太阳能充电器电路设计论文

摘要本文旨在设计一种新型充电电路，利用太阳能对锂电池进行充电。通过TD1410芯片实现降压型电路设计，对太阳能电池电压的输出进行稳压，继而对锂电池进行充电，并且对电路板进行了多次测试。结果表明，电路稳压充电效果良好，为利用太阳能对锂电池进行充电的充电器设计提供了参考。今天小编为大家推荐《太阳能充电器电路设计论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

太阳能充电器电路设计论文 篇1：

具有调光功能的太阳能矿用灯帽电路设计

摘要：文章针对现有矿用帽灯使用过程中存在的安全、耗能等问题，提出一种具有调光功能的太阳能矿用灯帽电路设计的新方案。介绍了太阳能电池的几种等效电路模型，太阳能充电电路的参数设计以及驱动调光电路的设计。

关键词：矿用帽灯；调光；太阳能；等效电路；参数设计

太阳能作为一种新能源，环保、清洁、经济，在工业和日常生活中发挥着越来越重要的作用，以太阳能作为供电的产品不断地涌现，而现有的矿用灯帽的照明系统通常采用充电电池进行供电，然而充电电池一旦电量用完之后，对其进行充电需要很长的时间，影响矿灯帽的正常使用，而且现有的矿灯帽的亮度无法进行调节，在较亮的环境中使用矿灯帽会导致电池电量的浪费，因此本文提出具有调光功能的太阳能矿用灯帽非常具有现实的意义。

1 太阳能电池模型

太阳能电池模型目前主要是以研究复杂的光电转换详细过程为主的物理模型和通过分析输出特点确定等效模型的外特性模型为主。电池工作的核心部分便是P-N结，通过恒流源与正向的二极管的并联构成电池外特性模型主要组成部分

该电路的设计实现了四级调光，从Q0的接入基极通过电流最小，导致集电极的电流也是最小，此时的LED发光强度最小，可以适合矿下近距离的工作，而Q3接入通过基极电流最大，此时LED驱动光源的发光强度达到最大，适合矿下远距离的工作。

4 结语

当今提倡节能减排，太阳能与LED的结合符合绿色照明的需求，采用可调的驱动电路大大增加了电路的可靠性；多级调光使光源可以满足工作的需要，符合矿下的工况，在今后发展中值得推广具有很大的发展前景。

参考文献

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基金项目：本文系国家大学生创新创业项目（项目编号：201210290021）研究成果。

作者简介：彭俊泉（1994—），男，江苏南通人，供职于中国矿业大学机电工程学院，研究方向：机械设计与制造。

作者：彭俊泉等

太阳能充电器电路设计论文 篇2：

锂电池太阳能充电电路设计

摘 要 本文旨在设计一种新型充电电路，利用太阳能对锂电池进行充电。通过TD1410芯片实现降压型电路设计，对太阳能电池电压的输出进行稳压，继而对锂电池进行充电，并且对电路板进行了多次测试。结果表明，电路稳压充电效果良好，为利用太阳能对锂电池进行充电的充电器设计提供了参考。

关键词 太阳能 TD1410 降压电路 锂电池充电

Key words solar； TD1410； step-down circuit； lithium battery charging

太阳能作为一种可再生能源，从发展之初就备受关注。如今，经过近六十年的研究，太阳能电池的应用技术已经相对成熟。太阳能型移动电源在长日照地区有很大的运用空间，可以通过充足的光照补充电量。然而，它容易受到天气特别是光照的影响，使得输出电流波动较大。若将太阳能电池的电压和电流进行调节使其稳定，满足锂电池充电需求，便能解决该问题，从而可以在偏远落后地区或者通电困难的情况满足供能需求。

锂电池作为一种便携式可充电池，具有能量密度高，寿命长，充电功率范围广等突出优点。本文采用了太阳能电池通过降压电路对锂电池进行供电，实现功率的稳定输出，避免了大幅波动的电流产生，同時具有过电流保护和短路电流保护功能。

1 太阳能电池工作特点

常见的太阳能电池以光电效应工作，特性类似二极管。当太阳能电池被阳光照射时，半导体材料p-n结产生新的空穴-电子对。在p-n结电场作用下，空穴向P区运动，形成负电荷区；而电子向N区运动，在N区形成正电荷区。两区域间的电动势因此产生，接上电路后电流便可形成。

由于太阳能发电板的输出电流和电压是随电池板上有效光照强度变化而波动。所以一般无法用太阳能电池直接给用电系统供电。因而考虑先将太阳能电池的能量存储起来，再通过蓄电池进行供电。这便要求充电电路能够适应太阳能电池的电压——电流输出特性，并且能提供稳定的充电电压和充电电流。

2 电路设计

单块锂电池的充电电压为低于4.2V的恒流或4.2V时恒压充电模式，若充电电压超过4.25V，则会损伤电池。因此，充电电路中芯片电压典型值在4.2V左右。

基于太阳能电池板的浮动电压——电流的输出特性和锂电池的特性，我们拟使用以TD1410（PWM Buck DC/DC Converter）为核心的脉宽调制降压型直流/直流变换电路作为充电电路。

2.1 降压斩波电路的基本原理

如图1所示，这是一个降压斩波电路结构简图，E为直流电源，V为晶闸管，VD为续流二极管，设电感L值很大，电容C值也很大，使电感电流和电容电压即负载电压E基本为恒定值。

V导通时，电源E向电感L供电并使其蓄能，电路中电流为。此时，电容C维持输出电压恒定并供电给负载R，负载电压E，负载电流按指数曲线上升；

V断开后，电感L的能量向R供能，电流为，负载电压与电源电压极性相反。负载电流经二极管VD续流，负载电压I/O近似为0，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且波动小，电路中串接的电感L值较大，负载电压的平均值为：

= = =

改变占空比，输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当0< <1/2时为降压；当1/2<<1时为升压。根据该原理，搭建出降压电路基本结构，如图2所示。

2.2 基于TD1410降压充电电路设计

图2中TD1410芯片固定频率为380KHZ，为脉冲宽度调制电路，是一款开关型的降压转换电路。内部集成了功率晶体管，使电源电压在3.6V-20V范围波动情况下能够稳定输出2A电流。以图1所示的降压斩波电路作为模板，太阳能电池的电压在15～20V浮动，作为左端的直流输入。电路中的电容起到滤波和减少电压波动的作用。TD1410的八个引脚需要用到五个。输出端连接的SS34（肖特基二极管）其作用有二：一是起开关电路输出续流作用，保持输出电流的连续性；二是起反向隔离作用，防止输出端的11.1V电压反向影响输入端。在理论上认为电感值为无穷大，在实际工程运用中，考虑电感性能和经济性两个指标，选用15uh的电感。调节和可以改变输出电压和电流，即改变占空比。该设计具有良好的带负载能力和线性特性，适应0～100%的占空比，具有过电流保护和短路电流保护功能。

3 电路测试

锂电池太阳能充电电路设计基于图2完成。考虑到实验过程中，电压和电流等参量会受到天气和光照等因素的影响，本实验选取了在光照强度理想的情况下，在不同时刻对锂电池进行充电测试分析。太阳能电池开路电压20V，短路电流1.2A，最大功率电压20V，最大功率电流1.1A；电池包采用3块锂电池串联，标称电压11.1V，最大充电电压14.3V，放电欠压保护9V，最大充电电流3A。

因为光照强度的变化最终导致的是输入电压电流的变化，所以我们选取电压和电流作为输入变量。分析实验测试数据，与输入电压相比，充电电压有明显下降，并且波动幅度明显小于输入电压的波动，如图3所示。对比图4中的输入电流和充电电流，可以发现当输入电流大于0.95A时，充电电流略小于输入电流；当输入电流小于0.95A时，充电电流略大于输入电流，这表明在充电过程中，电路可以对充电电压和充电电流进行调节，使其满足锂电池的充电需求，同时，减小电压和电流的波动，保证了充电的稳定性。

4 结论

本设计使用TD1410作为充电管理芯片，针对3S锂电池和太阳能电池特性，设置合适的充电电压和充电电流，搭建出了能量转换电路，实现了太阳能电池板对锂电池的稳定有效充电，并且满足锂电池和太阳能电池板的使用要求。通过实验测试表明，电路可以对充电电压和充电电流进行调节，使其满足锂电池的充电需求，并且减小了电压和电流的波动，在一定范围内时都能实现了正常充电。此外，该设计还具有过电流保护和短路电流保护功能。然而充电效率还有待提高。

*通讯作者：余醉仙

参考文献

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作者：杨皓钦　余醉仙　马春良　许志杨

太阳能充电器电路设计论文 篇3：

太阳能充电控制器的设计

[摘 要] 本文针对光伏发电系统的特性，以密封铅酸蓄电池为例，利用UC3906蓄电池充电专用芯片，设计一个性能优良的充电控制器，以提高太阳能充电的效率和延长电池的使用寿命。

[关键词] UC3906 太阳能 充电控制器

太阳能电源是利用太阳能电池将太阳能转化为电能并储存；可以用于牧区、边防、海岛的供电，也可作为移动通信基站的电源，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂些。同时为了延长蓄电池的使用寿命，还必须对它的充放电条件加以限制，本方案以密封铅酸蓄电池为例，采用UC3906设计一个太阳能专用充电控制器。以提高太阳能充电的效率和延长电池的使用寿命。

1、双电平浮充充电器

双电平浮充充电器充电状态曲线如图1所示，这种充电方式完全满足密封铅酸蓄电池的充电要求。双电平浮充充电包含大电流恒流充电、高电压恒压过充电和低电压恒压浮充三种充电状态。充电过程从大电流恒流充电状态开始，即充电器输出恒定的充电电流Imax，同时，充电器连续监控电池组两端电压。当电池电压达到转换电压V12时，电池的电量已恢复到放出容量的80％左右，充电器转入过充电状态。此时，充电器输出电压升高到恒定电压Voc。由于充电器输出电压保持恒定不变．所以充电电流连续下降。当充电电流下降到Ioct时，电池的容量己达到额定容量，充电器输出电压下降到较低的浮充电压。

2、充电控制器芯片UC3906

UC3906是全球顶尖的电源管理芯片生产商德州仪器生产的专门用于铅酸电池充电管理的IC。UC3906作为阀控密封铅酸蓄电池充电专用芯片，其内集成了实现阀控密封铅酸蓄电池最佳充电所需的3种充电逻辑控制和检测功能，并具有环境温度自适应、充放电程度自适应 以及限流、欠压保护功能。

其内部结构如图2所示。该芯片内含有独立的电压控制回路和限流放大器，它可以控制芯片内的驱动器。该驱动器的输出电流可达25mA，可直接驱动外部串联调整管，从而调整充电器的输出电压和电流。芯片内还含有电压和电流取样比较器，它用来检测蓄电池的充电状态，并且控制充电状态逻辑电路的输入信号。当电池电壓或温度过低时，充电起动比较器控制充电器进入涓流充电状态。另外，当芯片内的驱动器无输出时，该比较器还能输出25mA涓流充电电流。这样．当电池短路或反接时，充电器开始只能输出很小的充电电流，可以避免因充电电流过大而损坏电池。

UC3906的一个非常重要的特性是其采用的温度补偿技术，具有环境温度自适应性：基准电压会随着环境温度的变化而变化，在0-70℃的温度范围内，其变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全一致。在很宽的温度范围内，UC3906都能精确地检测环境温度，保证电池既充足电又不会严重过充电，使电池达到最佳的充电状态。UC3906的电源电流只有1．7mA，芯片的功耗很小，发热量非常的小，即节约了能耗，有可以实现对环境温度的准确测量，UC3960中还包含一个欠压检测电路。欠压检测电路还能驱动一个逻辑输出信号．当电源接通后，我们可以利用它来指示电源已经接通。

3、电路设计

根据前面介绍的UC3906的工作原理，以额定电压为12V，24AH的密封铅酸蓄电池设计的太阳能充电控制器如图3所示，其中输入电压、过充电压、浮充电压分别为V in=18V，Ｖoc=15Ｖ，ＶＦ=14.5Ｖ，最大电流和过充终止电流为IＭＡＸ=0.5Ａ，ＩＯＣＴ＝0.05Ａ。串联调整管与输出端之间的二极管是为防止蓄电池的输出电流流入充电器。同时为了避免输入电源中断后蓄电池通过分压电阻放电，设计时将Ｒ３通过电源指示晶体管（７脚）连接到地。

当18V输入电源加到充电器输入端后，在正常情况下，串联的功率管ＴＩＰ４２Ｃ导通，充电器立即进入大电流恒流充电状态。充电电流为0.5A，此外，充电器在浮充状态下，当电池电压下降到V31时，充电器也自动转入大电流恒流充电状态。UC3906内的欠压检测电路用于检测充电器的输入电压。当输入电压过低时，UC3906内部的驱动级没有输出电流，充电器停止充电。电压取样比较器反映了电池电压的状态。如果电池电压过低，充电器不能进入大电流恒流充电状态。刚进入过充电状态时，充电器继续输出最大电流。当电池电压达到过充电压Ｖｏｃ的９５％（即１４．２５Ｖ）时，电压放大器开始控制驱动级，使充电电压维持在过充电电压Voc。充电电流开始下降。当充电电流下降到过充电终止电流Ioct时，电流取样比较器的输出中断。过充电终止脚(8脚)的电位升高。当干扰或其他原因使充电电流瞬时下降时，为了避免充电器过早地转入浮充状态，在UC3906的8脚和接地脚之间应接入一只电容器。当8脚电压上升到规定的门限值后，充电状态逻辑电路使充电器转入浮充状态。同时充足电指示发光管发光，指示蓄电池已充足电。

在浮充状态下，充电器使电池两端电压维持在Vf，充电电流根据要求可在Imax和零之间变化。如果因电池自放电使端电压比浮充电压低10％，电压取样比较器的输出电压将控制充电状态逻辑电路，使上述充电过程重新开始。

4、结束语

本设计最大的特点是使用了专门的充电控制芯片UC3906。整个充电器体积小，结构简单，具有良好的充电管理和维护功能。有利于提高太阳能充电的效率和延长电池的使用寿命。具有非常高的使用价值。■

参 考 文 献

[1]周志敏，纪海，爱华编著，阀控式密封铅酸蓄电池实用技术(第一版)[M]，北京：中国电力出版社，2004

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作者：陈宁宁