基于單片機的太陽(yáng)能手機充電器方案

1 引言

　　最近，人們正考慮把太陽(yáng)能用于包括移動(dòng)電話(huà)充電器這樣的范圍更寬廣的消費電子應用。太陽(yáng)能電池板所提供的功率高度依賴(lài)于工作環(huán)境。這包括諸如光密度、時(shí)間和位置之類(lèi)的因素。因此，電池通常被用作能量存儲單元。當來(lái)自太陽(yáng)能板的電能有余的時(shí)候，就可以對電池充電;當太陽(yáng)能板提供的電能不足時(shí)，電池就可以為系統供電。

　　目前市場(chǎng)上的太陽(yáng)能電池板繁多，根據太陽(yáng)能電池板所用材料的不同可分為：

　?、俟杼?yáng)能電池;

　?、谝詿o(wú)機鹽如砷化鎵III- V 化合物，硫化鎘，銅銦硒等多元化合物為材料的太陽(yáng)能電池;

　?、酃δ芨叻肿硬牧?有機半導體)制備的大陽(yáng)能電池;

　?、芗{米晶太陽(yáng)能電池等。我們采用的是硅太陽(yáng)能電池。

　　2 充電器的硬件設計

　　充電器如圖1 所示。主要包括電源變換電路、采樣電路、處理器、脈寬調制控制器和電池組等，形成了一個(gè)閉環(huán)系統。

　　其中，單片機是電路的控制部分，PWM電路是整個(gè)電路的核心部分。下面對系統的工作原理分幾個(gè)部分進(jìn)行簡(jiǎn)述。

　　圖1 充電器電路模塊圖

　　2.1 處理器

　　處理器采用51 系列單片機89C51。單片機內部有兩個(gè)定時(shí)器、兩個(gè)外部中斷和一個(gè)串口中斷、三個(gè)八路的I/O 口，采用12MHz 的晶振。單片機的任務(wù)是通過(guò)采樣電路實(shí)時(shí)采集太陽(yáng)能電池板的輸出電壓和電流以及電池的充電狀態(tài)，通過(guò)計算決定如何對電池板最大輸出功率進(jìn)行尋找以及確定充電電池的充電狀態(tài)。

　　2.2 采樣部分

　　如果在系統中要對電流進(jìn)行檢測，必須先將電流信號轉換為電壓信號，然后才能實(shí)現A/D 的轉換。常用的轉換方法是在電路中加入精密電阻，由此將電流信號轉換為電壓信號。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測量簡(jiǎn)單方便，但是這種方法當電流很小時(shí)，影響測量準確度，因而很難選擇一個(gè)合適的阻值;其次，所得到的電流檢測信號只有通過(guò)放大以后才能進(jìn)入電路中的比較器，從而增加了電路設計調試時(shí)的復雜度。因此，可以采用電流電壓轉換芯片MAX472，克服了常規測量電流方法存在的測量范圍小、測量誤差大等缺點(diǎn)，可提高測量精度，并且可以用單片機進(jìn)行精確控制。

　　電壓和電流采樣采用串行模/ 數轉換器TLC0834，8 位分辨率易于和微處理器接口或獨立使用滿(mǎn)比例尺工作或用5V基準電壓用地址邏輯多路器選通的4 或8 輸入通道單5V 供電，輸入范圍0- 5V。

　　2.3 PWM 控制電路

　　控制器采用脈寬調制(PWM) 方式控制供電電流的大小。

　　PWM發(fā)生器是由的單片機輸出的PWM波通過(guò)控制電路實(shí)現的，主控制器和它采用中斷的方式進(jìn)行通訊，控制其增大或減小脈寬。PWM信號通過(guò)光電隔離驅動(dòng)主回路上的MOSFET。

　　開(kāi)關(guān)管、二極管、LC 電路構成開(kāi)關(guān)穩壓電源。用PWM方式控制的開(kāi)關(guān)電源可以減小功耗，同時(shí)便于進(jìn)行數字化控制，但母線(xiàn)的紋波系數相對較大。PWM控制電路如圖2 所示。

　　圖2 PWM控制電路

　　3 電池充電原理

　　鋰離子電池在充電或放電過(guò)程中若發(fā)生過(guò)充、過(guò)放或過(guò)流時(shí)，會(huì )造成電池的損壞或降低使用壽命，圖3 為鋰電池的充電曲線(xiàn)，共分三個(gè)階段：預充狀態(tài)、恒流充電和恒壓充電階段。

　　以800mAh 容量的電池為例，其終止充電電壓為4.2V。用1/10C(約80mA)的電池進(jìn)行恒流預充，當電池端電壓達到低壓門(mén)限V(min)后，以800mA(充電率為1C)恒流充電，開(kāi)始時(shí)電池電壓以較大的斜率升壓，當電池電壓接近4.2V 時(shí)，改成4.2V恒壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1/10C(約80mA)時(shí)，認為接近充滿(mǎn)，可以終止充電。

　　圖3 手機電池充電曲線(xiàn)