鉅大LARGE | 點擊量：711次 | 2022年04月09日
太陽能鋰離子電池板鋰離子電池充電器DIY制作
你不記得去年天氣有多熱嗎？Dev提醒我。我們要一些使我們涼爽的東西。噴霧系統(tǒng)會讓我們感到?jīng)隹臁娝梢允箿囟冉档?0度！Doug突然大聲說道。這就是我們?yōu)闇?zhǔn)備參加2009年BurningMan活動而碰頭兒時開始的一幕。我和3個朋友有了2008年令人驚喜的體驗，決定再次到那個嚴(yán)酷的沙漠環(huán)境走一遭。我們誓言要把生活條件弄得比上次好，因此早早開始籌劃，以確保我們在黑巖城沙漠能舒服一些，這片沙漠在美國內(nèi)華達(dá)州里諾市北100英里的地方。
我們渴望舒服一點的條件是，一個基于水霧系統(tǒng)而讓人涼快的解決方法，以克服困擾這片沙漠的干熱空氣。這可以用一臺由電壓源供電、連著一個帶噴嘴的噴霧水龍帶的水泵實現(xiàn)。噴霧系統(tǒng)的成功要素是電源，這個電源也可以用來給LED燈供電，以供夜間照明，或者給其它要電源的外部設(shè)備充電。我們的計劃是，用太陽能電池板給一個海上用的深周期電池充電，然后用這塊電池給其它所有東西供電。隨即，我開始了太陽能電池板電池充電器的設(shè)計。
我有3周時間完成設(shè)計。我向朋友Simon請求幫助，Simon以前用凌力爾特公司的IC搞過太陽能供電設(shè)計。除了一臺顯示工作原理的樣機，Simon還給了我一份原理圖，這臺樣機從未連上太陽能電池板測試過，但在實驗室做過仿真。我很興奮，有興趣用真實的太陽能電池板測試這個設(shè)計，我們準(zhǔn)備對樣機進(jìn)行像樣的測試。
一位朋友借給我兩塊Bp太陽能電池板（Bp380U）。在大約20V最高輸出電壓和4A最大輸出電流時，每塊電池板的峰值功率都是80W（實際規(guī)格為，在80W最大功率時，電壓為17.6V，電流為4.55A）。把這兩塊太陽能電池板合起來，我希望在太陽光直接直射在電池板上時，在峰值條件下能有8A的總電流。太陽能電池板連接到Simon的樣機上沒有幾分鐘，系統(tǒng)就充分運轉(zhuǎn)了（圖1和圖2）。通過對樣機的初步測試，查明了幾個故障，后來這給我們節(jié)省了大量時間。
圖1：測試Bp太陽能電池板，Bp380U（0至20V輸出，4A峰值功率80W）
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
圖2：最初的太陽能充電電路樣機，采用12V海上用深周期電池。
樣機運行良好，因此我購買了幾塊凌力爾特公司的演示板，并稍作修改以使其更適合重新設(shè)計過的系統(tǒng)規(guī)格要求。我保持樣機作為備份和參考，同時我設(shè)計了一個新系統(tǒng)。我們解決了一些故障后，通過這些修改改善了原來的樣機?？傊?，架構(gòu)設(shè)計仍然是相同的：用0至20V的太陽能電池板，以4A的恒定電流給一個12V的電池充電。
太陽能電池充電器系統(tǒng)設(shè)計
用這些演示板忙活幾天之后，我成功地完成了一個出現(xiàn)預(yù)期效果的設(shè)計，這設(shè)計將適合我們這次旅程。系統(tǒng)的方框圖如圖3所示，該圖顯示了一些IC和演示板功能。系統(tǒng)的照片如圖4所示，顯示了完整的太陽能電池板電池充電器單元。
圖3：系統(tǒng)設(shè)計方框圖
圖4：最終的太陽能充電器電路
視太陽的位置不同而不同，太陽能電池板最初的輸出電壓在0V到20V之間變化，那么就用一個能接受這么寬輸出范圍的穩(wěn)壓器，并保持吸取低的電流（每個電池板上的輸入電流最大值都是4A），同時調(diào)節(jié)一個固定的輸出電壓。這是在DC1198A-B演示板上用凌力爾特公司的微型模塊（Module）DC/DC降壓-升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器LTM4607實現(xiàn)的。
LTM4607是一個小型LGA封裝（15mmx15mmx2.8mm）的芯片，其中包括一個復(fù)雜的降壓-升壓型DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器所需的所有支持控制組件。復(fù)雜的開關(guān)控制電路和FET內(nèi)置到微型模塊穩(wěn)壓器中，從而使該器件非常容易使用。結(jié)果是僅需一個微型模塊穩(wěn)壓器、電感器以及幾個電容器和電阻器就完成簡潔規(guī)則的布局。4.5V至36V的寬輸入電壓范圍至固定20V輸出（范圍為0.8V至24V）關(guān)于太陽能電池板的特性（0至20V輸出）正合適，而且該器件能加載高達(dá)5A的升壓模式和10A的降壓模式。在太陽能電池板峰值功率時，20V輸入至20V/2.5A輸出的效率是91%，而且積極利用了降壓-升壓型寬范圍輸入的好處。就這個系統(tǒng)設(shè)計的目的而言，輸出調(diào)節(jié)到20V，用這個輸出給LTC1435/LT1620高效率、低壓差電池充電器系統(tǒng)供電。
在14V穩(wěn)定電壓時，LTC1435/LT1620演示板（DC133A）將充電電流控制到穩(wěn)定的4A.該演示板與LT1620數(shù)據(jù)表第一頁上的應(yīng)用電路類似，我將FB電阻器（110k）換成一個可變電位器，以實現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)，并將電池浮置電壓設(shè)置到14V.該演示板設(shè)計利用LT1620軌至軌電流檢測放大器，結(jié)合LTC1435開關(guān)穩(wěn)壓器電路的高效率和低壓差能力，形成了一個效率超過95%的電池充電器，從而在4A充電電流時僅要0.5V輸入至輸出電壓差。一個到地的編程電流設(shè)置電池充電電流（4A），該電池充電電流一直是穩(wěn)定的，直到電池電壓達(dá)到預(yù)設(shè)的浮置電壓（在本文情況下為14V）為止。隨著電池達(dá)到其滿充電狀態(tài)，電路的編程將自動轉(zhuǎn)入涓流充電狀態(tài)，并就電池的輸出電壓而言緩慢降低充電電流。這減輕了由于恒定過沖電給電池造成的壓力。
一個理想二極管電路設(shè)計與DC133A充電系統(tǒng)的輸出串聯(lián)，利用LTC4414實現(xiàn)電路保護(hù)，并允許在充電電路以最小損耗運行的同時使用電池。這種自動電源通路（powerpath？）控制使外部設(shè)備能夠自由地用太陽能電池板或電池供電。當(dāng)太陽能電池板功率不足時，電路自動轉(zhuǎn)為從電池吸取功率。該電路設(shè)計與LTC4414數(shù)據(jù)表第九頁上的圖2類似。LTC4414（8引線MSOp封裝）控制一個外部p溝道MOSFET，以出現(xiàn)接近理想的二極管功能，用于電源切換。這允許多個電源高效率進(jìn)行或操作；在本文情況下，電源是太陽能電池板和電池。當(dāng)連接一個外部設(shè)備時，電池和充電系統(tǒng)接受負(fù)載狀態(tài)。在無負(fù)載時，將對電池充電。因此該設(shè)計允許一起使用太陽能電池板和電池供電，同時運行電池充電過程。這一部分沒有演示板可用，因此我按照定制電路板上的應(yīng)用電路進(jìn)行設(shè)計。
