基于單片機的便攜式太陽能充電器設計

楊幟

（東北林業大學機電工程學院電氣工程系，黑龍江哈爾濱，150040）

1 系統結構

整個系統包括過充電保護單元、穩壓濾波單元以及調壓單元三個主要模塊，系統的設計主要要實現下列功能：（1）能夠直接通過光電轉換將電能送給負載實現充電；（2）能夠對蓄電池進行電能的供給；（3）能夠實現負載的市電充電；（4）能夠完成負載充電與蓄電池充電之間的自動切換。

2 充電器的硬件電路設計

本文所設計的太陽能充電器的控制核心部分使用的是STC89C51單片機，其他部分則由數碼管顯示模塊、按鍵指示模塊、信號采集轉換模塊以及直流斬波電路模塊四個主要模塊組所成的。首先系統利用光電轉換電路進行太陽能的轉換，經過轉變之后就成為了我們需要的電能，之后這些電能會通過M7805的轉換成為了電流，之后這些電流就會通過DC/DC轉換電路進行相應的轉換，轉換之后通過輸出端開始為負載充電，整個充電的過程就是這樣的，系統是利用單片機進行控制的。

2.1 升壓充電電路的設計

一般情況下，由于廠家們的統一設計，市面上所銷售的大多數電子產品的輸入電壓大小均是5.5伏特上下。為了滿足這個要求，需要通過直流斬波升壓環節把電壓輸出升到系統的要求也就是5.5伏特，在本文中選擇使用升壓芯片進行升壓，升壓芯片選取的是型號為MC34063的升壓芯片。下圖所示的電路圖就是升壓充電的電路圖。

2.2 系統市電充電電路的設計

在使用220伏特的交流電為電路里面的鋰電池進行充電的時候，電路里面一定要擁有充電模塊以及整流模塊的使用。在市電充電電路里面包括電壓比較單元、顯示單元、開關控制單元以及基準電壓單元總共四個部分模塊，這里面的比較電路模塊的作用是對蓄電池的當前充電狀態進行一個判斷。顯示電路模塊的作用是對當前電路的充電狀態進行指示的。電路里面的充電控制電路的作用是對電路充電電流進行有效的控制。

2.3 系統電路的穩定性設計

充電器設置有一個恒流模式，如果充電器的模式為恒流模式的時候，系統為了能夠讓整個電路可以正常的運行下去，電池的正極和負極之間必須要連接一個電容使系統的穩定性得到有效的提升，這個電容的大小是4.7μF。

圖1 升壓充電電路

3 系統電壓和電流的調節控制設計

3.1 系統輸入電壓的調節

為了能夠對電壓進行一定的調節，設置了兩個分壓器RN1以及RN2，其中RN2的大小設置在了100kΩ，如果內置電壓的大小設置為2.72伏特的時候，那么能夠通過下面的計算公式得出兩個電阻分壓器RIN1以及RIN2的大小是2.96千歐。

進而對太陽能VREG(MAX)與VREG(MIN)峰值功率的追蹤電壓值進行計算，得出其大小范圍是：

3.2 恒壓充電電壓的調節

電路里面的FB引腳是對電池進行電壓檢測的輸入端口，FB引腳可以利用電池陽極電壓的檢測進而對電池恒壓充電電壓進行有效的調節，另外，在電路FB以及BAT之間連接一個RX，這樣能夠方便對恒壓充電電壓進行有效的調整。

圖2 恒壓充電調節電路

3.3 恒流充電電流的調節

IR管腳所連接的外部電阻對CN3068進行編程進而完成電池的恒壓以及恒流充電，系統電路在進行預充電的時候，由于系統的設計，電壓值的大小都會固定在0.2伏特，在進行恒流充電的時候，電壓的大小就被固定在2伏特。在恒流情況之下，電路的充電電流計算公式如下式所示。

4 系統軟件部分的設計

整個系統的軟件流程是這樣的：首先是充電電路的初始化，接下來就是選擇相應的輸出功能，之后選擇確定輸出電流以及輸出電壓，最后為負載進行充電，一直到負載的電充滿為止，整個充電過程就結束了。

5 系統測試

測試的過程是這樣的：當太陽能充電器放在存在陽光照射的時候，太陽能板的充電指示燈會亮，對調壓按鈕進行調節，之后通過通過萬用表對電路的輸出端進行測量，發現電壓的數值在0到10伏特間進行變化，并且可以進行正常的充電工作；當不存在陽光照射的時候，充電指示燈的狀態是滅的，這個時候蓄電池的充電指示燈是亮的，同時還可以進行充電；把應急燈按鈕按下去，這個時候LED等就亮了，這個結果表示本文所設計的系統是可以進行正常運行的，結果和預期相符合。

6 總結

本文針對當前電子產品續航能力不足的問題設計了一種具有智能性的太陽能充電器，其能夠有效的把太陽能轉化為電能，同時能夠根據負載的要求對電壓進行調節，達到一種智能充電的效果。

參考文獻

[1]周園，譚功全.數字可調式直流穩壓電源設計[J].電子設計工程，2013，21（11）:120-122．