工程师的太阳能电池板电池充电器设计全过程

一个到地的编程电流设置电池充电电流 (4A)，该电池充电电流一直是稳定的，直到电池电压达到预设的浮置电压 (在本文情况下为 14V) 为止。随着电池达到其满充电状态，电路的编程将自动转入涓流充电状态，并就电池的输出电压而言缓慢降低充电电流。这减轻了由于恒定过冲电给电池造成的压力。

一个理想二极管电路设计与 DC133A 充电系统的输出串联，利用 LTC4414 实现电路保护，并允许在充电电路以最小损耗运行的同时使用电池。这种自动电源通路 (PowerPath?) 控制使外部设备能够自由地用太阳能电池板或电池供电。当太阳能电池板功率不足时，电路自动转为从电池吸取功率。该电路设计与 LTC4414 数据表第九页上的图 2 类似。LTC4414 (8 引线 MSOP 封装) 控制一个外部 P 沟道 MOSFET,以产生接近理想的二极管功能，用于电源切换。这允许多个电源高效率进行"或" 操作;在本文情况下，电源是太阳能电池板和电池。当连接一个外部设备时，电池和充电系统接受负载状态。在无负载时，将对电池充电。因此该设计允许一起使用太阳能电池板和电池供电，同时运行电池充电过程。这一部分没有演示板可用，因此我按照定制电路板上的应用电路进行设计。

电流检测系统与电池串联，利用并联检测电阻器测量电池的输入充电电流和输出放电电流，而无需断开电路。图 3 的方框图仅说明了输入充电电流。LTC6103 (采用 8 引线 MSOP 封装，在 4V 至 60V 范围内工作) 是一个双路独立电流检测放大器，可通过外部检测电阻器监视电流。该器件以 mV 为单位测量和提供电池充电和放电电流的电流比率输出。在本文情况下，它帮助指示电池充和放了多少电量。这是一种以低功率损耗读取电流的方法，这对保持一个高能效系统至关重要。我略微调节了 LTC6103 (DC1116A) 演示板以实现这一点。引脚 8 和 7 分别与进入电池的电流通路 +IN_A 和 -IN_A 串联。这将提供进入电池的充电电流。引脚 6 和 5 相互掉换后反着连接，以测量电池放电电流通路，+IN_B (引脚 5) 连接到 -IN_A (引脚 7)，-IN_B (引脚 6) 连接到 +IN_A (引脚 8)。电阻器的值以 10 为倍数改变和调节，以便在 0.1Ω 并联检测电阻器与电路串联时，输出以 100mV/A 变化。图 5 中的万用表显示整个系统的结果。太阳能电池板输出电压是 17.11V,电池电压为 12.95V,充电电流是 3.58A.

图 5:万用表显示 17.11V 太阳能电池板输出，12.95V 电池充电电压;3.58A 电池充电电流

ADC 和微控制器读数

我决定，每次检查电路是否正常运行时不使用电压表，因为电压表在沙漠中难以携带。为了避免携带多个万用表，我用一个微控制器和 ADC 来读取系统的电压值，并在一般的 LCD 显示屏上显示信息。这种方法可就电路性能提供实时数据，而无需连接几个万用表。我使用 DC590B 演示板和 LTC2418 8信道 / 16 信道 24 位 ADC 演示板 DC571A.我的同事 Mark Thoren 给了我 PIC 微控制器的嵌入式源代码样本，我微调了这个源代码样本，以跨 LTC2418 上 ADC 的不同通道对电压采样，并以可接受的分辨率、准确地读出 mV 范围的电压值。既然基准电压的最大范围是 2.5V,那么我用一种电压分压器方法来按比例将电压降低到 mV 范围，以在 ADC 上实现正确的测量。通道连接到单个有关的输入和输出电压上，包括电流检测电压。这么做非常成功，无需多个万用表。图 6 是一个有关这个 LCD 显示屏的全功能系统的例子。我在 LCD 上得到的最后的显示提供了有关以下电压的信息：变化的太阳能电源电压 Vs、充电电路电压 Vc、电池电压 Vb、以及电池上的输入充电/放电电流 C 和 D.在本文情况下，是"C",它在充电。放电时，程序将改变到"D".

图 6:LCD 读数：Vs (太阳能电池板电压);Vc (充电电路电压);Vb (电池电压);C = 充电电流 (4.3A)，

用DC590B PIC 微控制器控制;用 LTC2418 演示板 DC571 ADC 读取电压，该演示板由 LTM4601 演示板 DC1041A 微型模块降压型稳压器供电。

注意，DC590B 演示板不是靠 12V 轨供电，而是靠 5V 轨供电。需要一个降压型稳压器将电压从电池的 12V 降低到 5V.这个降压型稳压器将必须是高效率的，因为电源将来自太阳能电池板和电池，我不想因运行 LCD 显示屏和微控制器而耗费大量功率。我使用 LTM4601 微型模块 DC/DC 开关稳压器演示板 DC1041A.

LTM4601 是一个 LGA 封装的 15mm x 15mm x 2.8mm 微型模块 DC/DC 开关稳压器，在 12A 最大负载电流时，输入为 4.5V 至 20V,输出为 0.6V 至 5V.LTM4601 的设计使得非常容易从 12V 电池提供一个稳定的 5V 输出。该微型模块包括所有