太阳能充电板给锂电池充电电路设计

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太阳能充电板给锂电池充电电路设计

2023-03-15 06:57| 来源: 网络整理| 查看: 265

目前很多产品都使用了太阳能板给板卡充电,如何进行电路设计呢?

        确定充电管理芯片

                充电管理芯片的目的是,对电池有不同模式的充电,包括涓流充电、恒流充电、恒压充电等,在电池不同的容量下进行不同的模式,才能更好的保护电池。

如下是一枚国产芯片的描述

CN3791    

特点:

⚫ 太阳能板最大功率点跟踪功能

⚫ 宽输入电压范围:4.5V 到 28V

⚫ 对单节锂电池完整的充电管理

⚫ 充电电流可达 4A

⚫ PWM 开关频率:300KHz

⚫ 恒压充电电压: 4.2V±1%

⚫ 恒流充电电流由外部电阻设置

⚫ 对深度放电的电池进行涓流充电

⚫ 自动再充电功能

⚫ 充电状态和充电结束状态指示

⚫ 软启动功能

⚫ 电池端过压保护

⚫ 工作环境温度:-40℃ 到 +85℃

⚫ 采用 10 管脚 SSOP 封装

⚫ 产品无铅,满足 Rohs,不含卤素

参考设计:

 电路比较简单,需要注意的是

1.根据输入太阳能板的输入电压范围(在不同光照强度,多测试一下)确定R3,R4的值,

 当输入到PIN 6的电压超过1.205V,芯片认为达到了太阳能板的最大功率点。

正常逻辑来说,输入超过这个电压芯片才会正常工作。

2.Rcs,根据实际需要,计算好Rcs。

恒流充电电流的设置 恒流充电电流由下式决定:

 其中:

ICH 是恒流充电电流

RCS 是连接于CSP管脚和BAT管脚之间的电流检测电阻

其他的根据手册说明就好,都是中文描述,很容易理解。

调试记录(重要):

        1.Rcs一定一定要根据实际的太阳能输入功率来确定。我在调试的时候,如果焊了一个0.02R的Rcs,这样计算的话,Ich就是120mV/0.02=6A,意味着充电电流(恒流充电)为6A,这里有两个问题,第一个,如果输入的功率达不到6A,当然是按照实际功率输出;第二个,充满电的条件是:

当充电电流到恒流充电 电流的0.16时,结束充电,我们计算一下,6A*0.16=0.96A。事实上,当充电模式为第三阶段,恒压模式输出时,输出4.2V,如果上一时刻充电电流为0.97A,下一时刻因为降到了0.96A,芯片单方面认为充满了,结束了充电。事实上,当时的充电电流这么大,电池并没有被充满。我测量电池电压,只有4.13左右,但是芯片已经认为充满了。芯片不管你的实际情况,它只看数据说话,因此,修改外围参数是必须的。

将Rcs修改为0.24R,此时恒流充电电流为500mA,充电结束电流为80mA。我修改为此参数后,发现电池电压在4.13V的时候还能往上充,低于4.2V的时候为恒流模式,电流是375mA(跟Rcs电阻精度有关系)。当电池电压达到4.2V时,电流慢慢下降,大概76mA的时候,结束了充电。在恒压模式,电池容量已经基本饱和,因此需求的电流会慢慢减小。此时拿出电池来测量电压,发现为正常的4.21V,0.1V的偏高很正常。

充电结束电流一定要考虑到太阳能板的输出电流,一定要小于该值,否则一定会出问题。

2.输出电感,在不考虑Rcs是多少的情况下,尽量使用通过电流大的电感,要跟芯片的输出电流规格挂钩。

3.MPPT

 这个参数建议使用这里的最大值来计算,即1.23V

实际调试板子发现:

当输入给MPPT的电压为1.22V(VCC=5.05V)时,芯片才会开始拉载电流,虽然设置了恒流输出为500mA,但是此时仅仅输出了0.013A;

当输入给MPPT的电压为1.23V(VCC=5.08V)时,输出了0.089A;

当输入给MPPT的电压为1.24V(VCC=5.11V)时,输出了0.143A;

当输入给MPPT的电压为1.25V(VCC=5.14V)时,输出了0.237A;

当输入给MPPT的电压为1.28V(VCC=5.17V)时,输出了0.493A;(此时由于输入链路有压降,实际接入板子的电压需要5.33V,5.33-5.17=0.16V,0.16V*0.5A=0.08R,此时查看输入MOS管的RDS,基本差不多。)

 相当于我设置了5V输入为最大功率点,但是芯片到了5.17V才最大拉载,跟理论相差了0.2V.

后面即使电压再往上抬,也基本是500mA左右。

根据如上数据,发现存在两种引导性问题;一是需要考虑线路的压降;二是需要考虑理论与调试数据的偏差,根据偏差,设计上需要留有余量,才能保证批量的可靠性。

因此,需要提前测试好太阳能板的最大电压,据此设计好分压电阻,保证在大部分日照的情况下,或者在前百分之三十日照强度下,使芯片能正常工作。

Rcs的值,在规格允许的情况下,值越小,则充电电流越大,但是关闭电流也大,使得不能给芯片充上较小的电流就关闭充电了;值越大,充电越慢,但恒压充电时,后续充入的电流越小,越能充满。因此,此电阻值,合适就好。如果输入的太阳能板的电流最大只有0.2A,那设置芯片的恒流为500mA输出的意义并不大。

   此电阻的选用功率,要考虑芯片支持的功率最大值,按照最大值再反降额百分之二十使用,这样后续只改阻值而不用改封装。

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