电能收集充电器.doc

《电能收集充电器.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、电能收集充电器摘要本系统以Buck和Boost斩波电路为核心，以ATmega8L单片机为主控制器，根据输入电压对PWM信号做出调整，进行最大功率点跟踪，从而实现高效率的充电。系统在输入电压为0.3V的情况下通过TPS62100芯片，实现自启动。系统在输入电压范围0.5V-20V实现充电功能，可以通过按键设定充电器的监控时间，以减少功耗。测试表明，作品达到了题目的基本要求和扩展要求的全部功能。关键词：充电器拓扑结构；最大功率点跟踪；TPS62100；ATmega81系统方案1.1电源变换器方案1.1.1充电器的主回路方案一：线性充电器线性充电方式是充电方式中，复杂

2、度最小、成本最低的方案。线性充电方式最大的缺点是功率损耗较大，不能实现升压。方案二：buck/boost变换器能够在宽输入电压范围实现充电。它的缺点是输出电压的极性反相，效率不高。方案三：电荷泵充电器效率高，但输出电流小，不能降压。方案四：buck与Boost分开控制该方案的控制简单，成本低，且效率高。方案论证：结合题目的要求，效率重要，所以选择方案四。1.1.2启动电路方案一：低压启动的振荡电路，用三极管设计一个振荡器，在低电压的情况下自启动振荡，为Boost电路提供驱动脉冲。方案二：采用TI的电池充电管理芯片TPS61200，启动工作电压为0.5V，输入电压

3、最低至0.3V，可满足充电器的启动要求。最终方案的确定：结合题目对输入电压范围、效率等指标的要求对以上各方案进行比较，也出于对时间、电路的复杂程度以及之前读各种电路的熟悉程度的考虑，选择了并buck变换器和boost变换器，对输入电压进行降压和升压的控制。启动电路采用TI的电池充电管理芯片TPS61200，启动工作电压为0.5V，输入电压最低至0.3V，可满足充电器的启动要求。1.2控制方法系统在低电压的状况下要自启动，还必须自动切换升压和降压。输入电源的电压范围和阻抗变化大，为了保证最大的充电电流需要对最大功率点进行跟踪（MPPT）。方案一：采用模拟的控制方法

4、，即用比较器对输入电压与一个基准电压比较，决定升压和降压的工作方式。但难以实现MTTP算法。方案二：采用单片机容易实现MPPT控制算法和电路的切换，即通过单片机对充电电流进行采集，跟踪输入的最大功率。用单片机进行穷举算法，参数的选取和修改方便。与模拟控制方法相比，数字控制算法灵活性高、可靠性好、抗干扰能力强，同时节省了系统的成本、缩短了时间。1.3系统的框图系统由Buck变换电路、Boost变换电路、启动电路、设定及测量电路、主控电路6大部分组成；其系统电路总体框架如图1.3所示。图1.3系统框图2.理论分析与计算2.1效率分析与计算影响效率的主要因素主要有开关

5、损耗、整流二极管损耗和MCU损耗，以及外围检测电路。可通过以下途径提高效率：1.采用肖特基二极管，采用低导通电阻MOSFET管，采用低损耗磁芯材料优化电感设计等。2.选取低功耗元器件，比如单片机mega8L采用低功耗技术，在3.6V工作电压下的待机电流典型值仅为1mA，在3.6V工作电压2MHz主频下的工作电流典型值为2mA；运放LM324的静态电流为1.8mA，关闭模式下仅1nA；启动电路的集成boost变换器芯片TPS62100，在固定工作频率下的静态电流的典型值为55uA。3.软件设计原则包括尽量利用单片机休眠模式、利用中断实现定时、关闭不需要使用的模块、

6、尽可能利用单片机软件功能代替硬件电路。项目计算公式计算值MOS管的损耗0.2mW整流二极管的损耗38mW储能电感的损耗1mWMCU的功耗18mW监控外设功耗10mW理论算得升压的效率为80%，降压充电的效率为90%3.电路与程序设计3．1变换电路的设计与计算3.1.1降压电路图3.1.1电感设计最差工作条件是发生在高输入电压的情况低电压输入时：0.13W/7.2V=0.018A(Buck与Boost电路切换临界电压设为7.2V)高电压输入时：1W/20V=0.05A估计峰值电流：1.4Iout(rated)=1.4*0.3A=0.42A，工作频率：7.5KHz。

7、==46.6uH最终采用50uH效果较好续流二极管：为了减小导通与开关损耗，续流二极管要用肖特基二极管，续流二极管选用IN5819，管压降为0.183V，流过0.5A的电流其压降为0.35V驱动电路常规的Buck电路，其结构简单效率较高，buck电路选用NMOS管，但在Buck电路中存在驱动的问题，由于续流二极管导通与截止使NMOS管的源极处于浮动状态，即当二极管续流导通时，NMOS的源极的电位接近于0，而当此二极管关断时，开关管源极的电位被提高，因此设计了以上的自举电路。3.1.2升压电路图3.1.2Boost电路的电压工作范围0.5V—3.5V，输出电压为3

8、.68V，忽略电路的损耗