王安敏 孟海彥 孔令布

（青島科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院 青島 266061）

1 引言

太陽(yáng)能是一種無(wú)污染、免費(fèi)的清潔型能源，在越來(lái)越多的場(chǎng)合中得到應(yīng)用，比如戶外GPS導(dǎo)航儀、相機(jī)、路燈、手機(jī)充電等。光伏電池的轉(zhuǎn)換效率由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，目前效率低、價(jià)格高，因此為了得到最大的功率減少使用量，實(shí)現(xiàn)快速高效的充電目標(biāo)，設(shè)計(jì)的基于CN3722的低功耗太陽(yáng)能充電器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)最大功率點(diǎn)MPPT跟蹤，可實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率轉(zhuǎn)換，目前城市道路推廣智能化停車，本論文設(shè)計(jì)的CN3722的充電控制器，滿足停車泊位地磁數(shù)據(jù)的收發(fā)功耗，進(jìn)而檢測(cè)泊位停車狀態(tài)。

2 CN3722系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于光伏電池板，雖然不同的光照下其最大峰值功率點(diǎn)不同，但是最大的功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)得輸出電壓相同，此電壓稱為最大功率點(diǎn)電壓，為了使光伏電池板工作在最大功率點(diǎn)，太陽(yáng)能控制器需將輸出的電壓保持在最大功率點(diǎn)電壓。采用CH3722作為充電管理芯片，應(yīng)用特殊的輸入電壓調(diào)整環(huán)路，當(dāng)使用太陽(yáng)能電池板供電的時(shí)候，光伏電池輸出電壓降低時(shí)，CN3722會(huì)自動(dòng)降低充電電流，使其保持在最大的峰值功率輸出點(diǎn)。設(shè)計(jì)的CN3722可實(shí)現(xiàn)以最大功率點(diǎn)跟蹤，滿足系統(tǒng)的總體流程。如圖1所示系統(tǒng)總體構(gòu)架圖。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 CN3722充電管理芯片功能介紹

城市道路智慧停車地磁泊位檢測(cè)到的數(shù)據(jù)收發(fā)供電系統(tǒng)之所以選擇CN3722，因?yàn)镃N3722可以使用太陽(yáng)能電池供電的PWM降壓模式充電管理集成電路，具有太陽(yáng)能電池最大功率跟蹤點(diǎn)功能，適合于單節(jié)或多節(jié)鋰電池或磷酸鐵鋰電池的充電管理，CN3722可設(shè)置最大充電電流達(dá)到5A，PWM開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到300kHz，具有7.5V～28V寬輸入電壓范圍。提供電池充電狀態(tài)和充滿狀態(tài)的指示燈提示，還具有電池溫度監(jiān)視、壞電池檢測(cè)及自動(dòng)充電功能。

2.2 CN3722充電階段

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，在光照充足的時(shí)候把輸出的多余能量?jī)?chǔ)存在電池中，保證系統(tǒng)在弱光時(shí)也能正常工作，本系統(tǒng)采用容量12V/24Ah的磷酸鐵鋰電池，其重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等優(yōu)越性，性價(jià)比較高。決定電池使用壽命的一個(gè)重要的因素就是電池的充電方法。如圖2所示CN3722的充電分為三個(gè)階段，即預(yù)置充電階段、恒流充電階段、恒壓充電階段，本系統(tǒng)采用恒流恒壓充電法，開(kāi)始采用恒流充電，避免剛開(kāi)始恒壓充電電流過(guò)大對(duì)電池造成損壞，然后采用恒壓充電，避免恒流充電后期過(guò)充和電流利用率降低快的缺點(diǎn)。

圖2 CN3722的充電階段

3 CN3722充電管理硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 CN3722硬件電路圖

CN3722充電管理硬件電路圖如圖3、圖4所示。

圖3 太陽(yáng)能接口硬件電路圖

城市道路路測(cè)智能停車設(shè)備，由地磁感應(yīng)設(shè)備檢測(cè)地磁擾動(dòng)的大小，讀寫(xiě)器接收到地磁設(shè)備發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的算法判斷泊位的停車狀態(tài)，整個(gè)流程的功耗均有太陽(yáng)能控制器提供。如圖5所示讀寫(xiě)器接口電路圖。

圖5 讀寫(xiě)器硬件接口電路圖

3.2 CN3722引腳功能

電池端的電壓VCC_BAT通過(guò)電阻R7和R11構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)反饋到FB引腳，CN3722芯片根據(jù)FB引腳的電壓決定充電的狀態(tài)，如果充電電池的電壓小于恒壓充電電壓的66.7%，則自動(dòng)進(jìn)入涓流充電模式，充電電流為設(shè)置的恒流充電的15%，如果充電電池的電壓大于恒壓充電電壓的66.7%，則進(jìn)入恒流充電模式，此時(shí)充電電流由R1和R3電阻設(shè)置。當(dāng)電池電壓上升到接近恒壓充電電壓時(shí)，充電進(jìn)入恒壓充電階段，充電的電流逐漸減小到恒流充電電流的9.5%時(shí)，充電結(jié)束指示燈亮，充電結(jié)束。

CN3722具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能，檢測(cè)太陽(yáng)能電池板上的發(fā)電電壓，跟蹤最高電壓電流值，是系統(tǒng)以最大的功率對(duì)電池進(jìn)行充電，MPPT引腳通過(guò)兩個(gè)精密電阻分壓，在最大功率狀態(tài)是MPPT引腳電壓為1.04V，受溫度影響系數(shù)為-0.4%/℃，CN3722具有檢測(cè)輸出電壓鎖存功能，電壓低于6V時(shí)電路斷開(kāi)，充電結(jié)束，CN3722會(huì)進(jìn)入睡眠模式，降低功耗。

在TEMP引腳接了10K的熱敏電阻R12，檢測(cè)溫度，如果超過(guò)正常溫度充電會(huì)暫停，溫度恢復(fù)以后，充電恢復(fù)正常。

CN3722有兩個(gè)狀態(tài)指示燈，充電進(jìn)行中狀態(tài)和電池充滿狀態(tài)，分別由引腳CHRG和DONE控制。

3.3 元器件的選擇

1）電容的選擇：輸入輸出電容一般選擇50V10uFde電解電容，補(bǔ)償電容C9為陶瓷電容需滿足式（1）：

2）PMOS的選擇：如果充電電流小于2.5A，選擇AO3407A；如果充電電流為2.5A～5A時(shí)，選擇SI4435DY。

3）二極管D1、D2的選擇：如果充電電流小于2.5A，選擇30BQ015；如果充電電流為2.5A～5A時(shí)，選擇50WQ03FN。

4）電阻R1，R3的選擇：當(dāng)充電電流為1A時(shí)，R1//R3=0.2Ω；當(dāng)充電電流為2A時(shí)，R1//R3=0.1Ω；當(dāng)充電電流為3A時(shí)，R1//R3=0.067Ω；當(dāng)充電電流為4A時(shí)，R1//R3=0.05Ω；當(dāng)充電電流為5A時(shí)，R1//R2=0.04Ω。

5）最大功率跟蹤引腳MPPT：由精密電阻R6和R9分壓，電壓被調(diào)制在1.04V，最大功率點(diǎn)電壓為

6）FB引腳電壓調(diào)制在2.416V，根據(jù)FB引腳的電壓決定VBAT的電壓：

7）電感器的選擇，由表1知，如果選擇的電感值不同，那么充電控制器的充電電流就不同，選擇合適的電感值可以提高充電電流值，該設(shè)計(jì)的地磁泊位收發(fā)供電系統(tǒng)，為了能夠在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到快速充電的效果，因此選擇電感值為10uH，達(dá)到以4A的電流快速充電的效果。

表1 電感值表

4 充電數(shù)據(jù)分析

地磁檢測(cè)器是智能停車泊位檢測(cè)停車狀態(tài)的主要組成部分，由圖6知待機(jī)狀況下消耗的電流在20uA以下，接收數(shù)據(jù)的功耗也很小，只有在發(fā)射數(shù)據(jù)的時(shí)候功耗達(dá)到幾A，經(jīng)過(guò)模擬實(shí)際測(cè)量自收自發(fā)消耗0.038A，功耗達(dá)到0.456W，發(fā)射數(shù)據(jù)是功耗最大可達(dá)到1W左右，由表1可得一天之內(nèi)滿足半個(gè)小時(shí)太陽(yáng)光即可滿足整個(gè)系統(tǒng)的功耗。

經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試測(cè)得太陽(yáng)能板輸出電壓和電池的電壓，如表2所示在12：00～15：00之間太陽(yáng)能板電壓和電池電壓值。

圖6 地磁數(shù)據(jù)功耗圖

表2 電壓表

經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量，測(cè)得最大功率電壓在18V，有時(shí)受溫度影響在17.5V～18V之間。由表1知CN3722設(shè)計(jì)的充電系統(tǒng)不僅可以滿足停車泊位地磁數(shù)據(jù)的發(fā)送消耗的能量，而且還把多余的電量存儲(chǔ)在電池之中，表1電池電壓逐漸增大。因此，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以最大的功率點(diǎn)對(duì)電池進(jìn)行充電，并具有溫度檢測(cè)、低電壓鎖存、過(guò)電壓保護(hù)、充電狀態(tài)指示等功能。CN3722僅需要電阻分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤?；贑N3722的低功耗太陽(yáng)能充電器設(shè)計(jì)，在滿足停車泊位地磁數(shù)據(jù)發(fā)送消耗的情況下并以最大功率給電池充電。因此本系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。