無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點太陽能供電系統(tǒng)設計
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2．4 放電保護電路和系統(tǒng)供電電路設計
傳統(tǒng)的放電保護電路是使用一路ADC來不斷檢測電池電壓，當電池電壓降低到一定程度時切斷放電電路。這在理論上是很容易實現(xiàn)的，但是在ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點中，系統(tǒng)軟件設計時需要定時查詢該路ADC的數(shù)值，這在一定程度上也增加了系統(tǒng)的功耗。在此提出了一種使用電池端電壓檢測芯片CN301組成的鋰電池電壓檢測電路，無需系統(tǒng)軟件支持，完全使用硬件電路來檢測電池端電壓，當達到過度放電閾值時，自動切斷系統(tǒng)放電電路。
放電保護電路如圖4所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/160604.htm
該電路工作原理分析：當電池端電壓下降到過度放電低電壓檢測閾值時，LBO引腳輸出低電平，NMOS管截止，PMOS管柵極為高電平，PMOS管截止，放電回路被切斷，起到了保護鋰電池過度放電的作用；當太陽能板自動對鋰電池充電，充電電壓達到高電壓檢測闖值時，LBO輸出高電平，NMOS管導通，PMOS管柵極為低電平，PMOS管導通，放電回路重新被打開，如果ZigBee節(jié)點軟件設計時配置為上電后自動加入網(wǎng)絡并進行數(shù)據(jù)采集，那么該節(jié)點將會自動加入到原來的網(wǎng)絡中。
鋰電池過度放電低電壓檢測閾值計算公式如下：
其中，Vrth為該芯片設定的閾值，大小為1．135 V；ILBI為引腳偏置電流范圍為-100～100 nA，一般取0即可。因為該芯片工作電流在1．8μA，所以對于電阻R1和R2的選型需要注意，應當選擇阻值大一些的電阻。筆者選用R1為2MΩ，R2為1MΩ，這樣流過電阻的電流在μA級，功耗很低。
由于鋰電池電壓范同為3．6～4．2 V，ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的工作電壓為3．3 V，所以需要根據(jù)輸入／輸出的電壓差來選擇適當?shù)腖DO芯片，同時還需要考慮LDO的靜態(tài)電流和效率。筆者采用RT9183-33PG芯片實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，該芯片在輸出3．3 V時，所需要的壓差為110 mV，靜態(tài)電流為：380μA。
3 PCB布局注意事項
在具體的PCB布局時需要注意以下問題：
①CN3063的ISET引腳外接電阻R1(充電電流編程)，應盡可能靠地近CN3063。
②CN3063的VIN、BAT引腳的外接電容要盡可能地靠近CN3063。
③為了使系統(tǒng)能夠達到設定的最大充電電流，需要將CN3063背面裸露的金屬板焊接到PCB板的地端，以達到最大的散熱效果；否則，在充電過程中，CN3063芯片的熱阻將增大，這將導致充電電流減小。一般采取的措施是PCB頂面放置焊盤，接到CN3063的裸露的銅面上，為了便于焊接，可以放置4個小焊盤，4個小焊盤的面積要略小于CN3063底部裸露銅片的面積，這樣既有利于焊接，又有利于芯片的散熱。
結(jié)語
電源的設計優(yōu)劣關(guān)乎系統(tǒng)設計的成敗，本文以ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點太陽能供電系統(tǒng)為例進行了講解，通過充電控制電路和放電保護電路來實現(xiàn)對鋰電池充放電的保護功能，延長鋰電池的使用壽命，非常適合于野外布置的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點使用，本文的分析方法也適用于其他需要太陽能供電的系統(tǒng)。
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