基于單片機(jī)的太陽能手機(jī)充電器方案

1 引言

　　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(duì)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(chǎng)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：

　?、俟杼柲茈姵?

　　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;

　?、酃δ芨叻肿硬牧?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(duì)系統(tǒng)的工作原理分幾個(gè)部分進(jìn)行簡(jiǎn)述。

　　圖1 充電器電路模塊圖

　　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(duì)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(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，必須先將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量簡(jiǎn)單方便，但是這種方法當(dāng)電流很小時(shí)，影響測(cè)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(cè)信號(hào)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(cè)量電流方法存在的測(cè)量范圍小、測(cè)量誤差大等缺點(diǎn)，可提高測(cè)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。

　　2.3 PWM 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(hào)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(duì)較大。PWM控制電路如圖2 所示。

　　圖2 PWM控制電路

　　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。

　　圖3 手機(jī)電池充電曲線