一项以BQ24200为芯片的太阳能供电电源设计

　　引言

　　不少设备，如电力系统的输电线路、输电杆塔等，都实行在线监控，这样能有效保证生产的安全。但是，这些设备都安装在郊野等地，无法采用市区电源供电，因此，这类设备的供电成为了一个亟待解决的难题。而太阳能发电则是一个比较可行的想法，近几年来，太阳能电是发展为迅速的一种绿色能源，作为清洁的可再生能源，太阳能越来越受到人们的重视，可利用太阳能对这些监测装置进行供电。

　　本文设计的基于BQ24200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。

　　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的基本特征和参数如下：

　　a 特别的设计使其具有电流限制功能；

　　b 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；

　　c 内部集成500 mA功率晶体管；

　　d 内部电压调整为0.5%；

　　e 电池插入和移除检测；

　　f 具有预充电功能；

　　g 输入电压低时自动进入睡眠模式；

　　h 具有充电状态指示或用于主机状态检测接口指示；

　　i 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往往考虑到功率的选取和电压的选取。BQ24200的工作电压为：门槛电压214 V，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。

　　4 结语

　　本文设计的太阳能供电电源，采用了锂电池充电管理芯片BQ24200，主要介绍了其特性和内部结构等。基于BQ24200的太阳能供电电源，适用于在野外工作的有源电子设备。此款设计的太阳能供电电源，已成功运用于某些在线监测系统，供电稳性可靠。