电能收集充电器报告

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1、电能收集充电器（E题）参赛队队号：200900799电能收集充电器（E题）摘要本系统以DC——DC变换为主电路，具有升压斩波（BOOST）电路和降压（BUCK）电路。利用低功耗CMOS定时器7555自制PWM发生控制器。同时采用自带D/A、A/D的低功耗单片机C8051－F020作为控制核心，采用电源最大功率定律实现了最大功率控制，使系统尽量多地吸收电源能量，在1.4V至20V以上的电压范围内系统都可以正常稳定地工作，特别适合作为太阳能发电系统的配套模块。外加的显示部分清晰地反映出系统的运行状态。控制和显示电路的间歇式工作方式大大降低了系统自身损耗。关

2、键词：C8051-F020、开关电源、充电器、7555定时器9一、引言按电路理论可知，用电源Es直接给电池充电（即充电控制器短路）时，其充电电流最大值只能等于（Es-Ec）/(Rs+Rc)；而题目要求本系统的充电电流Ic>(Es-Ec)/(Rs+Rc)，并且还要求直流电源的电压低于3.6V时也能给电池充电，这也是直接充电不能达到的。因此，本设计中的充电控制电路必须要用到开关电源技术。而且直流电源的电压变化范围为0~20V，因此，系统需要用到升压斩波电路（BOOST变换器）和降压斩波电路（BUCK变换器）。二、系统总体原理框图本系统由以下几大部分组成：P

3、WM产生电路、DC-DC变换器主电路、最大能量获取控制电路（单片机）、键盘输入电路和运行状态显示电路。系统总体结构框图如图1所示：图1系统结构框图三、方案论证与比较1.DC-DC变换方案论证由题知直流电源的电压调整范围为0—20V。要对3.6V的可充电池充电，则要求充电器的输出约等于3.6V。因此，以3.6V为界，电源Es输出电压低于3.6V时要用升压电路将电压升高到3.6V；而电压高于3.6V时用降压电路将电压降到约等于3.6V。方案一：将电源直接短接（或通过电阻）接到电池两端。此方法的电路结构最简单，在Es>3.6V时可以对电池充电,但效率可能9较

4、低，经简单计算可知达不到课题中当Es在10V～20V范围内，充电电流Ic>（Es-Ec)/(Rs+Rc)的要求。当电源电压小于3.6V时，完全无法对电池充电。方案二：利用开关电源电路（DC——DC变换器）。当直流电源电动势小于3.6V时，用升压斩波（BOOST变换器）电路，当直流电源电动势大于3.6V时用降压斩波电路（BUCK变换器），该方案稳定可靠，控制灵活方便，自身损耗较小，只要控制得当，各项指标均能够达到题目要求。经过上述比较分析，方案一达不到题目要求；方案二能满足题目要求并且效率较高，故本系统选择方案二。2、PWM控制器电路选择方案一：采用专用

5、的脉宽调制集成芯片，例如UC384X，产生频率固定，脉冲宽度可调整的方波脉冲，用输入电源电动势Es（或电流Ic）来调整控制器的输出脉冲宽度，改变脉冲占空比，实现充电电流的调节。采用此方案具有外围电路简单，容易控制等优点,但UC384X的工作电压较高，不容易做到以尽可能低的电压对电池充电。方案二：利用低压型器件自制PWM发生器，例如CMOS定时器CC7555。此方案电路相对复杂些，但7555定时器的工作电压范围宽，自身损耗小，相对来说较容易做到以尽可能低的电源电压对电池充电，并且7555价格便宜又很容易买到，可降低系统成本。综上，本系统选用方案二来设计P

6、WM控制器。3、最大功率控制方法及实现方案方案一：采用常用中小规模模拟集成电路构成模拟反馈控制系统。此方案电路复杂，难调试，且难以优化。方案二：采用单片机控制。选用内置A/D、D/A的低功耗单片机C8051－F020来控制PWM波占空比。准确测量电源电动势Es及电源端口电压Vi，比较Es/2和Vi的大小，用比较的结果来控制单片机D/A输出电压的增减，进而调节PWM波的占空比。该方案控制精确，可使系统获得最大充电电流。由于采用的是宽电压、低功耗芯片，单片机可直接由蓄电池（Ec）供电，因此整体效率高。本系统控制方案选择方案二。4.提高效率的方法及实现方案l

7、放弃使用常规的高功耗单片机而改用与51系列兼容但内置12位A/D,D/A转换器的新型高性能、低功耗单片机C8051－F020，由于A/D,D/A转换器内置，并具有可编程的前置放大器，外围电路结构简单，性能可靠。内部嵌入了一款高速、低功耗、高性能的8位微处理器，显示器采用液晶屏。这样可以减小控制单元电路的损耗，使系统的整体效率提高。此外，因为单片机的计算工作量不大，使用低主频（32768Hz）进一步降低功耗，也扩展了该芯片的电源工作电压范围。9l使用高效率的MOSFET管IRF9530代替传统的双极型晶体管，因为它的开关速度高、导通和关断时间短，开关损耗

8、小，并且是电压控制型元件，驱动功率小，热稳定性好，可靠性高。l采用低功耗、超高速、反向恢复时间