基于TPS5430和MAXl674的智能充電器

摘要：太陽能電池板的便攜式充電器是解決通信設備、田間測量儀器等移動式電子產(chǎn)品供電問題的最佳解決方案之一。采用TPS5430降壓電路和MAXl674升壓電路，由LM393、ICL7660等元件構成的切換電路為控制核心，設計具有自啟動功能的電能收集充電器。充電器能夠根據(jù)充電電壓的不同，自動切換到不同的DC-DC變換電路，實現(xiàn)高效、快速充電。測試表明，當充電電源內(nèi)阻Rs為100 Ω，充電電壓Ec在10～20 V范圍內(nèi)，充電電池電動勢Ec為3．6 V、內(nèi)阻Rc為0．1 Ω時，充電電流I>58 mA，自動啟動充電電壓為3．6 V，電池放電電流為3 mA；而當充電電源內(nèi)阻Rs為1 Ω，充電電壓Es在1．2～3．6 V范圍內(nèi)時，最大充電電流可達256 mA。
關鍵詞：TPS5430；MAXl674；LM393；ICL7660；充電器

太陽能的開發(fā)及利用在大力提倡發(fā)展低碳經(jīng)濟的時代背景下日益受到矚目。我國光伏產(chǎn)業(yè)以每年30％的速度增長，最近三年全球太陽能電池總產(chǎn)量平均年增長率高達49.8％以上。而通信設備、田間測量儀器等便攜式電子產(chǎn)品的普及使得以太陽能電池板為基礎的便攜式充電裝置倍受青睞，不受地域限制，能夠在傳統(tǒng)充電器無法工作的場合進行應急或可持續(xù)充電。目前，充電電池的充電技術主要有電壓負增量控制、時間控制、溫度控制、最高電壓控制技術等。假設充電電池的電壓保持恒定的條件下，利用LM393、ICL7660等元件構成的切換電路控制，由TPS5430降壓電路和MAXl674升壓電路組成智能充電器，由可調(diào)直流電源模擬當太陽能電池板的輸出電壓大范圍變化時，實現(xiàn)充電器的
自動啟動并盡可能地增大充電電流來實現(xiàn)充電效率的提高。

1 理論分析與計算
充電器的測試原理示意圖如圖l所示。假定太陽能電池板的輸出功率有限，電動勢Es在一定范圍內(nèi)緩慢變化，監(jiān)測和控制電路采用間歇工作方式，以降低能耗。可充電池的電動勢Ec恒定為3．6 V，內(nèi)阻Rc為0．1 Ω。

直流電源電動勢為Es，電源內(nèi)阻為Rs，可充電池電動勢為Ec，可充電池內(nèi)阻為Rc，充電電流為Ic，為防止電流倒灌，在可充電池兩端并聯(lián)電阻Rd。理想情況下，充電器的輸入阻抗與電源內(nèi)阻匹配，此時直流電源輸出功率為充電器輸出功率為Po=EcIc，則效率為。由此可得，當Rs=100 Ω，Es=10 V時，Ps=0．25 W，Ic>64 mA，η>92．16％；當Es=20 V時，Ps=1 W，Ic>160 mA，η>57．6％。為了盡可能提高高電壓時的充電效率，除選用TPS5430構成降壓電路外，應盡量降低切換電路的開關頻率。電路中主要功耗元件是功率場效應管(FET)，在低頻情況下，功率FET主要是傳導損耗，在高頻情況下，傳導損耗維持不變，同頻率有關的損耗會增大。較高或較低的開關頻率均會使效率降低，綜合考慮各因素并結合試驗，測得開關頻率為500 kHz時效率為94．35％。

2 硬件電路設計
充電器硬件電路組成框圖如圖2所示。充電器由切換電路自動判斷直流電源輸入電壓，選擇升壓或降壓電路，實現(xiàn)在工作電壓范圍內(nèi)自動切換，模擬對充電電池的充電效果。