無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)太陽能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2．2 太陽能板的選取
選取太陽能電池板時(shí)主要考慮太陽能板的最大輸出電壓和輸出電流。一般給鋰電池充電的電壓要大于4．2 V，太陽能板的輸出電流決定了充電時(shí)間。常用的太陽能板主要有單晶和多晶電池板兩種，單晶板和多晶板的區(qū)別在于最高效率的單晶電池片比最高效率的多晶電池片效率高約1％。由于單晶的有刀角而并非完整的正方角，在使用中遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于多晶，而且市場數(shù)量明顯少于多晶。同功率的單晶電池板價(jià)格要比同功率的多晶板高些。
本文采用的是輸出電壓為5．5 V，輸出電流為140～150 mA的單晶太陽能電池板，尺寸為95 mm×95 mm；主要是考慮到野外安裝時(shí)，如果太陽能電池板的體積太大不容易安裝。
2．3 充電管理電路設(shè)計(jì)
充電管理電路連接著太陽能電池板和鋰電池，主要功能是將收集到的能量有效地存儲在鋰電池中，同時(shí)提供對鋰電池充電過程中的過壓、過流保護(hù)，防止因過充對鋰電池造成的損害。上海如韻電子有限公司的CN3063芯片可以用于太陽能電池供電的單節(jié)鋰電池充電管理芯片。該芯片內(nèi)部的8位模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動(dòng)調(diào)整充電電流，用戶不需要考慮最壞情況，可最大限度地利用輸入電壓源的電流輸出能力，非常適用于太陽能電池等電流輸出能力有限的靠電壓源供電的鋰電池充電的應(yīng)用。
充電控制電路如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/160604.htm
當(dāng)太陽能電池板輸入電壓大于低電壓檢測閾值和鋰電池端電壓時(shí)，CN3063開始對鋰電池進(jìn)行充電，
引腳輸出低電平時(shí)紅色LED亮，表示充電正在進(jìn)行；當(dāng)充滿電后，
引腳輸出低電平時(shí)綠色LED亮，表示充電完畢。
最大充電電流由ISET引腳的外接電阻決定，考慮到系統(tǒng)擴(kuò)展需要，在本設(shè)計(jì)中，外接電阻R1取值為3．6 kΩ，則充電電流為：
這里需要注意一點(diǎn)，雖然最大充電電流設(shè)為500 mA，但是當(dāng)使用單片太陽能板時(shí)，最大輸出電流為150 mA，此時(shí)CN3063芯片會(huì)自動(dòng)調(diào)整最大允許充電電流為150 mA，這就是“輸入限流模式”。在此模式下用戶只需要關(guān)注系統(tǒng)最大充電電流即可，所以該芯片非常適合利用太陽能電池等電流輸出能力有限的電壓源對鋰電池進(jìn)行充電的應(yīng)用。這里設(shè)計(jì)的最大充電電流為500 mA，主要是考慮到系統(tǒng)升級需要，比如某些場合下可以使用兩塊太陽能板并聯(lián)，則最大充電電流可以達(dá)到300 mA，此時(shí)系統(tǒng)硬件不需要改動(dòng)。
鋰電池充電過程示意圖如圖3所示。
鋰電池充電過程分析。當(dāng)FB端檢測到鋰電池端電壓低于3 V時(shí)，進(jìn)行預(yù)充電，此時(shí)充電電流為最大充電電流的10％；當(dāng)FB端檢測到鋰電池端電壓大于3 V時(shí)，調(diào)整為恒流充電模式，同時(shí)自動(dòng)檢測鋰電池端電壓。當(dāng)鋰電池端電壓達(dá)到4．2 V時(shí)，自動(dòng)調(diào)整充電模式為恒壓充電模式，此時(shí)用小電流對鋰電池充電，主要是為了防止“虛充”，當(dāng)充電電流減小到充電結(jié)束閾值時(shí)，充電周期結(jié)束。
從整個(gè)充電過程分析可以看到，CN3063芯片可以自動(dòng)檢測充電電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)充電模式，使得充電效率較高。因此，使用該芯片設(shè)計(jì)鋰電池充電電路較為簡單，利于推廣應(yīng)用。
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