張曉健　王光耀

本文主要是針對中型電子設(shè)備（需要配備幾安時(shí)到上百安時(shí)的蓄電池）的太陽能供電設(shè)計(jì)。

太陽能供電方案

用太陽能電池直接對設(shè)備供電是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)殛柟鈴?qiáng)度總在變化，對最大可利用電流有直接影響。解決這個(gè)問題的方法很簡單，利用一個(gè)中間能量儲(chǔ)存裝置（即充電電池），當(dāng)陽光充足時(shí)，電池由太陽能充電，然后給負(fù)載提供穩(wěn)定的供電，當(dāng)陽光不足時(shí)則直接由電池給負(fù)載供電。這一方案如圖1所示。

太陽能供電設(shè)備的參數(shù)選擇

為了使太陽能供電系統(tǒng)能夠給負(fù)載提供足夠的電源，而又不至于增加體積和成本，就要合理選擇各部件，達(dá)到最優(yōu)配置。各設(shè)備的參數(shù)選擇方法如下：

1)先計(jì)算負(fù)載每天的功耗。假設(shè)設(shè)備平均耗電30mA，則1天的功耗為12V×0.03A×24小時(shí)=8.64Wh。大部分設(shè)備的耗電值隨時(shí)間而不同，這時(shí)應(yīng)分階段計(jì)算出每天的平均功耗。

2)選擇蓄電池。假定采用12V的蓄電池，使用時(shí)最大放電深度為50%，另外考慮在沒有太陽的陰雨天可使充滿電的電池連續(xù)使用30天，則需要的電池容量為8.64Wh×30÷12V ÷50%=43.2Ah。

3)計(jì)算太陽能電池板的功率。按每天有效日照時(shí)間為6小時(shí)計(jì)算，使電池充電3天后可保證設(shè)備30天的用量，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能板的輸出功耗應(yīng)為8.64Wh×30÷3÷6h÷70%=20.6W。其中70%是充電過程中太陽能電池板的實(shí)際使用功率。另外各地區(qū)的日照時(shí)間不同，可適當(dāng)進(jìn)行修正。

4)充電控制器的選擇。若選用20W的太陽能板，查知它的最大充電電流為1A，則應(yīng)選取充電電流大于1A的充電器。

智能充電器的設(shè)計(jì)

電池充電器一般采用脈寬調(diào)制技術(shù)，由CPU按照電池的充電特性來改變開關(guān)管的開關(guān)頻率以達(dá)到充電的目的。其中的開關(guān)管多采用大功率的MOSFET管，它具有開關(guān)速度高、耐壓高、存儲(chǔ)時(shí)間短、不會(huì)熱擊穿的優(yōu)點(diǎn)；CPU可以選用專用的充電管理芯片，或是單片機(jī)等自編程序的器件。

針對太陽能電池的特點(diǎn)，充電器一般有圖2、圖3兩種方案。

圖2中利用太陽能電池可以短路的特點(diǎn)，由CPU控制N溝道的MOSFET管導(dǎo)通使太陽能電池短路，從而不對蓄電池充電；圖3中使用P溝道的MOSFET管，在導(dǎo)通時(shí)對蓄電池進(jìn)行充電，關(guān)斷時(shí)不充電。

圖4是按照圖3方案利用BQ2031芯片設(shè)計(jì)的一種太陽能智能充電器電路，以供參考。