基于SPCE061的太阳能锂离子电池充电器设计

引言

太阳能的绿色与可再生特性，使其在低碳和能源紧缺的今日备受关注。锂离子电池因比能量高、自放电低的特性，逐渐取代铅酸电池成为主流。由目前常用的太阳能电池的输出特性可知，太阳能电池在一定的光照度和温度下，既非恒流源，亦非恒压源，其最大功率受负载影响。而锂离子电池可看作一个小负载电压源。如不加控制直接将二者连接，则将太阳能电池的工作电压箝位于锂离子电池工作电压，无法高效利用能源。

本文采用SpCE061单片机，利用MppT技术使太阳能电池工作于最大功率点，并且对锂离子电池的充电过程进行控制，延长锂离子电池使用寿命，保证充电安全。

1最大功率点跟踪技术原理（MaximumpowerpointTracking简称MppT）

太阳能电池有着非线性的光伏特性，所以即使在同一光照强度下，由于负载的不同也会输出不同的功率。

其电压、电流与功率在光照度1kW/m2,T=25℃条件下的输出曲线如图1所示。其短路电流isc与开路电压uoc由生产商给出，pmpp为该条件下的最大功率点。

由于太阳能电池受到光强、光线入射角度、温度等多种因素的影响，最大功率相应改变，对应最大功率点的输出电压、输出电流和内阻也在不停变化。因此，要使用基于pWM的可调DC/DC变换器，使负载相应改变，才能使太阳能电池工作在最大功率点上。

图1太阳能电池的典型输出曲线

2电路工作原理

图2示出太阳能充电器的原理框图。其中微控制器采用凌阳公司生产的SpCE061A单片机，该单片机含有7个10位ADC（模-数转换器）并内置了pWM功能，大大简化电路复杂程度，提高稳定性。电压采样电路与电流采样电路通过ADC将电压值与电流值送入MCU,MCU根据MppT算法计算pWM控制BUCK电路完成对充电过程的控制。

图2整体充电器原理框图

图3为BUCK变换器电路。由MOSFET管Q3、电感L1与继流二极管D1构成典型的BUCK降压DC/DC变换器，Q1和Q2组成MOSFET管驱动电路，Uout输出至锂离子电池正极。

图3BUCK变换器电路

图4为电流采样电路。Rsense用一小阻值精密电阻作为采样电阻，通过将电阻两端电压使用差分放大器输送到SpCE061的A/D端进行采样。为使采样精确，防止电源线与地线干扰，使用线性光耦HCNR200进行隔离。

图4电流采样电路

图5所示为电压采样电路。因为SpCE061的A/D端输入范围为0~3V,而太阳能电池的输出常常高于3V,因此采用反向比例放大器，使输入与AD采样范围相匹配。

图5电压采样电路