基于TPS5430和MAXl674的智能充電器

摘要：太陽能電池板的便攜式充電器是解決通信設備、田間測量儀器等移動式電子產品供電問題的最佳解決方案之一。采用TPS5430降壓電路和MAXl674升壓電路，由LM393、ICL7660等元件構成的切換電路為控制核心，設計具有自啟動功能的電能收集充電器。充電器能夠根據充電電壓的不同，自動切換到不同的DC-DC變換電路，實現高效、快速充電。測試表明，當充電電源內阻Rs為100 Ω，充電電壓Ec在10～20 V范圍內，充電電池電動勢Ec為3．6 V、內阻Rc為0．1 Ω時，充電電流I>58 mA，自動啟動充電電壓為3．6 V，電池放電電流為3 mA；而當充電電源內阻Rs為1 Ω，充電電壓Es在1．2～3．6 V范圍內時，最大充電電流可達256 mA。
關鍵詞：TPS5430；MAXl674；LM393；ICL7660；充電器

太陽能的開發(fā)及利用在大力提倡發(fā)展低碳經濟的時代背景下日益受到矚目。我國光伏產業(yè)以每年30％的速度增長，最近三年全球太陽能電池總產量平均年增長率高達49.8％以上。而通信設備、田間測量儀器等便攜式電子產品的普及使得以太陽能電池板為基礎的便攜式充電裝置倍受青睞，不受地域限制，能夠在傳統充電器無法工作的場合進行應急或可持續(xù)充電。目前，充電電池的充電技術主要有電壓負增量控制、時間控制、溫度控制、最高電壓控制技術等。假設充電電池的電壓保持恒定的條件下，利用LM393、ICL7660等元件構成的切換電路控制，由TPS5430降壓電路和MAXl674升壓電路組成智能充電器，由可調直流電源模擬當太陽能電池板的輸出電壓大范圍變化時，實現充電器的
自動啟動并盡可能地增大充電電流來實現充電效率的提高。

1 理論分析與計算
充電器的測試原理示意圖如圖l所示。假定太陽能電池板的輸出功率有限，電動勢Es在一定范圍內緩慢變化，監(jiān)測和控制電路采用間歇工作方式，以降低能耗?？沙潆姵氐碾妱觿軪c恒定為3．6 V，內阻Rc為0．1 Ω。

直流電源電動勢為Es，電源內阻為Rs，可充電池電動勢為Ec，可充電池內阻為Rc，充電電流為Ic，為防止電流倒灌，在可充電池兩端并聯電阻Rd。理想情況下，充電器的輸入阻抗與電源內阻匹配，此時直流電源輸出功率為充電器輸出功率為Po=EcIc，則效率為。由此可得，當Rs=100 Ω，Es=10 V時，Ps=0．25 W，Ic>64 mA，η>92．16％；當Es=20 V時，Ps=1 W，Ic>160 mA，η>57．6％。為了盡可能提高高電壓時的充電效率，除選用TPS5430構成降壓電路外，應盡量降低切換電路的開關頻率。電路中主要功耗元件是功率場效應管(FET)，在低頻情況下，功率FET主要是傳導損耗，在高頻情況下，傳導損耗維持不變，同頻率有關的損耗會增大。較高或較低的開關頻率均會使效率降低，綜合考慮各因素并結合試驗，測得開關頻率為500 kHz時效率為94．35％。

2 硬件電路設計
充電器硬件電路組成框圖如圖2所示。充電器由切換電路自動判斷直流電源輸入電壓，選擇升壓或降壓電路，實現在工作電壓范圍內自動切換，模擬對充電電池的充電效果。