一種基于USB接口和窗貼式太陽能的鎳氫電池充電系統的設計

趙 禹

(華北電力大學，河北 保定071003)

0 引言

鎳氫電池作為當今迅速發展起來的一種高能綠色充電電池，憑借能量密度高、可快速充放電、循環壽命長以及無污染等優點在筆記本電腦、便攜式攝像機、數碼相機及電動自行車等領域得到了廣泛應用[1-2]。同時隨著建設節約型社會的深入開展，太陽能已經走入家庭；現在USB接口的充電設備已經十分普遍。可以考錄將太陽能這種清潔能源、USB接口、吃哦、傳統充電電路結合起來成為一種復合式充電系統。

1 電路設計

1.1 充電芯片的選擇

本文的充電電路采用CN3085鎳氫充電芯片，鎳氫電池進行充電管理的線性充電器集成電路。CN3085不需要外加阻流二極管和電流檢測電阻等元器件，只需要極少的外圍元器件，適用于便攜式產品[3-4]。當輸入電壓大于電源低電壓閾值，并且大于電池電壓時，CN3085開始對電池充電，在涓流充電狀態，恒流充電狀態和維持充電狀態，管腳輸出低電平，表示充電正在進行。當FB管腳電壓低于0.843V時，即電池電壓低于電池端最高電壓的70%，充電器處于涓流充電狀態，充電電流為所設置的恒流充電電流的10%；當FB管腳電壓在0.843V和1.083V之間時，即電池電壓在電池端最高電壓的70%和90%之間，充電器采用恒流模式對電池充電，充電電流由ISET管腳和GND之間的電阻確定；當FB管腳電壓大于1.083V時，即電池電壓大于電池端最高電壓的90%時，CN3085處于維持充電狀態，維持充電電流為恒流充電電流的60%，如果FB管腳電壓達到1.205V，即電池電壓接近電池端最高電壓時，電池電壓不再上升，充電電流逐漸減小。在維持充電階段，內部定時器啟動，維持充電時間由第6管腳的電阻和電容決定，當定時結束時，整個充電過程結束。在充電結束狀態，當FB管腳電壓下降到1.052V時，即電池電壓下降到電池端最高電壓的87.3%時，CN3085進入再充電狀態，開始新的充電周期。當輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時，CN3085進入低功耗的睡眠模式，電池端消耗的電流小于3uA，從而增加了待機時間。

1.2 充電電路的設計

本文的充電電路主要部分如圖1所示，同時本文考慮到太陽能電源和USB電源可能同時存在，在輸入端設計了一個優先選擇電路[5,6]如圖2所示，即當太陽能和USB電源都存在時，優先使用太陽能對電池進行充電。M1為P溝道MOSFET，M1用來阻止電流從墻上適配器流入USB接口，肖特基二極管D1可防止USB接口通過1K電阻消耗能量。

圖1

圖2

圖3

2 工作總結

本文針對基于USB接口和窗貼式太陽能的鎳氫電池充電系統的設計有效地兼容了USB的便捷和太陽能的清潔。其實際效果圖如圖3所示。UBS電路充電選擇有利于產品的開發與利用,該設計方法簡單易行,成本低,易于在便攜式電子產品中實現。本設計方法對太陽能利用、特別是便攜式設備以太陽能充電的充電電路設計具有一定的實踐指導意義。

［1］李素英,竇真蘭.智能鎳氫電池充電電路設計[J].實驗室研究與探索,2014,07：88-92.

［2］郭霽方.鎳氫電池充電電源控制模式的研究[D].哈爾濱工業大學,2007.

［3］奚勇.小功率超級電容獨立電源的研究與設計[D].昆明理工大學,2014.

［4］丁杰.一種新型充電控制電路的研究[D].電子科技大學,2006.

［5］陸安江,張正平,葉茂森.基于ATJZo85的LRAI犯按鍵電路設計[J].微納電子技術,2007,44(1)：51-54

［6］鄧紹剛,汪艷,李秀清,等.鏗電池保護電路的設計[J].電子科技,2006(10)：68-72.