鋰電池太陽能充電電路設(shè)計

1、鋰電池太陽能充電電路設(shè)計摘 要 本文旨在設(shè)計一種新型充電電路，利用太陽能 對鋰電池進行充電。 通過 TD1410 芯片實現(xiàn)降壓型電路設(shè)計， 對太陽能電池電壓的輸出進行穩(wěn)壓，繼而對鋰電池進行充電， 并且對電路板進行了多次測試。結(jié)果表明，電路穩(wěn)壓充電效 果良好，為利用太陽能對鋰電池進行充電的充電器設(shè)計提供關(guān)鍵詞 太陽能 TD1410 降壓電路 鋰電池充電 中圖分類號： TK513 文獻標(biāo)識碼： A DOI： Abstract The purpose of this paper is to design a new charging circuit ， using solar energy to c

2、harge the lithium battery. Through the TD1410 chip to achieve step-down circuit design， the output voltage of the solar cell voltage ， and then charge the lithium battery ， and the circuit board has been tested for many times. The results show that the circuit has a good effect ， and it can be used

3、as reference for the design of charger for lithium battery.Key words solar； TD1410； step-down circuit ； lithium battery charging太陽能作為一種可再生能源，從發(fā)展之初就備受關(guān)注。 如今，經(jīng)過近六十年的研究，太陽能電池的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)相 對成熟。太陽能型移動電源在長日照地區(qū)有很大的運用空間， 可以通過充足的光照補充電量。然而，它容易受到天氣特別 是光照的影響，使得輸出電流波動較大。若將太陽能電池的 電壓和電流進行調(diào)節(jié)使其穩(wěn)定，滿足鋰電池充電需求，便能 解決該問題，從而可以在

4、偏遠落后地區(qū)或者通電困難的情況 滿足供能需求。鋰電池作為一種便攜式可充電池，具有能量密度高，壽 命長，充電功率范圍廣等突出優(yōu)點。本文采用了太陽能電池 通過降壓電路對鋰電池進行供電，實現(xiàn)功率的穩(wěn)定輸出，避 免了大幅波動的電流產(chǎn)生，同 ?r 具有過電流保護和短路電流 保護功能。1 太陽能電池工作特點 常見的太陽能電池以光電效應(yīng)工作，特性類似二極管。 當(dāng)太陽能電池被陽光照射時，半導(dǎo)體材料 p-n 結(jié)產(chǎn)生新的空 穴-電子對。在 p-n 結(jié)電場作用下，空穴向 P 區(qū)運動，形成負(fù) 電荷區(qū)；而電子向 N區(qū)運動，在N區(qū)形成正電荷區(qū)。兩區(qū)域 間的電動勢因此產(chǎn)生，接上電路后電流便可形成。由于太陽能發(fā)電板的輸出電流

5、和電壓是隨電池板上有 效光照強度變化而波動。所以一般無法用太陽能電池直接給 用電系統(tǒng)供電。因而考慮先將太陽能電池的能量存儲起來，再通過蓄電池進行供電。這便要求充電電路能夠適應(yīng)太陽能電池的電壓電流輸出特性，并且能提供穩(wěn)定的充電電壓和充電電流。2 電路設(shè)計單塊鋰電池的充電電壓為低于 4.2V 的恒流或 4.2V 時恒 壓充電模式，若充電電壓超過4.25V,則會損傷電池。因此， 充電電路中芯片電壓典型值在 4.2V左右?；谔柲茈姵匕宓母与妷弘娏鞯妮敵鎏匦院?鋰電池的特性，我們擬使用以TD1410(PWM Buck DC/DCConverter)為核心的脈寬調(diào)制降壓型直流 /直流變換電路作為 充

6、電電路。2.1 降壓斬波電路的基本原理如圖1所示，這是一個降壓斬波電路結(jié)構(gòu)簡圖，E為直流電源，V為晶閘管，VD為續(xù)流二極管，設(shè)電感 L值很大， 電容C值也很大，使電感電流和電容電壓即負(fù)載電壓 E基本 為恒定值。V導(dǎo)通時，電源E向電感L供電并使其蓄能，電路中電 流為。此時，電容 C維持輸出電壓恒定并供電給負(fù)載R，負(fù)載電壓E，負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升；V斷開后，電感L的能量向R供能，電流為，負(fù)載電壓 與電源電壓極性相反。負(fù)載電流經(jīng)二極管 VD 續(xù)流，負(fù)載電 壓 I/O 近似為 0，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且波動小，電路中串接的電感 L 值較大，負(fù)載電壓的 平均值為：改變占空比，輸出

7、電壓既可以比電源電壓高，也可以比 電源電壓低。當(dāng) 0 因為光照強度的變化最終導(dǎo)致的是 輸入電壓電流的變化，所以我們選取電壓和電流作為輸入變 量。分析實驗測試數(shù)據(jù)，與輸入電壓相比，充電電壓有明顯 下降，并且波動幅度明顯小于輸入電壓的波動， 如圖 3 所示。 對比圖 4 中的輸入電流和充電電流，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入電流大 于 0.95A 時，充電電流略小于輸入電流；當(dāng)輸入電流小于 0.95A 時，充電電流略大于輸入電流， 這表明在充電過程中， 電路可以對充電電壓和充電電流進行調(diào)節(jié)，使其滿足鋰電池 的充電需求，同時，減小電壓和電流的波動，保證了充電的 穩(wěn)定性。4 結(jié)論本設(shè)計使用TD1410作為充電管理芯片

8、， 針對3S鋰電池 和太陽能電池特性，設(shè)置合適的充電電壓和充電電流，搭建 出了能量轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)了太陽能電池板對鋰電池的穩(wěn)定有 效充電，并且滿足鋰電池和太陽能電池板的使用要求。通過 實驗測試表明，電路可以對充電電壓和充電電流進行調(diào)節(jié)， 使其滿足鋰電池的充電需求，并且減小了電壓和電流的波動， 在一定范圍內(nèi)時都能實現(xiàn)了正常充電。此外，該設(shè)計還具有 過電流保護和短路電流保護功能。然而充電效率還有待提高。* 通訊作者：余醉仙參考文獻1 翟佳潔 .太陽能路燈控制硬件電路設(shè)計J. 綠色科技，2014（2）.2 何朝陽，戴軍，吳麗琴 .太陽能路燈控制器的設(shè)計 J. 電子技術(shù)， 2006（12） .3 崔容強

9、，趙春江，吳達成 .并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)M.化學(xué)工業(yè)出版社，2007.7.4 黃漢云 .太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用原理 M. 化學(xué)工業(yè)出版 社， 2009.3.5 羅玉峰，陳裕先，李玲 .太陽能光伏發(fā)電技術(shù) M. 江 西高校出版社， 2009.6.6 MOTOROLA TL494 Datasheet 1996.7 Varghese ， M.P.， A. Manjunatha and C.N. Raghu. An inventive approach of stability for Voltage Regulator Modules with high frequency multiphase buck converters in Power ElectronicsC. Drives and Energy Systems（ PEDES）， 2012 IEEE International Conference. 2012. Bengaluru.8 ?T顯爭，李訓(xùn)銘.智能型太陽能充電電路設(shè)計 J.東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） ，第 38 卷，增刊（ II）2008.11.9 Jaw-Kuen ， S.， et al.， Design ofa Solar PowerManagement System for an