电子设备的太阳能供电

张晓健　王光耀

本文主要是针对中型电子设备（需要配备几安时到上百安时的蓄电池）的太阳能供电设计。

太阳能供电方案

用太阳能电池直接对设备供电是不现实的，因为阳光强度总在变化，对最大可利用电流有直接影响。解决这个问题的方法很简单，利用一个中间能量储存装置（即充电电池），当阳光充足时，电池由太阳能充电，然后给负载提供稳定的供电，当阳光不足时则直接由电池给负载供电。这一方案如图1所示。

太阳能供电设备的参数选择

为了使太阳能供电系统能够给负载提供足够的电源，而又不至于增加体积和成本，就要合理选择各部件，达到最优配置。各设备的参数选择方法如下：

1)先计算负载每天的功耗。假设设备平均耗电30mA，则1天的功耗为12V×0.03A×24小时=8.64Wh。大部分设备的耗电值随时间而不同，这时应分阶段计算出每天的平均功耗。

2)选择蓄电池。假定采用12V的蓄电池，使用时最大放电深度为50%，另外考虑在没有太阳的阴雨天可使充满电的电池连续使用30天，则需要的电池容量为8.64Wh×30÷12V ÷50%=43.2Ah。

3)计算太阳能电池板的功率。按每天有效日照时间为6小时计算，使电池充电3天后可保证设备30天的用量，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能板的输出功耗应为8.64Wh×30÷3÷6h÷70%=20.6W。其中70%是充电过程中太阳能电池板的实际使用功率。另外各地区的日照时间不同，可适当进行修正。

4)充电控制器的选择。若选用20W的太阳能板，查知它的最大充电电流为1A，则应选取充电电流大于1A的充电器。

智能充电器的设计

电池充电器一般采用脉宽调制技术，由CPU按照电池的充电特性来改变开关管的开关频率以达到充电的目的。其中的开关管多采用大功率的MOSFET管，它具有开关速度高、耐压高、存储时间短、不会热击穿的优点；CPU可以选用专用的充电管理芯片，或是单片机等自编程序的器件。

针对太阳能电池的特点，充电器一般有图2、图3两种方案。

图2中利用太阳能电池可以短路的特点，由CPU控制N沟道的MOSFET管导通使太阳能电池短路，从而不对蓄电池充电；图3中使用P沟道的MOSFET管，在导通时对蓄电池进行充电，关断时不充电。

图4是按照图3方案利用BQ2031芯片设计的一种太阳能智能充电器电路，以供参考。