摘要：在全球提倡環(huán)保和低碳節(jié)能的重要時期，騎自行車或電動車的人也越來越普遍。給出了一種利用電動車的太陽能電池板作為電源，以單片機為主控部件設計電動車車載手機充電器的設計方法。該充電器使用閉環(huán)控制，控制精度高，有自我調節(jié)能力，具有一定的實用性和市場前景。
關鍵詞：太陽能電池；車載充電器；閉環(huán)控制；PWM脈寬調制
0 引言
眾所周知，現在車載充電器在汽車產業(yè)中是非常普遍。在全球提倡環(huán)保和低碳節(jié)能的重要時期，騎自行車或電動自行車的人也越來越普遍，然而，現在的電動自行車都沒有為手機充電的功能，因此，設計一種電動自行車車載手機充電器無疑是非常有必要的。本文就是利用電動車的太陽能電池板作為電源，設計一種種電動車車載手機充電器，以使騎電動車的人不再為手機充電發(fā)愁。
1 系統(tǒng)原理
在電動車的車籃上方位置處安裝一塊太陽能電池板套件，再將單片機控制電路與套件通過線路相連接，在太陽光充足的情況下，太陽能電池板可以工作，將吸收來的光輻射轉換電能，為單片機控制電路提供電流和電壓，再通過單片機控制電路為手機充電。太陽能電池板套件工作時，既可以為充電器單路提供電源，也可以為電動車的其他顯示器件如電動車的實時顯示盤提供電源。
2 系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)的硬件電路主要包括太陽能電池板套件、電源變換電路、采樣電路、處理器、脈寬調制控制器和電池組等，整個系統(tǒng)形成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。單片機是電路的主要控制部分，PWM電路是整個電路的核心。圖1所示是該充電器的電路框圖。
2．1 取樣電路
本設計采用51系列的AT89C51單片機作為處理器，主要功能是通過采樣電路實時采集太陽能電池板的輸出電壓、電流以及電池的充電狀態(tài)，通過計算決定如何對電池板最大輸出功率進行尋找以及確定充電電池的充電狀態(tài)。同時，為了檢測系統(tǒng)的電流，采用了精度較高的電流電壓轉換芯片MAX472，可實現單片機的精確控制。電壓和電流采樣采用串行模／數轉換器TLC0834，并采用5 V基準電壓用地址邏輯多路器選通的4或8輸入通道單5V供電。
2．2 PWM控制電路
控制電路采用脈寬調制(PWM)方式來控制供電電流的大小。PWM控制主要由單片機輸出的PWM波通過控制電路實現，和主控制器采用中斷的方式進行通訊，實時控制其增大或減小脈寬。PWM信號通過光電隔離驅動主回路上的MOSFET。其中，開關管、二極管、LC電路構成開關穩(wěn)壓電源，以減小電源功耗，便于進行數字化控制。PWM控制電路如圖2所示。
3 電池充電原理
手機電池多為鋰離子電池，圖3所示是鋰電池的充電曲線。該曲線共分三個階段：預充狀態(tài)、恒流充電和恒壓充電階段。以800 mA．h容量的電池為例，其終止充電電壓為4．2V。首先用1／10 C(約80 mA)的電池進行恒流預充，當電池端電壓達到低壓門限后，以800 mA(充電率為1 C)恒流充電。開始時，電池電壓以較大的斜率升壓，當電池電壓接近4．2 V時，改成4．2 V恒壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1／10 C(約80 m A)時，接近充滿，終止充電。
4 尋找太陽能最大輸出功率點
太陽能電池板所提供的功率高度依賴于其工作環(huán)境。在不同的環(huán)境條件下，太陽能最大輸出功率有很大差別。為了提高太陽能電池的輸出效率，一般采用三點權位比較法來尋找最大功率點，以保證太陽能電池的最大輸出功率。
具體的做法是：首先采集太陽能電池板的輸出電壓和電流，計算出此時的功率，然后繼續(xù)采集。圖4所示是三點權位比較法中最大功率點附近數據狀態(tài)。先用C點與B點比較，如比B點大或相等，就給一個正號權位；如比B點小，就給一個負號權位。而A點如比B點大或相等，就給一個負號權位；如A點比B點小，就給一個正號權位。當三點比較完之后，如有兩個正號權位，則屬正斜率，應當增大輸出電壓，提高輸出功率；如有兩個負號權位，則屬負斜率，應當減小輸出電壓，提高輸出功率；如權位為零即為一正一負，表示達到頂點，不做任何變動。A、B、C三點的功率值的取法為先取B點的功率為立足點，那么先讀取C點功率，再從C點返回讀取A點功率。連續(xù)檢測三點的功率值并比較其大小，再計算出權位值，經由權位值來判定立足點要往C點移動、A點移動或不移動。
5 軟件設計及流程
本設計采用的太陽能電池板的輸出電壓是9 V，而充電電池的最高輸入電壓要求不能高于4.2 V。為了保護電池，應先把輸出的電壓從低到高逐漸增加，這樣，固定定時器1的周期，改變定時器0的周期，就會產生不同占空比的方波。圖5所示是本系統(tǒng)的控制邏輯電路軟件流程圖。
6 結語
采用單片機作為處理器，結合其他芯片及電路構成的電動車太陽能車載手機充電器，采用PWM電壓輸出，具有控制靈活、帶載能力強、穩(wěn)定性高的優(yōu)點。該充電器使用閉環(huán)控制，控制精度高，并具有自我調節(jié)能力，可以自動尋找太陽能電池板的最大輸出功率點，提高手機電池使用效率，延長使用壽命，因而具有一定的應用價值和市場前景。
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