一種基于USB接口和窗貼式太陽能的鎳氫電池充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

趙 禹

(華北電力大學(xué)，河北 保定071003)

0 引言

鎳氫電池作為當(dāng)今迅速發(fā)展起來的一種高能綠色充電電池，憑借能量密度高、可快速充放電、循環(huán)壽命長(zhǎng)以及無污染等優(yōu)點(diǎn)在筆記本電腦、便攜式攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)及電動(dòng)自行車等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。同時(shí)隨著建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的深入開展，太陽能已經(jīng)走入家庭；現(xiàn)在USB接口的充電設(shè)備已經(jīng)十分普遍?？梢钥间泴⑻柲苓@種清潔能源、USB接口、吃哦、傳統(tǒng)充電電路結(jié)合起來成為一種復(fù)合式充電系統(tǒng)。

1 電路設(shè)計(jì)

1.1 充電芯片的選擇

本文的充電電路采用CN3085鎳氫充電芯片，鎳氫電池進(jìn)行充電管理的線性充電器集成電路。CN3085不需要外加阻流二極管和電流檢測(cè)電阻等元器件，只需要極少的外圍元器件，適用于便攜式產(chǎn)品[3-4]。當(dāng)輸入電壓大于電源低電壓閾值，并且大于電池電壓時(shí)，CN3085開始對(duì)電池充電，在涓流充電狀態(tài)，恒流充電狀態(tài)和維持充電狀態(tài)，管腳輸出低電平，表示充電正在進(jìn)行。當(dāng)FB管腳電壓低于0.843V時(shí)，即電池電壓低于電池端最高電壓的70%，充電器處于涓流充電狀態(tài)，充電電流為所設(shè)置的恒流充電電流的10%；當(dāng)FB管腳電壓在0.843V和1.083V之間時(shí)，即電池電壓在電池端最高電壓的70%和90%之間，充電器采用恒流模式對(duì)電池充電，充電電流由ISET管腳和GND之間的電阻確定；當(dāng)FB管腳電壓大于1.083V時(shí)，即電池電壓大于電池端最高電壓的90%時(shí)，CN3085處于維持充電狀態(tài)，維持充電電流為恒流充電電流的60%，如果FB管腳電壓達(dá)到1.205V，即電池電壓接近電池端最高電壓時(shí)，電池電壓不再上升，充電電流逐漸減小。在維持充電階段，內(nèi)部定時(shí)器啟動(dòng)，維持充電時(shí)間由第6管腳的電阻和電容決定，當(dāng)定時(shí)結(jié)束時(shí)，整個(gè)充電過程結(jié)束。在充電結(jié)束狀態(tài)，當(dāng)FB管腳電壓下降到1.052V時(shí)，即電池電壓下降到電池端最高電壓的87.3%時(shí)，CN3085進(jìn)入再充電狀態(tài)，開始新的充電周期。當(dāng)輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時(shí)，CN3085進(jìn)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(jī)時(shí)間。

1.2 充電電路的設(shè)計(jì)

本文的充電電路主要部分如圖1所示，同時(shí)本文考慮到太陽能電源和USB電源可能同時(shí)存在，在輸入端設(shè)計(jì)了一個(gè)優(yōu)先選擇電路[5,6]如圖2所示，即當(dāng)太陽能和USB電源都存在時(shí)，優(yōu)先使用太陽能對(duì)電池進(jìn)行充電。M1為P溝道MOSFET，M1用來阻止電流從墻上適配器流入U(xiǎn)SB接口，肖特基二極管D1可防止USB接口通過1K電阻消耗能量。

圖1

圖2

圖3

2 工作總結(jié)

本文針對(duì)基于USB接口和窗貼式太陽能的鎳氫電池充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有效地兼容了USB的便捷和太陽能的清潔。其實(shí)際效果圖如圖3所示。UBS電路充電選擇有利于產(chǎn)品的開發(fā)與利用,該設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單易行,成本低,易于在便攜式電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)方法對(duì)太陽能利用、特別是便攜式設(shè)備以太陽能充電的充電電路設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

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［3］奚勇.小功率超級(jí)電容獨(dú)立電源的研究與設(shè)計(jì)[D].昆明理工大學(xué),2014.

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