王安敏 孟海彥 孔令布

（青島科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院 青島 266061）

1 引言

太陽能是一種無污染、免費(fèi)的清潔型能源，在越來越多的場合中得到應(yīng)用，比如戶外GPS導(dǎo)航儀、相機(jī)、路燈、手機(jī)充電等。光伏電池的轉(zhuǎn)換效率由內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，目前效率低、價格高，因此為了得到最大的功率減少使用量，實(shí)現(xiàn)快速高效的充電目標(biāo)，設(shè)計(jì)的基于CN3722的低功耗太陽能充電器，可實(shí)現(xiàn)對最大功率點(diǎn)MPPT跟蹤，可實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率轉(zhuǎn)換，目前城市道路推廣智能化停車，本論文設(shè)計(jì)的CN3722的充電控制器，滿足停車泊位地磁數(shù)據(jù)的收發(fā)功耗，進(jìn)而檢測泊位停車狀態(tài)。

2 CN3722系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對于光伏電池板，雖然不同的光照下其最大峰值功率點(diǎn)不同，但是最大的功率點(diǎn)對應(yīng)得輸出電壓相同，此電壓稱為最大功率點(diǎn)電壓，為了使光伏電池板工作在最大功率點(diǎn)，太陽能控制器需將輸出的電壓保持在最大功率點(diǎn)電壓。采用CH3722作為充電管理芯片，應(yīng)用特殊的輸入電壓調(diào)整環(huán)路，當(dāng)使用太陽能電池板供電的時候，光伏電池輸出電壓降低時，CN3722會自動降低充電電流，使其保持在最大的峰值功率輸出點(diǎn)。設(shè)計(jì)的CN3722可實(shí)現(xiàn)以最大功率點(diǎn)跟蹤，滿足系統(tǒng)的總體流程。如圖1所示系統(tǒng)總體構(gòu)架圖。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 CN3722充電管理芯片功能介紹

城市道路智慧停車地磁泊位檢測到的數(shù)據(jù)收發(fā)供電系統(tǒng)之所以選擇CN3722，因?yàn)镃N3722可以使用太陽能電池供電的PWM降壓模式充電管理集成電路，具有太陽能電池最大功率跟蹤點(diǎn)功能，適合于單節(jié)或多節(jié)鋰電池或磷酸鐵鋰電池的充電管理，CN3722可設(shè)置最大充電電流達(dá)到5A，PWM開關(guān)頻率達(dá)到300kHz，具有7.5V～28V寬輸入電壓范圍。提供電池充電狀態(tài)和充滿狀態(tài)的指示燈提示，還具有電池溫度監(jiān)視、壞電池檢測及自動充電功能。

2.2 CN3722充電階段

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，在光照充足的時候把輸出的多余能量儲存在電池中，保證系統(tǒng)在弱光時也能正常工作，本系統(tǒng)采用容量12V/24Ah的磷酸鐵鋰電池，其重量輕、體積小、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)越性，性價比較高。決定電池使用壽命的一個重要的因素就是電池的充電方法。如圖2所示CN3722的充電分為三個階段，即預(yù)置充電階段、恒流充電階段、恒壓充電階段，本系統(tǒng)采用恒流恒壓充電法，開始采用恒流充電，避免剛開始恒壓充電電流過大對電池造成損壞，然后采用恒壓充電，避免恒流充電后期過充和電流利用率降低快的缺點(diǎn)。

圖2 CN3722的充電階段

3 CN3722充電管理硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 CN3722硬件電路圖

CN3722充電管理硬件電路圖如圖3、圖4所示。

圖3 太陽能接口硬件電路圖

城市道路路測智能停車設(shè)備，由地磁感應(yīng)設(shè)備檢測地磁擾動的大小，讀寫器接收到地磁設(shè)備發(fā)送的相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的算法判斷泊位的停車狀態(tài)，整個流程的功耗均有太陽能控制器提供。如圖5所示讀寫器接口電路圖。

圖5 讀寫器硬件接口電路圖

3.2 CN3722引腳功能

電池端的電壓VCC_BAT通過電阻R7和R11構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)反饋到FB引腳，CN3722芯片根據(jù)FB引腳的電壓決定充電的狀態(tài)，如果充電電池的電壓小于恒壓充電電壓的66.7%，則自動進(jìn)入涓流充電模式，充電電流為設(shè)置的恒流充電的15%，如果充電電池的電壓大于恒壓充電電壓的66.7%，則進(jìn)入恒流充電模式，此時充電電流由R1和R3電阻設(shè)置。當(dāng)電池電壓上升到接近恒壓充電電壓時，充電進(jìn)入恒壓充電階段，充電的電流逐漸減小到恒流充電電流的9.5%時，充電結(jié)束指示燈亮，充電結(jié)束。

CN3722具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能，檢測太陽能電池板上的發(fā)電電壓，跟蹤最高電壓電流值，是系統(tǒng)以最大的功率對電池進(jìn)行充電，MPPT引腳通過兩個精密電阻分壓，在最大功率狀態(tài)是MPPT引腳電壓為1.04V，受溫度影響系數(shù)為-0.4%/℃，CN3722具有檢測輸出電壓鎖存功能，電壓低于6V時電路斷開，充電結(jié)束，CN3722會進(jìn)入睡眠模式，降低功耗。

在TEMP引腳接了10K的熱敏電阻R12，檢測溫度，如果超過正常溫度充電會暫停，溫度恢復(fù)以后，充電恢復(fù)正常。

CN3722有兩個狀態(tài)指示燈，充電進(jìn)行中狀態(tài)和電池充滿狀態(tài)，分別由引腳CHRG和DONE控制。

3.3 元器件的選擇

1）電容的選擇：輸入輸出電容一般選擇50V10uFde電解電容，補(bǔ)償電容C9為陶瓷電容需滿足式（1）：

2）PMOS的選擇：如果充電電流小于2.5A，選擇AO3407A；如果充電電流為2.5A～5A時，選擇SI4435DY。

3）二極管D1、D2的選擇：如果充電電流小于2.5A，選擇30BQ015；如果充電電流為2.5A～5A時，選擇50WQ03FN。

4）電阻R1，R3的選擇：當(dāng)充電電流為1A時，R1//R3=0.2Ω；當(dāng)充電電流為2A時，R1//R3=0.1Ω；當(dāng)充電電流為3A時，R1//R3=0.067Ω；當(dāng)充電電流為4A時，R1//R3=0.05Ω；當(dāng)充電電流為5A時，R1//R2=0.04Ω。

5）最大功率跟蹤引腳MPPT：由精密電阻R6和R9分壓，電壓被調(diào)制在1.04V，最大功率點(diǎn)電壓為

6）FB引腳電壓調(diào)制在2.416V，根據(jù)FB引腳的電壓決定VBAT的電壓：

7）電感器的選擇，由表1知，如果選擇的電感值不同，那么充電控制器的充電電流就不同，選擇合適的電感值可以提高充電電流值，該設(shè)計(jì)的地磁泊位收發(fā)供電系統(tǒng)，為了能夠在短時間內(nèi)達(dá)到快速充電的效果，因此選擇電感值為10uH，達(dá)到以4A的電流快速充電的效果。

表1 電感值表

4 充電數(shù)據(jù)分析

地磁檢測器是智能停車泊位檢測停車狀態(tài)的主要組成部分，由圖6知待機(jī)狀況下消耗的電流在20uA以下，接收數(shù)據(jù)的功耗也很小，只有在發(fā)射數(shù)據(jù)的時候功耗達(dá)到幾A，經(jīng)過模擬實(shí)際測量自收自發(fā)消耗0.038A，功耗達(dá)到0.456W，發(fā)射數(shù)據(jù)是功耗最大可達(dá)到1W左右，由表1可得一天之內(nèi)滿足半個小時太陽光即可滿足整個系統(tǒng)的功耗。

經(jīng)過實(shí)際測試測得太陽能板輸出電壓和電池的電壓，如表2所示在12：00～15：00之間太陽能板電壓和電池電壓值。

圖6 地磁數(shù)據(jù)功耗圖

表2 電壓表

經(jīng)過實(shí)際測量，測得最大功率電壓在18V，有時受溫度影響在17.5V～18V之間。由表1知CN3722設(shè)計(jì)的充電系統(tǒng)不僅可以滿足停車泊位地磁數(shù)據(jù)的發(fā)送消耗的能量，而且還把多余的電量存儲在電池之中，表1電池電壓逐漸增大。因此，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以最大的功率點(diǎn)對電池進(jìn)行充電，并具有溫度檢測、低電壓鎖存、過電壓保護(hù)、充電狀態(tài)指示等功能。CN3722僅需要電阻分壓來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤?；贑N3722的低功耗太陽能充電器設(shè)計(jì)，在滿足停車泊位地磁數(shù)據(jù)發(fā)送消耗的情況下并以最大功率給電池充電。因此本系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。