太陽能手機充電器畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　燕山大學畢業(yè)設(shè)計(論文)任務書</p><p>　　學院：電氣工程學院 系級教學單位：電氣工程系 </p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　太陽能作為一種可再生、清潔能源，對于化石能源的

2、替代和環(huán)境問題的改善有很大幫助。目前，太陽能電池在便攜式電子設(shè)備中的應用已經(jīng)取得了很大的進步?，F(xiàn)在手機已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠郑鞘謾C電池的儲能是有限的，在遠離市電的環(huán)境下，電池的耗盡為通信帶來極大的不便。而且，近些年來手機充電器的安全問題已逐步受到人們的關(guān)注。</p><p>　　本文在對太陽能手機充電器進行了理論研究與計算機仿真的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩種在沒有電源的情況下也能給手機充電的太陽能手機充電

3、器，即基于集成芯片的太陽能手機充電器與基于MPPT的太陽能手機充電器。在硬件電路與軟件程序方面進行了詳細的設(shè)計，使其能夠?qū)崿F(xiàn)其作為充電器應具備的基本功能。還應用MATLAB仿真軟件對電路進行了仿真研究。并且對兩種太陽能手機充電器設(shè)計方案進行了比對，闡述了各自的優(yōu)缺點。</p><p>　　關(guān)鍵詞：　手機充電器；太陽能；MATLAB；芯片；單片機</p><p><b>　　Abs

4、tract</b></p><p>　　Solar energy as a renewable and clean energy, to the improvement of the replace fossil energy and the environment are of great help. At present, the solar cell application in portabl

5、e electronic devices has made great progress. Now mobile phone has become an indispensable part of People's Daily life, but mobile phone battery energy storage is limited, in far away from the grid environment, batte

6、ry run out for communication inconvenient. Moreover, the security problems of mobile phone chargers ha</p><p>　　Of solar mobile charger in this paper, on the basis of theory research and computer simulation,

7、 design the two solar mobile charger witch can also be used to recharge the phone without power , solar mobile charger based on integrated chip and solar mobile charger based on the MPPT. In the aspect of hardware circui

8、t and software program in detail design, so it can realize it as a charger should possess the basic function. What’s more,this paper used the MATLAB simulation software of circuit simul</p><p>　　Keywords　Mob

9、ile phone charger; Solar energy; MATLAB; Chips; Single chip microcomputer</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>&

10、lt;b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義1</p><p>　　1.1.1 太陽能研究的背景及意義1</p><p>　　1.1.2 手機充電器研究的背景及意義2</p><p>　　1.2 市場產(chǎn)品概況及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1

11、.2.1 市場產(chǎn)品概況2</p><p>　　1.2.2 太陽能國內(nèi)研究狀況3</p><p>　　1.2.3 太陽能國外研究狀況3</p><p>　　1.3 課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　1.4 本章小結(jié)4</p><p>　　第2章 太陽能電池與蓄電池的論述5</p><

12、;p>　　2.1 太陽能電池的研究5</p><p>　　2.1.1 太陽能電池的工作原理5</p><p>　　2.1.2 太陽能電池的等效電路5</p><p>　　2.1.3 太陽能電池的輸出特性7</p><p>　　2.1.4 太陽能電池仿真模型的建立8</p><p>　　2.1.5太陽能電

13、池最大功率的實現(xiàn)10</p><p>　　2.2 蓄電池及其充電控制14</p><p>　　2.2.1 蓄電池介紹15</p><p>　　2.2.2 蓄電池充電方法15</p><p>　　2.2.3 蓄電池充電仿真16</p><p>　　2.3 本章小結(jié)18</p><p>

14、　　第3章 基于芯片的太陽能手機充電器硬件設(shè)計19</p><p>　　3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計19</p><p>　　3.2 CN3063芯片介紹19</p><p>　　3.3 MCC6288芯片介紹22</p><p>　　3.4 本章小結(jié)24</p><p>　　第4章 基于MPPT的太陽能手機充電

15、器硬件設(shè)計25</p><p>　　4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計25</p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計要求25</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計25</p><p>　　4.1.3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計26</p><p>　　4.2 具體硬件電路的設(shè)計27</p><p&

16、gt;　　4.2.1 基于MPPT的蓄電池充電控制電路設(shè)計27</p><p>　　4.2.2 蓄電池放電電路30</p><p>　　4.2.3 控制系統(tǒng)電路設(shè)計32</p><p>　　4.2.4 軟件設(shè)計40</p><p>　　4.3 本章小結(jié)43</p><p><b>　　結(jié)論44&l

17、t;/b></p><p><b>　　參考文獻45</b></p><p><b>　　致謝46</b></p><p>　　附錄1 開題報告47</p><p>　　附錄2 中期報告51</p><p><b>　　第1章 緒論</b>

18、</p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義</p><p>　　1.1.1 太陽能研究的背景及意義</p><p>　　隨著人們對化石能源的開采，能源日益緊缺，再加上化石能源對環(huán)境的污染越來越嚴重，環(huán)保的壓力不斷增大，尋找廉價的新型的清潔能源，成為了世界各國的發(fā)展方向。對于地球來說，接收到的太陽能遠遠大于所利用的能量，這就造成了能源和資源的浪費。而且，太陽能

19、屬于清潔能源，不會產(chǎn)生化石燃料燃燒所產(chǎn)生的溫室氣體，更不會對環(huán)境造成污染。因此，為了提高國際競爭力，各國對于太陽能資源的利用和開發(fā)更是刻不容緩。太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅是單純的經(jīng)濟問題，更是能源替代和環(huán)保的問題。太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能，不需要消耗燃料和水等物質(zhì)，轉(zhuǎn)換過程中不釋放包括二氧化碳在內(nèi)的溫室氣體，是對環(huán)境沒有任何污染的可再生能源。這對改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室效應具有非常重大的意義。目前，太陽能電池的應用已從軍

20、事、航天領(lǐng)域進入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門。而且隨著太陽能電池技術(shù)的改進以及新型光—電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明，以及各國對環(huán)境的保護要求和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍是利用太陽輻射能切實可行的方法，為人類將來大規(guī)模地利用太陽能開辟廣闊的前景。太陽能電池技術(shù)最重要的研究內(nèi)容，就是如何在給定光電轉(zhuǎn)換材料</p><p>　　1.1.2 手機充電器研究的背景及意義 </p><p

21、>　　自馬丁庫伯在1973年發(fā)明了手機，經(jīng)過幾十年的發(fā)展它已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的通訊工具。目前，中國已擁有13億的手機用戶，如果手機無法正常使用，將會給我們的工作、生活帶來許多的不便，甚至造成巨大的損失。手機充電器作為手機的一個必不可分的組件，它的性能好壞，會直接影響到手機的正常使用，所以手機充電器的作用至關(guān)重要。然而現(xiàn)在市場上有些充電器的產(chǎn)品質(zhì)量并不能滿足要求，而且還存在著安全隱患。充電器的質(zhì)量、安全等一系列問題不僅直接

22、影響著手機的正常使用，還使手機電池的壽命大大減少。尤其是安全問題特別重要，有關(guān)手機在充電過程中發(fā)生爆炸的事故很多，這很大程度上和手機充電器的質(zhì)量有關(guān)。所以手機充電器的質(zhì)量不能保證的話，一旦出現(xiàn)意外，就會產(chǎn)生難以想象的危害。而智能充電器能夠?qū)Τ潆娺^程進行控制，不僅可以在充電過程中對電池進行保護，還可以防止過電壓并控制充電溫度[1]。還存在的一個問題是，手機電池的儲能是有限的，外出遠離市電的人們經(jīng)常會遇到手機沒電又無法及時補充電能的情況，這

23、時，太陽能手機充電器的優(yōu)點就顯現(xiàn)出來。首先，它特別適合應急的場合，只要有陽光的地方就可以進行充電；其次，它體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保的理念，是</p><p>　　1.2 市場產(chǎn)品概況及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 市場產(chǎn)品概況</p><p>　　如今，市場上手機充電器的類型主要有旅行手機充電器、座式充手機電器、車載手機充電器、無線手機充電器、太陽能手機充

24、電器等。目前，市場上銷售最多的是旅行手機充電器，嚴格地從充電電路進行分析，只有非常少的一部分充電器屬于真正意義上的智能控制手機充電器。現(xiàn)在一些較好的手機充電器有如下特點：多電壓可選、限流保護、體積小、重量輕、快速充電、自動關(guān)斷等。而且隨著節(jié)能環(huán)保概念的提出，對手機充電器節(jié)能環(huán)保與可靠性也提出了更高的要求，因此，太陽能手機充電器必然成為以后手機充電器的一種發(fā)展趨勢。</p><p>　　1.2.2 太陽能國內(nèi)研究狀

25、況</p><p>　　中國從1958年開始了太陽能電池的研究，在1971年成功應用在東方紅二號衛(wèi)星上，于1973年開始應用在地面上。可以說我國的光伏發(fā)電起步較晚，但是發(fā)展速度較快。中國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在20世紀80年代以前一直處于起步階段，但是隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展，政府對光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的關(guān)注與投入也越來越大。自2002年起，我國太陽能電池制造業(yè)高速發(fā)展，但是，在太陽能電池的應用方面，跟發(fā)達國家相比，我國太陽能光伏電池

26、的市場需求相對較小，發(fā)展相對緩慢，工藝技術(shù)方面也比較落后，在國外的市場仍面臨著嚴峻的考驗。在太陽能電池的研究方面，國內(nèi)很多高校和研究機構(gòu)也都長期致力于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究，并積累了許多經(jīng)驗也取得了一些的研究成果。雖然與國外相比，我國的技術(shù)水平和投入力度還有很多不足，在太陽能光伏發(fā)電的應用層面上還有很大的發(fā)展空間，但是，隨著我國經(jīng)濟的進一步發(fā)展，以后一定可以利用豐富的太陽能資源解決資源短缺的問題。</p><p&g

27、t;　　1.2.3 太陽能國外研究狀況</p><p>　　太陽能光伏產(chǎn)業(yè)從20世紀80年代以來一直持續(xù)發(fā)展，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應用于全世界，特別是在非洲、澳洲、南美洲、亞洲等國家普遍受到重視。為了鼓勵開發(fā)和利用光伏能源，各國政府出臺了各種鼓勵政策以推動太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其以美國、德國等一些西方發(fā)達國家為主。德國率先推出“1000太陽能屋頂計劃”，美國也在1997年提出“百萬屋頂計劃”，并制定相關(guān)的財政

28、補貼政策，此后，意大利、法國、西班牙荷蘭等國家也紛紛出臺政策以鼓勵、促進太陽能光電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2]。使得其應用范圍遍及到幾乎所有的用電領(lǐng)域。太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也隨著技術(shù)的進步不斷地提高，晶體硅的光電轉(zhuǎn)換效率達到15%，單晶硅的光電轉(zhuǎn)換效率為23.3%，砷化鎵光電池的光電轉(zhuǎn)換效率是25%，特別是新型的薄膜太陽能電池由于用硅量只有硅片電池的1/100，加工工藝簡化，可以大大縮短能量返還的時間，提高能量的再生比。</p>

29、<p>　　1.3 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本文在對太陽能手機充電器進行了理論研究與計算機仿真的基礎(chǔ)上，設(shè)計了兩種太陽能手機充電器，即基于集成芯片的太陽能手機充電器與基于MPPT的太陽能手機充電器。對兩種太陽能手機充電器設(shè)計方案進行了比對，闡述了各自的優(yōu)缺點。并且在硬件電路與軟件程序方面進行了詳細的設(shè)計，使其能夠?qū)崿F(xiàn)其作為充電器應具備的基本功能。還應用MATLAB仿真軟件對電路進行了仿真

30、研究。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要從太陽能與手機充電器研究的背景和意義、太陽能產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀以及手機充電器的市場分析幾個方面介紹了本文所設(shè)計的太陽能手機充電器的研究意義與價值，并且說明了本文設(shè)計的主要內(nèi)容。</p><p>　　第2章 太陽能電池與蓄電池的論述</p>

31、<p>　　2.1 太陽能電池的研究 </p><p>　　2.1.1 太陽能電池的工作原理</p><p>　　太陽能電池是以半導體PN結(jié)上接受太陽光照產(chǎn)生光生伏特效應為基礎(chǔ)，直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器件。太陽能電池的組成材料是半導體，其中硅應用的最為廣泛。其工作原理是：當太陽光照射在半導體表面時，半導體吸收光能，并且產(chǎn)生許多光電子-空穴對，在半導體內(nèi)的電場的作用下，光生

32、電子和空穴被分離，半導體兩端出現(xiàn)異種電荷的積累，即產(chǎn)生光生電壓。如果在內(nèi)建電場的兩側(cè)引出電極并接上負載，則負載就有光生電流流過，從而獲得了功率的輸出[3]。這樣，太陽能通過太陽能電池就轉(zhuǎn)換為了可以使用的電能。當把很多光伏電池單元通過串并聯(lián)的方式組合在一起，就構(gòu)成了光伏電池組件，經(jīng)過封裝就成為了常見的太陽能電池板，可以在太陽光的作用下輸出功率滿足特定場合的需求的電能。</p><p>　　2.1.2 太陽能電池的等

33、效電路</p><p>　　光伏電池受光的照射便產(chǎn)生電流。這個電流隨著光強的增加而增大，當接受的光強度一定時，可以將光伏電池看作恒流電源。目前使用的光伏電池可看作P-N結(jié)型二極管，其等效電路由光生電流源及一系列電阻組成，如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 太陽能電池等效電路圖</p><p>　　用公式表示太陽能電池發(fā)電狀態(tài)的電流方程式為：</p&

34、gt;<p>　　(2-1) </p><p>　　(2-2) </p><p>　　式中 Iph——光生電流，(A)；</p><p>　　Io——二極管反向飽和電流，(A)；</p><

35、p>　　q——電子電荷(1.6×10-9C)；</p><p>　　K——玻爾茲曼常數(shù)(1.38×10-23J/K)；</p><p>　　T——絕對溫度，(K)；</p><p>　　A——PN結(jié)的曲線常數(shù)；</p><p>　　當光照條件與溫度一定時，根據(jù)公式(2-2)得到太陽能電池的I-V特性曲線與P-V特性曲

36、線，如圖2-2所示[4]。</p><p>　　圖2-2(a) 太陽能電池的I-V特性曲線</p><p>　　圖2-2(b)太陽能電池的P-V特性曲線</p><p>　　由圖2-2可以得到太陽能電池的幾個重要的參數(shù)：</p><p>　　短路電流(Isc)：在給定光照強度和溫度下的最大輸出電流；</p><p>　

37、　開路電壓(Voc)：在給定光照強度和溫度下的最大輸出電壓；</p><p>　　最大功率點電流(Im)：在給定光照強度和溫度下相對于最大功率點的電流；</p><p>　　最大功率點電壓(Vm)：在給定光照強度和溫度下相對于最大功率點的電壓；</p><p>　　最大功率點功率(Pm)：在給定光照強度和溫度下輸出的最大功率。</p><p>

38、;　　2.1.3 太陽能電池的輸出特性</p><p>　　太陽能電池的輸出特性受多種外界因素的影響，尤其是光照強度和溫度。太陽能電池輸出電壓、輸出電流與輸出功率隨光照強度的變化曲線如圖2-3所示，太陽能電池輸出電壓、輸出電流與輸出功率隨溫度的變化曲線如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-3(a) 太陽能電池在25℃下不同光照強度下的I-V特性曲線</p><p&

39、gt;　　圖2-3(b) 太陽能電池在25℃下不同光照強度下的P-V特性曲線</p><p>　　由圖2-3可以看出，短路電流隨著光照強度的增加而大幅增加，開路電壓隨光照強度的增加略有增加，所以，輸出功率是隨著光照強度的增加而增加的。</p><p>　　圖2-4(a) 太陽能電池在S=1000W/㎡時不同溫度下的I-V特性曲線</p><p>　　圖2-4(b)

40、太陽能電池在S=1000W/㎡時不同溫度下的P-V特性曲線</p><p>　　由圖2-4可以看出，短路電流隨溫度的升高而略有增加，開路電壓隨溫度的升高而大幅減少，所以，輸出功率是隨著溫度的升高而降低的。</p><p>　　2.1.4 太陽能電池仿真模型的建立</p><p>　　把式(2-2)進行近似，即忽略(U+IRs)/Rsh，并且設(shè)定Iph=Isc。設(shè)在開

41、路狀態(tài)下：I=0，V=Voc；在最大功率點處：V=Vm，I=Im。</p><p>　　由上述條件可以把式(2-2)化簡為：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　在最大功率點處有：</b></p><p><b>　　(2-4)</b>&

42、lt;/p><p>　　在常溫條件下：exp[Vm/(C2Voc)]≥1，可忽略“-1”項，得出C1為：</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　在開路狀態(tài)下，把式(2-5)帶入式(2-3)得：</p><p>　　(2-6) </p><p>　　

43、由于exp(1/C2)≥1，可忽略“-1”項，得到C2：</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　按照標準，取Sref=1000W/m2，Tref=25℃為參考光照強度與溫度。設(shè)T為任意光照強度S及任意溫度Tair下的太陽能電池的溫度，則有：</p><p><b>　　(2-8)</b><

44、;/p><p>　　對于I-V特性曲線上任意一點(V'，I')有：</p><p>　　(2-9) </p><p><b>　　(2-10)</b></p><p><b>　　(2-11)</b></p><p><b>　　(2-12)

45、</b></p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　式中 α——參考光照強度下的電流溫度系數(shù)，取0.0012Isc(A/℃)；</p><p>　　β——參考光照強度下的電壓溫度系數(shù)，取0.005Voc(V/℃)。</p><p>　　根據(jù)上文中的數(shù)學模型，建立的太陽能電池的sim

46、ulink模型如圖2-5所示。 </p><p>　　圖2-5 simulink太陽能電池模型</p><p>　　2.1.5太陽能電池最大功率的實現(xiàn)</p><p>　　太陽能電池是一種非線性電源，其最大功率點是隨著光照強度和溫度的變化而變化的。最大功率點跟蹤(MPPT)就是要使系統(tǒng)工作點跟蹤最大功率的變化，使光電轉(zhuǎn)換效率達到最大。為了實現(xiàn)最大功率點跟蹤，需要在太

47、陽能電池與負載之間接入DC/DC變換器，通過對DC/DC變化器的PWM驅(qū)動。</p><p>　　圖2-6 太陽能電池最大功率跟蹤原理圖</p><p>　　(1)最大功率跟蹤控制算法</p><p>　　現(xiàn)在有多種MPPT控制的算法，電導增量法因其控制準確，響應速度快而得到了廣泛的應用。</p><p>　　因為太陽能電池的P-V曲線在最大

48、功率點處的斜率是零，于是得到：</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　式(2-15)就是實現(xiàn)MPPT的條件，也就是說，當輸出電導的變化量與輸出電導的負值相

49、同時，太陽能電池工作于最大工作點處。電導增量法的流程圖如圖2-7所示，simulink仿真模塊如圖2-8所示。</p><p>　　圖2-7 電導增量法計算流程圖</p><p>　　圖2-8 電導增量法的simulink仿真模塊</p><p><b>　　(2)升壓變換器</b></p><p>　　DC/DC變換器

50、采用BOOST電路，太陽能電池的輸出電壓Upv就是BOOST電路的電源，設(shè)BOOST電路的輸出電壓為Uo。BOOST電路如圖2-9所示，當開關(guān)管導通時，二極管VD關(guān)斷，電源Upv 向大電感L儲存能量，同時大電容向負載RL供電，此時Uo=Upv；當開關(guān)管關(guān)斷時，電感的電流不能突變，二極管導通，電感與電容一起向負載供電，同時向電容充電，此時Uo=Upv-UL。由上述工作原理，整理可得BOOST 電路輸入電壓Upv與輸出電壓Uo之間的關(guān)系為：

51、</p><p>　　(2-16) </p><p>　　輸入電流IL與輸出電流Io之間的關(guān)系為： </p><p><b>　　(2-17)</b></p><p>　　則等效電阻Req為:</p>

52、<p><b>　　(2-18) </b></p><p>　　由式(2-18)可知，調(diào)節(jié)BOOST電路的開關(guān)的占空比D，就可以改變輸入阻抗的大小，當BOOST電路的等效輸入阻抗與太陽能電池的輸出阻抗相匹配時，太陽能電池的輸出功率達到最大[6]。</p><p>　　圖2-9 BOOST升壓變化器電路圖 </p><p><

53、b>　　(3)仿真結(jié)果 </b></p><p>　　基于BOOST電路，對太陽能電池的最大功率跟蹤進行simulink仿真，該仿真模塊主要包括：太陽能電池模塊、MPPT模塊、BOOST電路部分。其主要研究在不同光照強度與溫度下太陽能電池輸出最大功率的變化。仿真模型如圖2-10所示。</p><p>　　圖2-10 實現(xiàn)MPPT的simulink仿真模塊</p>

54、;<p>　　設(shè)太陽能電池工作的光照強度與溫度的初始值分別是1000W/㎡和25℃。在仿真時間為200s時，光照強度變?yōu)?00W/㎡，溫度不變?yōu)?5℃；在仿真時間到達350s時，溫度變?yōu)?0℃，光照強度為800W/㎡。得到太陽能電池輸出的電流、電壓、功率的波形圖如圖2-11、圖2-12、圖2-13所示。</p><p>　　圖2-11 輸出電流波形</p><p>　　圖2-

55、12 輸出電壓波形</p><p>　　圖2-13 輸出功率波形</p><p>　　由仿真結(jié)果可以看出，在200s時，由于光照強度的減少，輸出電壓與輸出功率隨之降低，最后趨于穩(wěn)定，即此時輸出的功率為該條件下的最大功率；在350s時，輸出電壓與輸出功率也隨著溫度的增加而降低，最終尋得該條件的最大功率。從而驗證了電導增量法實現(xiàn)MPPT的正確性。</p><p>　　2

56、.2 蓄電池及其充電控制</p><p>　　2.2.1 蓄電池介紹 </p><p>　　蓄電池可以儲存白天吸收的太陽能，這樣就可以隨時為手機充電，使得太陽能手機充電器更具有實用性和便捷性。現(xiàn)在，普遍應用的儲能電池主要有:鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。與其他電池相比，鋰離子電池具有能量密度高、容量大、體積小、重量輕、壽命長、沒有記憶效果等優(yōu)點，廣泛應用與各類電子產(chǎn)品中。因此，本設(shè)計選用

57、鋰離子電池作為儲能蓄電池。所選鋰離子電池的特性為：額定電壓是3.7V，終止充電電壓是4.2V,終止放電電壓是2.5V。蓄電池作為系統(tǒng)的儲能裝置，必須對充電電流與充電電壓進行合理的控制，才能保證電池的安全使用，提高電池的使用壽命[7]。</p><p>　　2.2.2 蓄電池充電方法</p><p>　　1.恒流充電法。在充電過程中充電電流始終保持不變，稱為恒定電流充電法。這種充電方法控制簡

58、單，易于做到，適合對多個電池串聯(lián)的電池組進行充電。但是由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程而逐漸下降的，到充電后期時，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過多，因此，恒流充電法不能很好地為電池進行充電。</p><p>　　2.恒壓充電法。在充電過程中充電電壓始終保持不變，稱為恒定電壓充電法。隨著蓄電池兩端電壓的升高，電流逐漸減小。這種充電方法電解水很少，能夠避免蓄電池過充，但在充電初期電流過大，然后快速下降

59、，對蓄電池壽命造成很大影響。鑒于這種缺點，恒壓充電很少使用，只有在充電電壓底而充電電流大的時候使用。</p><p>　　3.恒流恒壓充電法。在充電初期用恒流充電的方法給蓄電池充電，當電池兩端的電壓達到終止充電的電壓時，改用恒壓充電的方法，稱為恒流恒壓充電。在恒流充電階段電池可以快速充電，在恒壓充電階段能夠確保電池充到滿容量，這種充電方法所需充電時間短，充電效果好，能延長蓄電池使用壽命，并節(jié)省電能，充電又徹底，所

60、以是當前普遍使用的一種充電方法。恒流恒壓充電曲線圖如圖2-14所示[8]。</p><p>　　圖2-14 恒流恒壓充電曲線圖</p><p>　　因此，本設(shè)計選用恒流恒壓充電的方法為蓄電池進行充電。</p><p>　　2.2.3 蓄電池充電仿真</p><p>　　蓄電池恒流恒壓充電方法的原理如圖2-15所示。</p>&l

61、t;p>　　圖2-15 蓄電池恒流恒壓充電原理框圖</p><p>　　圖中 Ig——蓄電池恒流充電過程的電流參考值，(A)；</p><p>　　Ug——蓄電池恒壓充電過程的電壓參考值,(V)。</p><p>　　利用MATLAB中simulink軟件環(huán)境可以得到仿真電路2-16所示。仿真結(jié)果如圖2-17所示[9]。</p><p>

62、;　　圖2-16 蓄電池恒流恒壓充電仿真原理圖 </p><p>　　圖2-17(a) 蓄電池充電仿真電壓變化曲線</p><p>　　圖2-17(b) 蓄電池充電仿真電流變化曲線</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了太陽能電池的工作原理與其等效電路模型的建立，分析了太

63、陽能電池的輸出特性和光照強度、溫度對輸出特性的影響；介紹了用電導增量法實現(xiàn)的太陽能電池最大功率的跟蹤。還使用MATLAB軟件建立了太陽能電池的模型，對太陽能電池最大功率的跟蹤進行了仿真。還闡述了鋰離子電池類型的蓄電池，并介紹了三種常見的充電方式。對恒流恒壓充電方式進行了simulink建模與仿真。</p><p>　　基于芯片的太陽能手機充電器硬件設(shè)計</p><p>　　作為人們出行隨身

64、攜帶的電子產(chǎn)品，要求太陽能手機充電器具有體積小、質(zhì)量輕的特點。而作為消費產(chǎn)品，還要求它滿足成本低、可靠性高的特點。本章依據(jù)以上要求，設(shè)計了一款基于集成芯片的太陽能手機充電器。</p><p>　　3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計</p><p>　　(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　鑒于手機充電器便攜性的要求，本設(shè)計設(shè)計了一種簡單的太陽能手機充電器。它的工作過程是：

65、在陽光滿足條件的情況下，太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲在蓄電池中，這樣就可以隨時為手機充電。在蓄電池的充電管理部分和蓄電池的放電部分都采用專用的芯片來實現(xiàn)，簡化了電路，降低了成本。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　(2)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計 </p><p>　　太陽能電池板的選擇為：開路電壓6.8V,短路電流

66、175mA,最大電壓5.5V,最大電流150mA，峰值功率0.825W外型尺寸是104×69mm；蓄電池的參數(shù)選擇為：選擇鋰離子電池作為儲能蓄電池，標稱電壓3.7V，充電終止電壓4.2V，放電終止電壓2.5V，額定容量1000mAh；蓄電池的充電控制芯片選為CN3063，蓄電池放電電路的升壓芯片選為MCC6288[10]。</p><p>　　3.2 CN3063芯片介紹</p><

67、p>　　CN3063是可以用太陽能電池供電的單節(jié)鋰電池充電管理芯片。該器件內(nèi)部包括功率晶體管，應用時不需要外部的電流檢測電阻和阻流二極管。內(nèi)部的8位模擬-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，非常適合利用太陽能電池等電流輸出能力有限的電壓源供電的鋰電池充電應用。CN3063只需要極少的外圍元器件，并且符合USB總線技術(shù)規(guī)范，非常適合于便攜式

68、應用的領(lǐng)域。熱調(diào)制電路可以在器件的功耗比較大或者環(huán)境溫度比較高的時候?qū)⑿酒瑴囟瓤刂圃诎踩秶鷥?nèi)。內(nèi)部固定的恒壓充電電壓為4.2V，也可以通過一個外部的電阻調(diào)節(jié)。充電電流通過一個外部電阻設(shè)置。當輸入電壓掉電時，CN3063自動進入低功耗的睡眠模式，此時電池的電流消耗小于3μA。其它功能包括輸入電壓過低鎖存，自動再充電，電池溫度監(jiān)控以及充電狀態(tài)、充電結(jié)束狀態(tài)指示等功能[11]。 </p><p><b>

69、　　(1)特點 </b></p><p>　　內(nèi)部集成有8位模擬-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調(diào)整充電電流；可利用太陽能電池等輸出電流能力有限的電壓源供電的鋰電池充電應用；輸入電壓范圍：4.35V 到 6V片內(nèi)功率晶體管；不需要外部阻流二極管和電流檢測電阻；恒壓充電電壓4.2V，也可通過一個外部電阻調(diào)節(jié)；為了激活深度放電的電池和減小功耗，在電池電壓較低時采用涓流充電模式；可設(shè)置的

70、持續(xù)恒流充電電流可達500mA；采用恒流恒壓恒溫模式充電，既可以使充電電流最大化，又可以防止芯片過熱；電源電壓掉電時自動進入低功耗的睡眠模式；充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)雙指示輸出；C/10充電結(jié)束檢測；自動再充電；電池溫度監(jiān)測功能。</p><p><b>　　工作原理 </b></p><p>　　當輸入電壓大于低電壓檢測閾值和電池端電壓時，CN3063開始對電池充電。

71、如果電池電壓Kelvin檢測輸入端(FB)的電壓低于3V，充電器用恒流充電模式充電電流的10%對電池進行充電。當電池電壓Kelvin檢測輸入端(FB)的電壓超過3V時，充電器采用恒流模式對電池充電，充電電流由ISET管腳和GND之間的電阻RISET。確定。當電池電壓Kelvin檢測輸入端(FB)的電壓接近電池端調(diào)制電壓時，充電電流逐漸減小，進入恒壓充電模式。當輸入電壓大于4.45V，并且充電電流減小到充電結(jié)束閾值(恒流充電電流的10%)

72、時，充電周期結(jié)束。如果要開始新的充電周期，只要將輸入電壓斷電，然后再上電就可以了。當電池電壓Kelvin檢測輸入端(FB)的電壓降到再充電閾值以下時，自動開始新的充電周期。芯片內(nèi)部的高精度的電壓基準源，誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡確保電池端調(diào)制電壓的誤差在±1%以內(nèi)，滿足了電池的要求。當輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時，充電器進入低功耗的睡眠模式，電池端消耗的電流小于3uA，從而增加了待機時間。具有輸入電壓源限流模式，當CN

73、3063輸入電壓源的電流輸出能力(帶負載能力)小于第2管腳</p><p><b>　　(3)參數(shù)設(shè)定 </b></p><p>　　在恒流模式，計算充電電流的公式為： </p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　其中 ICH ——充電電流，A；</p>&l

74、t;p>　　RISET ——ISET管腳到地的電阻，Ω。</p><p>　　本設(shè)計中充電電流設(shè)置為1A，則電阻的阻值為1.8K；電源輸入端需要一個旁路電容，一般情況下，22uF的電容可以滿足要求，對電容的類型沒有限制；為了保證充電器正常工作，需要從電池端BAT到GND之間連接一個電容，電容值為4.7uF；VIN與TEMP之間接的片外電阻和熱敏電阻構(gòu)成分壓網(wǎng)絡以防止電池溫度過高，片外電阻的推導十分簡單，只要

75、滿足在電池溫度達到高端溫度保護點時，在TEMP管腳分得的電壓為46%×VIN即可。</p><p>　　CN3063的應用電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 蓄電池充電控制電路</p><p>　　3.3 MCC6288芯片介紹</p><p>　　MCC6288系列產(chǎn)品是一種高效率、低紋波、工作頻率高的PFM升壓D

76、C-DC變換器。僅需要四個元器,就可完成將低輸入的電池電壓變換升壓到所需的工作電壓。電路采用了高性能、低功耗的參考電壓電路結(jié)構(gòu)，同時在生產(chǎn)中引入修正技術(shù)，保證了輸出電壓的高輸出精度及低溫度漂移。內(nèi)置EN使能端，可控制變換器的工作狀態(tài)，可使它處于關(guān)斷省電狀態(tài)，功耗降至最小。MCC6288是一款BOOST 結(jié)構(gòu)、電壓型PFM控制模式的DC-DC轉(zhuǎn)換電路。芯片內(nèi)部包括輸出 電壓反饋和修正網(wǎng)絡、啟動電路、震蕩電路、參考電壓電路、PFM 控制電路

77、、過流保護電路以及功率管。MCC6288所需的外部元器件非常少，只需要一個電感、一個肖特基二極管和輸入輸出電容就可以提供2.5V到6.0V 的穩(wěn)定的低噪聲輸出電壓。PFM控制電路是MCC6288的核心，該模塊根據(jù)其他模塊傳遞的輸入電壓信號、負載信號和電流信號來控制功率管的開關(guān)，從而達到控制電路恒壓輸出的作用。在PFM控制系統(tǒng)中，固定震蕩頻率和脈寬，穩(wěn)定的輸出電壓是根據(jù)輸入-輸出電壓比例以及負載情況通過削脈沖來調(diào)節(jié)在單位時間內(nèi)功率管導通時

78、間來實現(xiàn)。震蕩電路提供基準震蕩頻率和固定的脈寬。參考</p><p><b>　　首先定義：</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　1.由公式：</b></p><p><b>　　(3-3)</b></

79、p><p>　　可計算得電感值為：4.2μH，本設(shè)計中取值為10μH。</p><p><b>　　2.由公式：</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　可計算的輸出電容為：14μF，本設(shè)計中取值為：15μF。</p><p>　　3.二極管的

80、選型為：正向?qū)妷旱?、反應時間快的肖特基二極管IN5820，峰值反向電壓VRRM =20V，正向平均整流電流IF=3A,正向?qū)▔航礦F=0.85V。</p><p>　　4.輸入端加上10uF 以上的濾波電容，用于減小輸出的噪聲。</p><p>　　MCC6288的應用電路如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 MCC6288應用電路</p>

81、;<p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了基于集成芯片的太陽能手機充電器的硬件電路設(shè)計，重點介紹了蓄電池充電控制芯片CN3606與放電升壓芯片MCC6288的功能及應用電路設(shè)計。</p><p>　　基于MPPT的太陽能手機充電器硬件設(shè)計</p><p>　　第3章所設(shè)計的基于集成電路的太陽

82、能手機充電器能夠很大程度上簡化電路的設(shè)計，降低耗能，減少生產(chǎn)成本。但是，它也存在一些缺陷：無法使太陽能電池工作在最大功率處，不能夠?qū)崿F(xiàn)真正的智能控制，沒有顯示設(shè)備，而且集成電路對電路的散熱要求更高，修理成本高。因而，本章將重點介紹一種以單片機為核心的能實現(xiàn)MPPT的太陽能手機充電器的設(shè)計。它可以檢測到電池充電飽和時的電壓信號變化，然后精準地結(jié)束充電。它還有許多的優(yōu)點，如可靠性高、操作簡單，具有安全性和通用性等, 代表著未來充電器發(fā)展方向

83、。</p><p>　　4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計 </p><p>　　4.1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計要求</p><p>　　本設(shè)計要完成的主要任務是：太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并把電能儲存在蓄電池中，為手機提供穩(wěn)定的充電電源。具體包括：在恒流充電階段能夠自動調(diào)整太陽能電池的負載，以實現(xiàn)太陽能電池的最大功率跟蹤；太陽能充電器在陽光下能夠給蓄電池進行充電，也可以為手機充

84、電，蓄電池在任何時候可以提供穩(wěn)定的電源給手機充電；系統(tǒng)具有充放電選擇和指示功能[]。</p><p>　　4.1.2 系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計</p><p>　　1.太陽能電池板的參數(shù)選擇。本設(shè)計選擇的太陽能電池板的參數(shù)具體為：開路電壓4.9V,短路電流1.46A,最大電壓4V,最大電流1.25A，峰值功率5W。</p><p>　　2.蓄電池的參數(shù)選擇。選擇型號為PL52

85、6067M的鋰離子電池作為儲能蓄電池，標稱電壓3.7V，充電終止電壓4.2V，放電終止電壓2.5V，額定容量2200mAh，外形尺寸是67.5×60.5×5.2mm。</p><p>　　3.充電電路的參數(shù)設(shè)定。輸入電壓的額定值為4V,最大值是4.9V。 輸出電壓額定值為3.7V，變化的范圍是2.5V到4.2V。</p><p>　　4.放電電路的參數(shù)設(shè)定。輸入電壓額定

86、值是3.7V，輸出電壓是5V，輸出電流1A，工作頻率50KHz。</p><p>　　4.1.3 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計所設(shè)計的太陽能手機充電器主要包括以下幾個部分：太陽能電池板、蓄電池充電電路、蓄電池放電電路、控制電路、按鍵及顯示電路。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖</p>&l

87、t;p>　　當選擇為蓄電池充電模式時，太陽能電池后所加BOOST電路的作用是:當蓄電池兩端的電壓小于2.5V時，輸出100mA的電流進行預充電；當蓄電池兩端的電壓在2.5V到4.2V之間的時候，即在恒流充電階段，首先進行太陽能電池的最大功率跟蹤(通過PWM控制變換器的占空比，來調(diào)整太陽能電池的負載為最佳匹配負載，通過直接檢測太陽能電池的輸出電壓和輸出電流，連續(xù)計算太陽能電池的輸出功率，通過尋優(yōu)的方法來獲得太陽能電池的最大輸出功率)

88、，輸出電流會逐漸上升直至達到闕值(最大充電電流值1A)，中止最大功率跟蹤開始恒流充電，當外界條件發(fā)生變化使輸出電流小于最大充電電流時，則轉(zhuǎn)入最大功率跟蹤直到輸出電流達到闕值，如此電路在最大功率跟蹤與恒流充電方式自由切換，直到蓄電池兩端的電壓達到4.2V為止；在恒壓充電階段，使BOOST電路輸出恒定的4.2V直到充電電流將為100mA。當選擇為手機直接充電時，BOOST電路將太陽能電池的輸出電壓升壓到穩(wěn)定的5V，直接對手機充電。</

89、p><p>　　放電電路是BOOST升壓電路，將蓄電池輸出的電壓升壓到5V，為手機提供穩(wěn)定的電源進行充電。</p><p>　　控制電路的核心器件是單片機，具體的電路包括:單片機外圍電路、采樣電路、驅(qū)動電路、輔助電源電路?？梢愿鶕?jù)采樣的太陽能電池輸出的電壓與電流信號，調(diào)節(jié)BOOST電路占空比來實現(xiàn)太陽能最大功率跟蹤和蓄電池充電控制；可以根據(jù)蓄電池兩端電壓信號的檢測判斷是否可以充放電，保護蓄電池

90、；可以根據(jù)蓄電池輸出電壓信號的檢測，調(diào)節(jié)放電電路BOOST電路占空比使輸出電壓穩(wěn)定。</p><p>　　4.2 具體硬件電路的設(shè)計</p><p>　　4.2.1 基于MPPT的蓄電池充電控制電路設(shè)計</p><p>　　圖4-2 最大跟蹤電路圖</p><p>　　太陽能電池的最大功率跟蹤電路如圖4-2所示，包括了屏蔽二極管、電壓檢測電路

91、、電流檢測電路以及BOOST電路。</p><p><b>　　(1)屏蔽二極管</b></p><p>　　屏蔽二極管的作用是用來防止太陽能電池輸出電壓低于蓄電池兩端電壓時，蓄電池向太陽能電池倒送電能從而消耗蓄電池的能量并導致太陽能電池板發(fā)熱的情況。屏蔽二極管的選型為：采用肖特基二極管RHD31R-40，其峰值反向電壓VRRM =40V，正向平均整流電流IF=3A,

92、正向?qū)▔航礦F=0.55V。</p><p>　　(2)BOOST電路設(shè)計</p><p><b>　　1.開關(guān)頻率的選擇</b></p><p>　　綜合考慮單片機的時鐘頻率、PWM分辨率、電感體積、電路損耗以及噪聲干擾等因素，本設(shè)計選擇的開關(guān)頻率為50KHz。</p><p><b>　　2.升壓電感設(shè)計

93、</b></p><p>　　直流升壓電感的設(shè)計目標是紋波電流不超過某個要求值，本設(shè)計中按照經(jīng)驗以直流側(cè)額定電流的20%作為紋波電流的上限。BOOST電路在連續(xù)工作模式下有:</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>

94、　　由式(4-1)和式(4-2)可得：</p><p>　　(4-3) </p><p>　　計算可知當占空比為0.5時，紋波電流達到最大，可得電感的計算公式：</p><p><b>　　(4-4)</b></p><p

95、>　　式中 Vin——太陽能電池的輸出電壓；</p><p>　　Vout——BOOST電路的輸出電壓；</p><p><b>　　D——占空比；</b></p><p><b>　　T——周期；</b></p><p><b>　　f ——開關(guān)頻率；</b></

96、p><p>　　Ip——電感紋波的峰值電流；</p><p>　　Ipmax——電感紋波最大峰值電流。</p><p>　　將參數(shù)Vout=8V，Ipmax=1.2A，f=50KHz代入式(4-4)可以計算出電感L=33.3μH，本設(shè)計取電感值為47μH。</p><p><b>　　3.輸入電容設(shè)計</b></p&g

97、t;<p>　　為了減小電感紋波電流對太陽能電池板的沖擊，需要在BOOST電路的輸入端加入一個電容，設(shè)計的目標是在電感紋波電流達到最大的情況下，電容上的紋波電壓不能超過輸入電壓的1%，在連續(xù)工作模式下，電感與電容能量相互傳遞，可以得到以下計算公式：</p><p><b>　　(4-5)</b></p><p><b>　　即：</b&g

98、t;</p><p><b>　　(4-6)</b></p><p>　　將參數(shù)L=47μH，I=1A，Ipmax=1.2A，Vin=4V代入公式(4-6)中，計算得C=352.5μF本設(shè)計取輸入電容值為360μF。</p><p>　　4.輸出濾波電容的設(shè)計</p><p>　　輸出濾波電容的選擇要滿足輸出電壓紋波的要

99、求，本設(shè)計要求輸出電壓紋波不超過輸出電壓的1%。輸出電壓紋波由輸出電容Co和等效電阻Rco確定，而CoRco的值一般為常數(shù)，本設(shè)計取為65μF，因此輸出電容的選擇通過選擇合適的Rco來確定。由以下公式：</p><p><b>　　(4-7)</b></p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　可計

100、算出Co=39μF，因此，本設(shè)計的輸出濾波電容取為39μF。</p><p>　　5.開關(guān)管與二極管的選擇</p><p>　　考慮開關(guān)管流過的電流的最大值與關(guān)斷時承受的最大反向電壓，本設(shè)計最終選擇N溝道的MOSFET管NCE3010，其額定電壓為VDS=30V，額定電流為ID=10A。</p><p>　　本設(shè)計二極管的選型為快恢復二極管IN5822,其反向峰值電

101、壓VRRM =40V，正向平均整流電流IF=3A。 </p><p>　　4.2.2 蓄電池放電電路 </p><p>　　本設(shè)計選用BOOST電路為蓄電池的放電電路。將蓄電池輸出的3.7V升高到穩(wěn)定的5V，然后為手機充電。而且為了給輔助電源提供能量以及對蓄電池的保護，當檢測到蓄電池兩端電壓低于3.2V時，利用單片機關(guān)斷放電電路。放電電路如圖4-6所示。</p><

102、p>　　圖4-6 BOOST放電電路</p><p>　　BOOST電路的工作原理已在4.2.1節(jié)中詳細介紹過了。將參數(shù)Vin=3.7V，Vout=5V，Ipmax=1.2A，f=50KHz代入式(4-4)中，可計算得升壓電感L=20.8μH。將參數(shù)ΔVO=0.05，ΔIL=0.4A，代入(4-7)、(4-8)，可計算得濾波電容為520μF。</p><p>　　根據(jù)計算結(jié)果與實際常

103、用值，本設(shè)計選取22μH的電感，560μF的電容。二極管選擇的型號為快恢復二極管IN5817,其反向峰值電壓VRRM =20V，正向平均整流電流IF=1A。開關(guān)管選擇的型號為N溝道MOSFET管NCE3010，其額定電壓為VDS=30V，額定電流ID=10A。</p><p>　　在MATLAB中對蓄電池的放電電路進行仿真，仿真的電路模型如圖4-7所示，仿真結(jié)果如圖4-8所示。</p><p&

104、gt;　　圖4-7 放電電路simulink模型</p><p>　　圖4-8(a)蓄電池輸出電壓波形</p><p>　　圖4-8(b) BOOST輸出電流波形</p><p>　　圖4-8(c) BOOST輸出電壓波形</p><p>　　從仿真結(jié)果可以看出，利用單片機實現(xiàn)閉環(huán)控制，當鋰離子電池輸出的電壓降低時，可以保證輸出電壓與電流的穩(wěn)

105、定，保證了手機充電的穩(wěn)定性。</p><p>　　4.2.3 控制系統(tǒng)電路設(shè)計</p><p>　　控制系統(tǒng)的核心器件是單片機，主要功能是控制信號的采集、按鍵的操作以及控制顯示器的輸出。由于AT89C51單片機具有低電壓、高性能的特點，含有定時器能夠控制系統(tǒng)定時采集PWM脈沖控制信號、3個8路的I/O口用來連接按鍵、顯示以及數(shù)模轉(zhuǎn)換部分，能夠滿足本系統(tǒng)的控制要求，所以本設(shè)計選取型號為AT8

106、9C51的單片機，完成控制數(shù)據(jù)的采集以及對采集的數(shù)據(jù)分析處理后生成PWM脈寬調(diào)制信號控制開關(guān)管的導通和關(guān)斷，并將數(shù)據(jù)送至顯示電路顯示的任務，從而實現(xiàn)了充電過程的智能控制。</p><p>　　(1)單片機AT89C51</p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的CMOS 8位單片機。包含中央處理器(CPU)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、程序存儲器(ROM)、中斷

107、系統(tǒng)、串行接口、并行接口和計數(shù)/定時器等幾大單元。單片機的引腳圖如圖4-9所示。</p><p>　　單片機AT89C51的管腳說明如下：</p><p>　　VCC——供電電壓；</p><p>　　GND——接地端； </p><p>　　P0口——P0口是一個8位雙向I/O口。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/

108、地址的第八位； </p><p>　　P1口——P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故；</p><p>　　P2口——P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口； </p><p>　　P3口——P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的

109、8位雙向I/O口；</p><p>　　RST——復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間；</p><p>　　PSEN——外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每</p><p>　　圖4-9 單片機AT89C51引腳圖</p><p>　　個機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，

110、這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)； </p><p>　　XTAL1——反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入； </p><p>　　XTAL2——來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　單片機的具體工作過程是：上電復位，查詢按鍵確定功能，然后轉(zhuǎn)入相應子程序并分析計算PWM占空比，開始輸出電流或電壓，并將數(shù)據(jù)送至顯示電路顯示。在輸出過程中

111、通過單片機定時器定時檢測輸出電流或電壓，與設(shè)定值比較后調(diào)節(jié)PWM占空比，使輸出趨于設(shè)定值。在電池充電過程中，通過檢測電流大小而確定電池充電多少，從而改變充電方式或決定是否停止充電。</p><p>　　單片機具備了CPU、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和輸入輸出口等硬件資源之后，還需要供電電源、時鐘觸發(fā)和復位等控制的支持才能正常工作。單片機復位電路的極性電容的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用10uF，容值越大需要的

112、復位時間越短。單片機晶振電路的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快，晶振電路的起振電容一般采用30pF，并且電容離晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。單片機的復位電路如圖4-10所示，晶振電路如圖4-11所示。</p><p>　　圖4-10 單片機復位電路圖 圖4-11 單片機晶振電路如</p><p><b>　　(2)采樣電路&

113、lt;/b></p><p><b>　　1.電壓采樣電路</b></p><p>　　電壓采樣電路采用兩個電阻串聯(lián)分壓的方式。這樣可以使檢測到的電壓信號能夠通過ADC0809進行數(shù)模轉(zhuǎn)化之后輸入單片機進行判斷。在太陽能電池板輸出端檢測電壓時，選擇兩個為50Ω的電阻；蓄電池輸出端采用兩個500Ω的電阻串聯(lián)采樣；BOOST電路輸出端采樣兩個1KΩ的電阻采樣。<