2.5 充電管理電路設計

　　鋰電池的充電過程一般分為3個階段： ①涓流充電階段。 ②恒流充電階段。 一般可以充電到電池容量的85%左右。 ③恒壓充電階段。鋰電池過充，輕則減少電池壽命，性能變壞，重則產生漏液等。在本文的設計中，采用了線性充電管理芯片MCP73831，如圖1所示。 該芯片具有輸出電壓準確，任意設定充電電流，自動轉換充電模式，消耗電流極小（25uA ） ，過充監測保護等功能和特點。 MCP73831各管腳的功能：

　　VDD 為輸入電壓端； VSS 為參考零電壓端； VBA T為充電控制輸出端； STA T 為充電狀態輸出端。 PROG為電流設定與充電控制使能端。 鋰電池充電時，充電管理芯片MCP73831的PROG 接口須外接電阻到VSS，具體計算公式： IREG = 1000 （V ） /RPROG其中RPROG的單位為kΩ， IREG的單位為mA. 在本文設計中RPROG = 2kΩ。

　　則IREG = 500mA. STA T的各接口狀態及電路設計中指示燈的邏輯關系如表1所示。 充電管理芯片MCP73831通過檢測鋰電池的BA T引腳來判斷電池的各個狀態，從而對電池進行充電管理。 不發生過電壓保護時，供電網絡一方面對MCP73831提供5V 電壓。 一方面通過D 5傳輸到JDQ2對后續電路供電。 應急充電時，外接5V 電源，一路通過D5到繼電器JDQ 2. 另一路到達MCP73831對鋰電池充電。 D5 陰極端輸出電壓5（V ） - 017 （V ） = 413 （V ） ，由于鋰電池的電壓在充滿或非充滿電狀態的時候，都低于D6 陰極輸出端電壓（D5 ， D6 共陰極） ， 所以在應急充電的過程中， RT9193正常工作。 在CMOS （ comp lem entary m etal2oxidesem iconducto r）型電壓調節器RT9193的B P端和地之間連接一個22nF的電容，可以極大的減少調節器的輸出噪聲。在常溫狀態下，充電完成時電壓412V 的鋰電池， 消耗了90%的電量時候， 電壓仍然會保持315V. 本文設計中選用電壓調節器RT9193，即使314V 的時候，輸出電壓仍然可以穩定在313V。

　　表1MCP73831電路設計中指示燈的邏輯關系

　　3 試驗數據及結果分析

　　在調試中， 采用模塊化測試的方法， 最后進行聯合調試。 對供電網絡進行測試，選用可調電源，調節輸入電壓，輸出電壓及試驗數據如表2所示。 通過應急充電接口接入標準5V 電壓，斷開RT9193，對進行測試時，沒有連接二極管D5 ， D6 ，發現MCP73831的指示燈指示不正確。 分析發現， 不連接二極管D5 ， D6 ， 相當于RT9193直接連接在BA T引腳輸出，在MCP73831上電的瞬間， 要檢測BA T的狀態， RT9193的輸入引腳及支路連接到鋰電池的正極，直接影響到了MCP73831對BA T引腳的檢測狀態，致使充電進入涓流充電階段。 增加D5 ， D6后，再進行試驗，指示燈符合邏輯要求。 測試輸出電流為最大為485mA，充電電壓達到412V 時，綠色指示燈熄滅，紅色指示燈亮起，完成對鋰電池的充電。 W1 接入0~10V 可調節電壓源（初始值設為5V ） ，M1 接入0~5V 可調節電壓源（初始值設為4V ） ，調節滑動變阻器R13 ， R14. 使W 1輸入電壓6V 時LM 2903的7腳由低電平轉為高電平。 測量此時滑動電阻器R13 = 3115kΩ， 固定此電阻值。 M1 輸入電壓315V 時LM 2903的1腳由高電平轉為低電平，測量此時滑動變阻器R14 = 1kΩ，固定此電阻值。 此時發現LM 2903的1腳輸出處于臨界值，不停的在高低電平之間變換，繼電器JDQ2不停的通斷， 減少了JDQ2的使用壽命，極易損壞無線示功儀及無線網絡設備， 對無線設備的壽命影響也極大。 分析發現：在過放電保護過程中，檢測值和比較值如果達到基本一致的狀態，則會產生臨界保護。 為此在電阻R20與R′20之間接電解電容C13 ，通過對電容的充放電，延遲了Q4 的關斷時間，增加了開啟和關斷的時間間隔，電容的大小決定了時間間隔的長短。 該時間即為過放保護控制器的保護延時時間。 設計選用212μF電容，測試發現延時15s左右。

　　自動跟蹤控器調試，調試時W1 接5V 電源，用一只100W 燈泡照射RT1 與RT3 并移動燈光，可以發現太陽能采集板跟著燈光運動。 但穩定狀態時電機不停震動， 此時通過在電阻R31與電阻R32之間增加一個417uF電容，延遲電機啟動、停止時間。 經測試發現延時時間40s左右，相對太陽照射時間來說，此時間可以忽略不計，不影響跟蹤功能。 同理在電阻R34與電阻R35之間增加一個417μF電容。 經測試發現：可以完全消除電機震動現象且跟蹤效果良好。 各部分獨立調試完成后對供電網絡和充電管理芯片MCP73831進行聯調，然后增加RT9193進行調試， 最后實現整個系統的調試。 經測試證明， 實現了設計目標和功能要求。

　　4 結語

　　此智能型太陽能充電電路，具有工作性能穩定，運行安全可靠、低損耗，高效率、結構簡單，輸出電壓精度高等優點。 自動調節占空比的供電網絡與電源管理芯片的相結合，過壓與過放電保護，自動跟蹤太陽等功能是比較有創造性的設計方式，特別是將這些設計應用到油田無線示功儀和無線網絡節點中，是一種嶄新的嘗試，也是應用上的突破。 目前本文所設計開發的太陽能充電及自動跟蹤電路已經成功應用于江蘇油田無線示功儀及其無線通訊網絡中。 實踐證明該系統充電速度快， 效率較高， 可以實時跟蹤太陽， 工作穩定，維護量少。 具有較高的實用及推廣價值。