1引言

太陽能是為便攜式設(shè)備供電的有吸引力的能源。一段時(shí)間以來，它一直被廣泛地用于諸如計(jì)算器和航天飛機(jī)這樣的應(yīng)用。最近，人們正考慮把太陽能用于包括移動(dòng)電話充電器這樣的范圍更寬廣的消費(fèi)電子應(yīng)用。太陽能電池板所提供的功率高度依賴于工作環(huán)境。這包括諸如光密度、時(shí)間和位置之類的因素。因此，電池通常被用作能量存儲(chǔ)單元。當(dāng)來自太陽能板的電能有余的時(shí)候，就可以對電池充電；當(dāng)太陽能板提供的電能不足時(shí)，電池就可以為系統(tǒng)供電。

目前市場上的太陽能電池板繁多，根據(jù)太陽能電池板所用材料的不同可分為：

①硅太陽能電池；

②以無機(jī)鹽如砷化鎵III-V化合物，硫化鎘，銅銦硒等多元化合物為材料的太陽能電池；

③功能高分子材料（有機(jī)半導(dǎo)體）制備的大陽能電池；

④納米晶太陽能電池等。我們采用的是硅太陽能電池。

2充電器的硬件設(shè)計(jì)

充電器如圖1所示。主要包括電源變換電路、采樣電路、處理器、脈寬調(diào)制控制器和電池組等，形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。

其中，單片機(jī)是電路的控制部分，PWM電路是整個(gè)電路的核心部分。下面對系統(tǒng)的工作原理分幾個(gè)部分進(jìn)行簡述。

2.1處理器

處理器采用51系列單片機(jī)89C51。單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器、兩個(gè)外部中斷和一個(gè)串口中斷、三個(gè)八路的I/O口，采用12MHz的晶振。單片機(jī)的任務(wù)是通過采樣電路實(shí)時(shí)采集太陽能電池板的輸出電壓和電流以及電池的充電狀態(tài)，通過計(jì)算決定如何對電池板最大輸出功率進(jìn)行尋找以及確定充電電池的充電狀態(tài)。

2.2采樣部分

如果在系統(tǒng)中要對電流進(jìn)行檢測，必須先將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后才能實(shí)現(xiàn)A/D的轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換方法是在電路中加入精密電阻，由此將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測量簡單方便，但是這種方法當(dāng)電流很小時(shí)，影響測量準(zhǔn)確度，因而很難選擇一個(gè)合適的阻值；其次，所得到的電流檢測信號只有通過放大以后才能進(jìn)入電路中的比較器，從而增加了電路設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)的復(fù)雜度。因此，可以采用電流電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX472，克服了常規(guī)測量電流方法存在的測量范圍小、測量誤差大等缺點(diǎn)，可提高測量精度，并且可以用單片機(jī)進(jìn)行精確控制。

電壓和電流采樣采用串行模/數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0834，8位分辨率易于和微處理器接口或獨(dú)立使用滿比例尺工作或用5V基準(zhǔn)電壓用地址邏輯多路器選通的4或8輸入通道單5V供電，輸入范圍0-5V。

2.3PWM控制電路

控制器采用脈寬調(diào)制（PWM）方式控制供電電流的大小。

PWM發(fā)生器是由的單片機(jī)輸出的PWM波通過控制電路實(shí)現(xiàn)的，主控制器和它采用中斷的方式進(jìn)行通訊，控制其增大或減小脈寬。PWM信號通過光電隔離驅(qū)動(dòng)主回路上的MOSFET。

開關(guān)管、二極管、LC電路構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源。用PWM方式控制的開關(guān)電源可以減小功耗，同時(shí)便于進(jìn)行數(shù)字化控制，但母線的紋波系數(shù)相對較大。PWM控制電路如圖2所示。

3電池充電原理

鋰離子電池在充電或放電過程中若發(fā)生過充、過放或過流時(shí)，會(huì)造成電池的損壞或降低使用壽命，圖3為鋰電池的充電曲線，共分三個(gè)階段：預(yù)充狀態(tài)、恒流充電和恒壓充電階段。

以800mAh容量的電池為例，其終止充電電壓為4.2V。用1/10C（約80mA）的電池進(jìn)行恒流預(yù)充，當(dāng)電池端電壓達(dá)到低壓門限V（min）后，以800mA（充電率為1C）恒流充電，開始時(shí)電池電壓以較大的斜率升壓，當(dāng)電池電壓接近4.2V時(shí)，改成4.2V恒壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1/10C（約80mA）時(shí)，認(rèn)為接近充滿，可以終止充電。