電子設備的太陽能供電

張曉健　王光耀

本文主要是針對中型電子設備（需要配備幾安時到上百安時的蓄電池）的太陽能供電設計。

太陽能供電方案

用太陽能電池直接對設備供電是不現實的，因為陽光強度總在變化，對最大可利用電流有直接影響。解決這個問題的方法很簡單，利用一個中間能量儲存裝置（即充電電池），當陽光充足時，電池由太陽能充電，然后給負載提供穩定的供電，當陽光不足時則直接由電池給負載供電。這一方案如圖1所示。

太陽能供電設備的參數選擇

為了使太陽能供電系統能夠給負載提供足夠的電源，而又不至于增加體積和成本，就要合理選擇各部件，達到最優配置。各設備的參數選擇方法如下：

1)先計算負載每天的功耗。假設設備平均耗電30mA，則1天的功耗為12V×0.03A×24小時=8.64Wh。大部分設備的耗電值隨時間而不同，這時應分階段計算出每天的平均功耗。

2)選擇蓄電池。假定采用12V的蓄電池，使用時最大放電深度為50%，另外考慮在沒有太陽的陰雨天可使充滿電的電池連續使用30天，則需要的電池容量為8.64Wh×30÷12V ÷50%=43.2Ah。

3)計算太陽能電池板的功率。按每天有效日照時間為6小時計算，使電池充電3天后可保證設備30天的用量，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能板的輸出功耗應為8.64Wh×30÷3÷6h÷70%=20.6W。其中70%是充電過程中太陽能電池板的實際使用功率。另外各地區的日照時間不同，可適當進行修正。

4)充電控制器的選擇。若選用20W的太陽能板，查知它的最大充電電流為1A，則應選取充電電流大于1A的充電器。

智能充電器的設計

電池充電器一般采用脈寬調制技術，由CPU按照電池的充電特性來改變開關管的開關頻率以達到充電的目的。其中的開關管多采用大功率的MOSFET管，它具有開關速度高、耐壓高、存儲時間短、不會熱擊穿的優點；CPU可以選用專用的充電管理芯片，或是單片機等自編程序的器件。

針對太陽能電池的特點，充電器一般有圖2、圖3兩種方案。

圖2中利用太陽能電池可以短路的特點，由CPU控制N溝道的MOSFET管導通使太陽能電池短路，從而不對蓄電池充電；圖3中使用P溝道的MOSFET管，在導通時對蓄電池進行充電，關斷時不充電。

圖4是按照圖3方案利用BQ2031芯片設計的一種太陽能智能充電器電路，以供參考。