基于单片机的便携式太阳能充电器设计

2018-05-16杨帜

电子测试 2018年7期

杨帜

（东北林业大学机电工程学院电气工程系，黑龙江哈尔滨，150040）

1 系统结构

整个系统包括过充电保护单元、稳压滤波单元以及调压单元三个主要模块，系统的设计主要要实现下列功能：（1）能够直接通过光电转换将电能送给负载实现充电；（2）能够对蓄电池进行电能的供给；（3）能够实现负载的市电充电；（4）能够完成负载充电与蓄电池充电之间的自动切换。

2 充电器的硬件电路设计

本文所设计的太阳能充电器的控制核心部分使用的是STC89C51单片机，其他部分则由数码管显示模块、按键指示模块、信号采集转换模块以及直流斩波电路模块四个主要模块组所成的。首先系统利用光电转换电路进行太阳能的转换，经过转变之后就成为了我们需要的电能，之后这些电能会通过M7805的转换成为了电流，之后这些电流就会通过DC/DC转换电路进行相应的转换，转换之后通过输出端开始为负载充电，整个充电的过程就是这样的，系统是利用单片机进行控制的。

2.1 升压充电电路的设计

一般情况下，由于厂家们的统一设计，市面上所销售的大多数电子产品的输入电压大小均是5.5伏特上下。为了满足这个要求，需要通过直流斩波升压环节把电压输出升到系统的要求也就是5.5伏特，在本文中选择使用升压芯片进行升压，升压芯片选取的是型号为MC34063的升压芯片。下图所示的电路图就是升压充电的电路图。

2.2 系统市电充电电路的设计

在使用220伏特的交流电为电路里面的锂电池进行充电的时候，电路里面一定要拥有充电模块以及整流模块的使用。在市电充电电路里面包括电压比较单元、显示单元、开关控制单元以及基准电压单元总共四个部分模块，这里面的比较电路模块的作用是对蓄电池的当前充电状态进行一个判断。显示电路模块的作用是对当前电路的充电状态进行指示的。电路里面的充电控制电路的作用是对电路充电电流进行有效的控制。

2.3 系统电路的稳定性设计

充电器设置有一个恒流模式，如果充电器的模式为恒流模式的时候，系统为了能够让整个电路可以正常的运行下去，电池的正极和负极之间必须要连接一个电容使系统的稳定性得到有效的提升，这个电容的大小是4.7μF。

图1 升压充电电路

3 系统电压和电流的调节控制设计

3.1 系统输入电压的调节

为了能够对电压进行一定的调节，设置了两个分压器RN1以及RN2，其中RN2的大小设置在了100kΩ，如果内置电压的大小设置为2.72伏特的时候，那么能够通过下面的计算公式得出两个电阻分压器RIN1以及RIN2的大小是2.96千欧。

进而对太阳能VREG(MAX)与VREG(MIN)峰值功率的追踪电压值进行计算，得出其大小范围是：

3.2 恒压充电电压的调节

电路里面的FB引脚是对电池进行电压检测的输入端口，FB引脚可以利用电池阳极电压的检测进而对电池恒压充电电压进行有效的调节，另外，在电路FB以及BAT之间连接一个RX，这样能够方便对恒压充电电压进行有效的调整。

图2 恒压充电调节电路

3.3 恒流充电电流的调节

IR管脚所连接的外部电阻对CN3068进行编程进而完成电池的恒压以及恒流充电，系统电路在进行预充电的时候，由于系统的设计，电压值的大小都会固定在0.2伏特，在进行恒流充电的时候，电压的大小就被固定在2伏特。在恒流情况之下，电路的充电电流计算公式如下式所示。

4 系统软件部分的设计

整个系统的软件流程是这样的：首先是充电电路的初始化，接下来就是选择相应的输出功能，之后选择确定输出电流以及输出电压，最后为负载进行充电，一直到负载的电充满为止，整个充电过程就结束了。

5 系统测试

测试的过程是这样的：当太阳能充电器放在存在阳光照射的时候，太阳能板的充电指示灯会亮，对调压按钮进行调节，之后通过通过万用表对电路的输出端进行测量，发现电压的数值在0到10伏特间进行变化，并且可以进行正常的充电工作；当不存在阳光照射的时候，充电指示灯的状态是灭的，这个时候蓄电池的充电指示灯是亮的，同时还可以进行充电；把应急灯按钮按下去，这个时候LED等就亮了，这个结果表示本文所设计的系统是可以进行正常运行的，结果和预期相符合。