关于智能型太阳能充电电路的系统设计

随着无线技术的发展，无线网络技术越来越多投入到实际应用中， 无线传感器网络一般分布范围较广，架设供电线路，投资大，维护成本高。 如采取干电池方式供电，则每个节点的电源供电能力有限，对每个节点更换电池不仅费时、费力，增加成本，而且影响工作效率。 能否稳定持续的供电，成为制约油田无线示功仪及其无线网络发展的一个重要因素，太阳能技术的发展使供电方式产生了飞跃式的发展，已经成为油田无线示功仪及其中继网络节点供电方式的发展方向。本文拟对油田监测示功仪及中继网络节点设计一种智能化、免维护型的太阳能充电电路，为无线网络节点供电简单的太阳能充电电路。 该设计电路具有以下特点： ①基于开关电源技术设计的充电网络具有自动调节占空比的功能， 具有很宽的输入电压范围。 ②采用线性电源管理芯片，用先预充2恒流2恒压的充电方式完成整个充电过程。 ③采用低噪声、高速度的CMOS 型电压调节器，具有高精度的恒压、恒流输出。 ④充电过压保护、锂电池过放电保护功能，使锂电池充、放电安全可靠。 ⑤自动跟踪太阳的功能，太阳能采集板始终保持对准太阳，充分利用太阳能。

1 系统设计

该插件能告诉你电池的温度、已完全充电次数、当前电池最大容量（可用于监测记忆现象）、电压、电池序列号。技术参数电源电压：外部供电，8～30v dc （典型值24v）内部电池供电，2节d 型3.6v 功率型锂亚电池(不可充电)，典型值7.2v dc电流消耗：24v 供电，lora 模块，发送时 &le。电路设计工作是设置进入快速充电的电压阈值，进入恒压充电的电压阈值，充电超时时间，恒流充电的电流值，恒压充电的电压值，充电结束的电流阈值，中断处理，提供sys接口给上层都充电的状态，包括电池的类型，电池最高电压，电池最低电压，电池当前电压，电池电量的百分比，电池的状态，充电电流和电池温度等等。

图1 系统设计

2 硬件电路设计

2.1 太阳能组件及充电电路设计

2.1 稳压器电磁原理分析2.1.1 电压串联补偿原理电压串联补偿技术原理如图2.1所示。与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串联一个限流电阻r1，然后并联连接在被测电压u1上，得到与被测电压u1成比例的电流i1，如图1－4所示。系统整体硬件电路包括温度采集电路、主控制器电路、电平转换电路和显示电路这四部分，电路如图2 所示。

图2 智能型太阳能充电电路设计主电路

太阳能组件产生的电能，一路经过开关变压器T1 的122绕组加至开关管Q1 的集电极（ c） ，另一路经过R1 为Q1 提供基极电压。 当基极（ b）的电压为高电平时， Q1 开始导通，变压器T1 的122绕组中产生1正2 负的电动势，经T1 耦合，在T1 的324绕组中产生3正4负的感应电动势，此电动势经R5 ， C2 叠加到Q1的基极（ b） ，使Q1 迅速饱和导通。 由于变压器T1 的122间的电流不能突变，在此过程中会产生1负2正的电动势。 变压器T1 的324绕组中感应出3负4正的电动势，通过R5 ， C2 ，使Q1 迅速进入截止状态。 经R1 对C2 的不断充电， Q1 又开始导通，进入下一轮的开关振荡状态。 在导通期间， T1 变压器的副边绕组526，经整流二极管D4 向外输送能量。

求出.其中 为输入端的电阻, 为输出端与共地端之间的电阻 , 为稳压管的稳压值..所以根据此公式可求的电路的输出电压为3v-12v.可以输出3v-12v的电压,运放选用工作电压在15v左右前对电压稳定性要求不是很高的运放,由于ad704jn的工作电压为正负12v-正负22v,范围较大,可以用其作为运放,因为整流后的电压波动不是很大,所以运放的工作电源可以利用整流后的电压来对其进行供电.为了使输出电压更稳定,输出纹波更小,需奥对输出端进行再次滤波,可在输出端接一个5uf电容,这样电源不容易受到负载的干扰.使得电源的性质更好,电压更稳定,。滤波要好，才不干扰功放）4.变压器选 220v转双12v，30w的（经验分享：变压器次级绕组阻抗尽量相同，这样输出两个12v稳定，电压差小）5.测试稳压电源测得从变压器次级绕组输出13.2v的电压，从稳压电源模块输出+12.05v和-11.93v，有点不平衡，但算很稳定了。该电磁炉mcu智能控制电路的供电电路为低压整流滤波电路中的dc 5 v稳压电路，如图2-15所示，该电路由降压变压器变压器将ac 220v电压将为10-20v的交流低压，由降压变压器的次级绕组输出ac 12v电压，由整流二极管变成直流电压，再经5v三端稳压器进行稳压，输出稳定的dc 5 v电压。

2.2 过电压保护控制

随着充电时间增加，ic1的2脚电压逐渐增加，当电压大于参考电压6.9v时，ic1的6脚输出低电平，t1截止，j1(聚电器)失电，断开充电回路，实现自动充电保护功能。随着充电时间增加，ic1的2脚电压逐渐增加，当电压大于参考电压6.9v时， ic1的6脚输出低电平，t1截止，j1失电，断开充电回路，实现自动充电保护功能。随着充电时间增加，ic1的2脚电压逐渐增加，当电压大于参考电压6.9v时，ic1的6脚输出低电平，t1截止，j1失电，断开充电回路，实现自动充电保护功能。

图3 过电压与过放电保护控制电路

2.3 过放电保护控制

另一方面，该低电平经电容c19耦合后，使得电压比较器u3c的⑩脚电压瞬问低于11脚的脉宽调制电压信号pwm(实际是经过电阻r15、r16、r17、r18及电容c17、c18积分滤波后的直流电压)，13脚(输出端)翻转为高电平，三极管q1导通，+18v电压经电阻r34、r35加至igbt的基极，igbt因获得驱动电压而进入饱和导通状态。当输出电压高过一定值时，偏高的电压会齐纳击穿zd2、zd1、zd3、zd5等稳压二极管，这时q8因基极为高电平而饱和导通，q10也饱和导通，q10的集电极为低电平，ic1的②脚电压被拉低，ic1内部光敏三极饱和管通，ic100的21脚电压快速降到保护门限电压，内部振荡器停振，整个电源电路停止工作，从而实现过压保护。当电池e放电，使v1值低于ic-1反相端②脚电压时（v1低于1v），ic-1的输出端①脚为低电平，bg管截止。

2.4 自动跟踪控制器

图1中的ttx是红外发射管，drx是红外接收管，电机转轴端套的齿盘放在两管之间随着电机一起转动，转到齿缝时光透过拉低lm311的3脚电位，齿挡住光时时lm311的3脚为高电位，从而使7脚的电位随3脚而变。4只光敏电阻这样交叉安排的优点是：（l）lm358的③脚电位升高时，⑤脚电位则降低，lm358的⑤脚电位升高时，③脚电位则降低，可使电机的正反转工作既干脆又可靠。方案一：此方案以稳压管d1的电压作为三极管q1的基准电压,电路引入电压负反馈,当电网电压波动引起r2两端电压的变化增大（减小）时,晶体管发射极电位将随着升高（降低）,而稳压管端的电压基本不变,故基极电位不变,所以由 可知 将减小（升高）导致基极电流和发射极电流的减小（增大）,使得r两端的电压降低（升高）,从而达到稳压的效果.负电源部分与正电源相对称,原理一样.。

图4 自动跟踪控制器

2.5 充电管理电路设计

锂电池的充电过程一般分为3个阶段： ①涓流充电阶段。 ②恒流充电阶段。 一般可以充电到电池容量的85%左右。 ③恒压充电阶段。锂电池过充，轻则减少电池寿命，性能变坏，重则产生漏液等。在本文的设计中，采用了线性充电管理芯片MCP73831，如图1所示。该芯片具有输出电压准确，任意设定充电电流，自动转换充电模式，消耗电流极小（25uA ） ，过充监测保护等功能和特点。 MCP73831各管脚的功能：

VDD 为输入电压端； VSS 为参考零电压端； VBA T为充电控制输出端； STA T 为充电状态输出端。 PROG为电流设定与充电控制使能端。 锂电池充电时，充电管理芯片MCP73831的PROG 接口须外接电阻到VSS，具体计算公式： IREG = 1000 （V ） /RPROG其中RPROG的单位为kΩ， IREG的单位为mA. 在本文设计中RPROG = 2kΩ。

则IREG = 500mA. STA T的各接口状态及电路设计中指示灯的逻辑关系如表1所示。充电管理芯片MCP73831通过检测锂电池的BA T引脚来判断电池的各个状态，从而对电池进行充电管理。不发生过电压保护时，供电网络一方面对MCP73831提供5V 电压。 一方面通过D 5传输到JDQ2对后续电路供电。应急充电时，外接5V 电源，一路通过D5到继电器JDQ 2. 另一路到达MCP73831对锂电池充电。 D5 阴极端输出电压5（V ） - 017 （V ） = 413 （V ） ，由于锂电池的电压在充满或非充满电状态的时候，都低于D6 阴极输出端电压（D5 ， D6 共阴极） ， 所以在应急充电的过程中， RT9193正常工作。 在CMOS （ comp lem entary m etal2oxidesem iconducto r）型电压调节器RT9193的B P端和地之间连接一个22nF的电容，可以极大的减少调节器的输出噪声。在常温状态下，充电完成时电压412V 的锂电池，消耗了90%的电量时候， 电压仍然会保持315V. 本文设计中选用电压调节器RT9193，即使314V 的时候，输出电压仍然可以稳定在313V。

表1MCP73831电路设计中指示灯的逻辑关系

3 试验数据及结果分析

在调试中， 采用模块化测试的方法， 最后进行联合调试。 对供电网络进行测试，选用可调电源，调节输入电压，输出电压及试验数据如表2所示。 通过应急充电接口接入标准5V 电压，断开RT9193，对进行测试时，没有连接二极管D5 ， D6 ，发现MCP73831的指示灯指示不正确。 分析发现， 不连接二极管D5 ， D6 ， 相当于RT9193直接连接在BA T引脚输出，在MCP73831上电的瞬间， 要检测BA T的状态， RT9193的输入引脚及支路连接到锂电池的正极，直接影响到了MCP73831对BA T引脚的检测状态，致使充电进入涓流充电阶段。 增加D5 ， D6后，再进行试验，指示灯符合逻辑要求。 测试输出电流为最大为485mA，充电电压达到412V 时，绿色指示灯熄灭，红色指示灯亮起，完成对锂电池的充电。 W1 接入0~10V 可调节电压源（初始值设为5V ） ，M1 接入0~5V 可调节电压源（初始值设为4V ） ，调节滑动变阻器R13 ， R14. 使W 1输入电压6V 时LM 2903的7脚由低电平转为高电平。 测量此时滑动电阻器R13 = 3115kΩ， 固定此电阻值。 M1 输入电压315V 时LM 2903的1脚由高电平转为低电平，测量此时滑动变阻器R14 = 1kΩ，固定此电阻值。 此时发现LM 2903的1脚输出处于临界值，不停的在高低电平之间变换，继电器JDQ2不停的通断， 减少了JDQ2的使用寿命，极易损坏无线示功仪及无线网络设备， 对无线设备的寿命影响也极大。 分析发现：在过放电保护过程中，检测值和比较值如果达到基本一致的状态，则会产生临界保护。为此在电阻R20与R′20之间接电解电容C13 ，通过对电容的充放电，延迟了Q4 的关断时间，增加了开启和关断的时间间隔，电容的大小决定了时间间隔的长短。 该时间即为过放保护控制器的保护延时时间。设计选用212μF电容，测试发现延时15s左右。

上图为典型的三极管rc耦合放大电路，rp为屏极电阻，rk为阴极电阻，ck为阴极旁路电容，cc为耦合电容，rg'为次级栅极电阻，vbb为直流供电电压，eo为输出信号电压。ito是所有电阻技术触摸屏及电容技术触摸屏都用到的主要材料，实际上电阻和电容技术触摸屏的工作面就是ito涂层。2．2电容触摸屏的缺陷 电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏，当然还不能和表面声波屏和五线电阻屏相比。

结语

itu-r从2013年就开始审核6.78mhz作为无线充电推荐频率，经过与itu-r中各个射频应用组织的讨论，连续2年在草案中推荐6.78mhz为唯一世界通用无线充电频率。作为磁共振无线充电技术领导者，微鹅科技旗下磁共振无线充电产品品类众多：包括无线充电蓝牙音响、无线充电智能手环、无线充电智能鞋垫、无线充电机器人。此外，随着苹果在iphone 8和iphone x上开始应用无线充电，安卓阵营也将迅速跟进，而小米7很有可能也会加入无线充电功能，这无疑是一个值得期待的点。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/shumachanpin/article-101581-1.html