基于BQ24200的太阳能供电电源设计

为了保证安全生产，需要对很多设备进行在线监测，如电力系统的输电线路，输电杆塔等。但是，由于这些设备安装在野外，监测装置不能采用市电进行供电，供电问题成为一个难题。太阳能电是发展最为迅速的一种绿色能源，太阳能作为清洁的可再生能源，越来越受到人们的重视，利用太阳能对这些监测装置进行供电，是一种行之有效的办法。
    本文设计的太阳能供电电源，由光伏电池、锂电池、锂电池充电管理单元、超级电容器组成。在阳光充足的情况下，利用太阳能对锂电池进行充电，并输出稳定电压，向用电装置供电；当阳光不足或阴雨天气时，利用锂电池作为后备电源向用电装置供电；同时，采用超级电容器，利用其功率密度大的特点，使电源的负载适应能力(尤其是大功率脉动负载)有较大的提高。

1 BQ24200的主要特点
    BQ24200是用于限流应用的单节锂粒子电池充电管理芯片。其对锂电池进行充电，如果电池电压低于内部低电压阀值时，首先是预充电阶段，采取涓流充电方式对电池进行充电，这样可修复深度放电的电池；预充电结束后，在内部限制的电流以下，以最大电流对电池进行充电，直到电池充电到期望的电压值充电过程结束。
    B024200的基本特征和参数哺如下：
    1)特别的设计使其具有电流限制功能；
    2)充电时，需要很低的电压降落，适合于需要低电压降落的焦炭和石墨电极单节锂离子电池充电设计；
    3)内部集成500 mA功率晶体管；
    4)内部电压调整精度为0．5％；
    5)电池插入和移除检测；
    6)具有预充电功能；
    7)输入电压低时自动进入睡眠模式；
    8)具有充电状态指示或用于主机状态检测接口指示；
    9)带有温度监测功能。

2 BQ24200的内部结构和引脚功能
    BQ24200的内部结构如图1所示。

    引脚功能：
    IN：连接到内部P沟道功率晶体管源极。
    OUT：连接到内部P沟道功率晶体管漏极。
    BAT(Battery voltage sense)：电池电压传感器输入，连接到电池的正极。
    TS(Temperature sense input)：外部电池温度监测回路输入。
    STAT(Charge status output)：不同充电状态指示。
    VCC(Supply voltage input)：电源输入。

3 电源的总体设计
    本系统用太阳能电池将太阳能转换成直流电后，经充电电路存储到蓄电池，再经过放电电路，按不同的供电要求供给不同的直流负载。
    电源的总体设计包括：太阳能电池供电电路、锂电池、锂电池充电管理单元、超级电容器。其电路如图2所示。

3．1 太阳能电池板及锂电池
    太阳能电池板在使用中必须注意两个主要问题：一是功率的选取，另一个是电压的选取。BQ24200的工作电压为：最低门槛电压214 V，最高工作电压是16．5 V。太阳能电池板的输出电压一定要满足B024200的工作电压范围，以免对其造成损坏。根据需要，可选取额定输出电压为9 V，开路电压为10．8 V的太阳能电池板进行供电。太阳能电池输出功率Wp是标准太阳光照条件下，即：欧洲委员会定义的101标准，辐
射强度1 000 W／m2，大气质量AM1．5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。由于不同地区的日照时问和太阳照射角度不同，需要根据应用的区域选取合适的容量。
    蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足夜晚装置工作的前提下，把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天用电装置连续工作的电能。蓄电池容量过小不能够满足装置连续工作的需要；蓄电池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。
3．2 温度限制
    通过监测引脚TS对地的电压，实现对电池温度的实时监测。TS引脚的电压由热敏电阻RT1、RT2和Vcc来产生；根据TS引脚电平的高低，对电池的充电进行高低温保护。TS引脚上的电平在其内部电压VTS1和VTS2之间时，BQ24200对电池充电，否则，充电停止。
    热敏电阻的选取方法如下：
    对于负温度系数的热敏电阻：
   
    对于正温度系数的热敏电阻：
   
    其中：RTc是热敏电阻低温时的电阻值；RTH是热敏电阻高温时的电阻值。
3．3 超级电容器
    超级电容器是介于传统蓄电池与传统静电电容器之间的新概念能量储存器件。与传统电容器相比，它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命。
    与传统蓄电池相比，超级电容器具有更大的功率密度(10倍以上)，充电时间短，释放能量速度快、循环寿命长、对环境无污染等特点。本电源电路设计中加入了超级电容器，解决了瞬间大功率供电问题，电路简单可靠，无需维护。

4 结束语
    本文对锂电池充电管理芯片BQ24200的主要特性、内部结构作了详细的介绍。利用BQ24200对锂电池进行充电，设计了一种太阳能供电电源，适用于在野外工作的有源电子设备。通过采用超级电容，解决了目前线监测系统经常采用的带有GSM／GPRS模块的监测终端瞬间大功率供电的问题。设计的太阳能供电电源，已成功运用于电缆接头在线监测系统，供电稳性可靠。