一款SPCE061太陽能鋰電池充電器應(yīng)用研究

　　導(dǎo)讀：太陽能充電器是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能以后存儲(chǔ)在蓄電池里面，蓄電池可以為任何形式的蓄電裝置，一般由太陽能光電池，蓄電池，調(diào)壓元件三個(gè)部分組成。蓄電池主要為鉛酸電池、鋰電池、鎳氫電池，負(fù)載可以是手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品，負(fù)載是多樣性的。

　　引言

　　太陽能的綠色與可再生特性， 使其在低碳和能源緊缺的今日備受關(guān)注。鋰電池因比能量高、自放電低的特性， 逐漸取代鉛酸電池成為主流。由目前常用的太陽能電池的輸出特性可知， 太陽能電池在一定的光照度和溫度下， 既非恒流源， 亦非恒壓源， 其最大功率受負(fù)載影響。而鋰電池可看作一個(gè)小負(fù)載電壓源。如不加控制直接將二者連接， 則將太陽能電池的工作電壓箝位于鋰電池工作電壓， 無法高效利用能源。

　　本文采用SPCE061 單片機(jī)， 利用MPPT 技術(shù)使太陽能電池工作于最大功率點(diǎn)， 并且對(duì)鋰電池的充電過程進(jìn)行控制， 延長(zhǎng)鋰電池使用壽命， 保證充電安全。

　　1 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)原理（ Maximum Power Point Tracking 簡(jiǎn)稱MPPT）

　　太陽能電池有著非線性的光伏特性， 所以即使在同一光照強(qiáng)度下， 由于負(fù)載的不同也會(huì)輸出不同的功率。

　　其電壓、電流與功率在光照度1 kW/ m2 , T = 25 ℃條件下的輸出曲線如圖1 所示。其短路電流isc 與開路電壓uoc 由生產(chǎn)商給出， Pmpp為該條件下的最大功率點(diǎn)。

　　由于太陽能電池受到光強(qiáng)、光線入射角度、溫度等多種因素的影響， 最大功率相應(yīng)改變， 對(duì)應(yīng)最大功率點(diǎn)的輸出電壓、輸出電流和內(nèi)阻也在不停變化。因此， 需要使用基于PWM 的可調(diào)DC/ DC 變換器， 使負(fù)載相應(yīng)改變， 才能使太陽能電池工作在最大功率點(diǎn)上。

　　圖1 太陽能電池的典型輸出曲線

　　2 電路工作原理

　　圖2 示出太陽能充電器的原理框圖。其中微控制器采用凌陽公司生產(chǎn)的SPCE061A 單片機(jī)， 該單片機(jī)含有7 個(gè)10 位ADC（ 模-數(shù)轉(zhuǎn)換器） 并內(nèi)置了PWM 功能， 大大簡(jiǎn)化電路復(fù)雜程度， 提高穩(wěn)定性。電壓采樣電路與電流采樣電路通過ADC 將電壓值與電流值送入MCU, MCU 根據(jù)MPPT 算法計(jì)算PWM 控制BU CK電路完成對(duì)充電過程的控制。

　　圖2 整體充電器原理框圖

　　圖3 為BUCK 變換器電路。由MOSFET 管Q3、電感L1 與繼流二極管D1 構(gòu)成典型的BUCK 降壓DC/ DC 變換器， Q1 和Q2 組成MOSFET 管驅(qū)動(dòng)電路， Uout 輸出至鋰電池正極。

　　圖3 BUCK 變換器電路

　　圖4 為電流采樣電路。Rsense 用一小阻值精密電阻作為采樣電阻， 通過將電阻兩端電壓使用差分放大器輸送到SPCE061 的A/ D 端進(jìn)行采樣。為使采樣精確， 避免電源線與地線干擾， 使用線性光耦HCNR200 進(jìn)行隔離。

　　圖4 電流采樣電路