基于BQ24200的太阳能供电电源设计

孙玉锋，辛业春

（1.中国联合网络通信集团有限公司 长春分公司，吉林 长春 130000；2.东北电力大学 电气工程学院，吉林 吉林 132012）

为了保证安全生产，需要对很多设备进行在线监测，如电力系统的输电线路，输电杆塔等。但是，由于这些设备安装在野外，监测装置不能采用市电进行供电，供电问题成为一个难题。

太阳能电是发展最为迅速的一种绿色能源，太阳能作为清洁的可再生能源，越来越受到人们的重视，利用太阳能对这些监测装置进行供电[1－3]，是一种行之有效的办法。

本文设计的太阳能供电电源，由光伏电池、锂电池、锂电池充电管理单元、超级电容器组成。在阳光充足的情况下，利用太阳能对锂电池进行充电，并输出稳定电压，向用电装置供电；当阳光不足或阴雨天气时，利用锂电池作为后备电源向用电装置供电；同时，采用超级电容器，利用其功率密度大的特点，使电源的负载适应能力（尤其是大功率脉动负载）有较大的提高。

1 BQ24200的主要特点

BQ24200是用于限流应用的单节锂粒子电池充电管理芯片。其对锂电池进行充电，如果电池电压低于内部低电压阀值时，首先是预充电阶段，采取涓流充电方式对电池进行充电，这样可修复深度放电的电池；预充电结束后，在内部限制的电流以下，以最大电流对电池进行充电，直到电池充电到期望的电压值充电过程结束。

BQ24200的基本特征和参数[4]如下：

1）特别的设计使其具有电流限制功能；

2）充电时，需要很低的电压降落，适合于需要低电压降落的焦炭和石墨电极单节锂离子电池充电设计；

3）内部集成500 mA功率晶体管；

4）内部电压调整精度为0.5%；

5）电池插入和移除检测；

6）具有预充电功能；

7）输入电压低时自动进入睡眠模式；

8）具有充电状态指示或用于主机状态检测接口指示；

9）带有温度监测功能。

2 BQ24200的内部结构和引脚功能

BQ24200的内部结构如图1所示。

图1 BQ24200内部结构图Fig.1 Internal map structure of BQ24200

引脚功能：

IN：连接到内部P沟道功率晶体管源极。

OUT:连接到内部P沟道功率晶体管漏极。

BAT（Battery voltage sense）:电池电压传感器输入，连接到电池的正极。

TS（Temperature sense input）:外部电池温度监测回路输入。

STAT（Charge status output）:不同充电状态指示。

VCC（Supply voltage input）:电源输入。

3 电源的总体设计

本系统用太阳能电池将太阳能转换成直流电后，经充电电路存储到蓄电池，再经过放电电路，按不同的供电要求供给不同的直流负载。

电源的总体设计包括:太阳能电池供电电路、锂电池、锂电池充电管理[5]单元、超级电容器。其电路如图2所示。

图2 电源总体原理图Fig.2 Principle block diagram of power supply

3.1 太阳能电池板及锂电池

太阳能电池板在使用中必须注意两个主要问题：一是功率的选取，另一个是电压的选取。BQ24200的工作电压为：最低门槛电压2.4 V，最高工作电压是16.5 V。太阳能电池板的输出电压一定要满足BQ24200的工作电压范围，以免对其造成损坏。根据需要，可选取额定输出电压为9 V，开路电压为10.8 V的太阳能电池板进行供电。太阳能电池输出功率Wp是标准太阳光照条件下，即：欧洲委员会定义的101标准，辐射强度1 000 W/m2，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。由于不同地区的日照时间和太阳照射角度不同，需要根据应用的区域选取合适的容量。

蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足夜晚装置工作的前提下,把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天用电装置连续工作的电能。蓄电池容量过小不能够满足装置连续工作的需要；蓄电池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。

3.2 温度限制

通过监测引脚TS对地的电压，实现对电池温度的实时监测。TS引脚的电压由热敏电阻RT1、RT2和Vcc来产生；根据TS引脚电平的高低，对电池的充电进行高低温保护。TS引脚上的电平在其内部电压VTS1和VTS2之间时，BQ24200对电池充电，否则，充电停止。

热敏电阻的选取方法如下：对于负温度系数的热敏电阻：

对于正温度系数的热敏电阻：

其中：RTC是热敏电阻低温时的电阻值；RTH是热敏电阻高温时的电阻值。

3.3 超级电容器

超级电容器[6-7]是介于传统蓄电池与传统静电电容器之间的新概念能量储存器件。与传统电容器相比,它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命。与传统蓄电池相比，超级电容器具有更大的功率密度（10倍以上），充电时间短，释放能量速度快、循环寿命长、对环境无污染等特点。本电源电路设计中加入了超级电容器，解决了瞬间大功率供电问题,电路简单可靠，无需维护。

4 结束语

本文对锂电池充电管理芯片BQ24200的主要特性、内部结构作了详细的介绍。利用BQ24200对锂电池进行充电，设计了一种太阳能供电电源[8-9]，适用于在野外工作的有源电子设备。通过采用超级电容，解决了目前线监测系统经常采用的带有GSM/GPRS模块的监测终端瞬间大功率供电的问题。设计的太阳能供电电源，已成功运用于电缆接头在线监测系统，供电稳性可靠。

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