斷。顯示電路模塊的作用是對當(dāng)前電路的充電狀態(tài)進(jìn)行指示的。電路里面的充電控制電路的作用是對電路充電電流進(jìn)行有效的控制。

2.3 系統(tǒng)電路的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

充電器設(shè)置有一個(gè)恒流模式，如果充電器的模式為恒流模式的時(shí)候，系統(tǒng)為了能夠讓整個(gè)電路可以正常的運(yùn)行下去，電池的正極和負(fù)極之間必須要連接一個(gè)電容使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到有效的提升，這個(gè)電容的大小是4.7μF。

圖1 升壓充電電路

3 系統(tǒng)電壓和電流的調(diào)節(jié)控制設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)輸入電壓的調(diào)節(jié)

為了能夠?qū)﹄妷哼M(jìn)行一定的調(diào)節(jié)，設(shè)置了兩個(gè)分壓器RN1以及RN2，其中RN2的大小設(shè)置在了100kΩ，如果內(nèi)置電壓的大小設(shè)置為2.72伏特的時(shí)候，那么能夠通過下面的計(jì)算公式得出兩個(gè)電阻分壓器RIN1以及RIN2的大小是2.96千歐。

進(jìn)而對太陽能VREG(MAX)與VREG(MIN)峰值功率的追蹤電壓值進(jìn)行計(jì)算，得出其大小范圍是：

3.2 恒壓充電電壓的調(diào)節(jié)

電路里面的FB引腳是對電池進(jìn)行電壓檢測的輸入端口，F(xiàn)B引腳可以利用電池陽極電壓的檢測進(jìn)而對電池恒壓充電電壓進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，另外，在電路FB以及BAT之間連接一個(gè)RX，這樣能夠方便對恒壓充電電壓進(jìn)行有效的調(diào)整。

圖2 恒壓充電調(diào)節(jié)電路

3.3 恒流充電電流的調(diào)節(jié)

IR管腳所連接的外部電阻對CN3068進(jìn)行編程進(jìn)而完成電池的恒壓以及恒流充電，系統(tǒng)電路在進(jìn)行預(yù)充電的時(shí)候，由于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，電壓值的大小都會(huì)固定在0.2伏特，在進(jìn)行恒流充電的時(shí)候，電壓的大小就被固定在2伏特。在恒流情況之下，電路的充電電流計(jì)算公式如下式所示。

4 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的軟件流程是這樣的：首先是充電電路的初始化，接下來就是選擇相應(yīng)的輸出功能，之后選擇確定輸出電流以及輸出電壓，最后為負(fù)載進(jìn)行充電，一直到負(fù)載的電充滿為止，整個(gè)充電過程就結(jié)束了。

5 系統(tǒng)測試

測試的過程是這樣的：當(dāng)太陽能充電器放在存在陽光照射的時(shí)候，太陽能板的充電指示燈會(huì)亮，對調(diào)壓按鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，之后通過通過萬用表對電路的輸出端進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)電壓的數(shù)值在0到10伏特間進(jìn)行變化，并且可以進(jìn)行正常的充電工作；當(dāng)不存在陽光照射的時(shí)候，充電指示燈的狀態(tài)是滅的，這個(gè)時(shí)候蓄電池的充電指示燈是亮的，同時(shí)還可以進(jìn)行充電；把應(yīng)急燈按鈕按下去，這個(gè)時(shí)候LED等就亮了，這個(gè)結(jié)果表示本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是可以進(jìn)行正常運(yùn)行的，結(jié)果和預(yù)期相符合。

6 總結(jié)

本文針對當(dāng)前電子產(chǎn)品續(xù)航能力不足的問題設(shè)計(jì)了一種具有智能性的太陽能充電器，其能夠有效的把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)能夠根據(jù)負(fù)載的要求對電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到一種智能充電的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]周園，譚功全.數(shù)字可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2013，21（11）:120-122．