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远程数据采集模块——电源设计

王慧灵

【摘要】本文在对太阳电池输出特性和蓄电池充电特性分析的基础上,介绍了蓄电

池充电特性和充电方式,设计了一种可对铅酸蓄电池实现浮充的低成本智能充电器

设计方案,结合主电路和单片机控制方案阐述了其控制和保护策略.

【期刊名称】《内蒙古石油化工》

【年(卷),期】2013(000)015

【总页数】3页(P76-78)

【关键词】太阳能电池;铅酸蓄电池;DC-DC变换器

【作者】王慧灵

【作者单位】内蒙古电力集团有限责任公司薛家湾供电局,内蒙古呼和浩特

010300

【正文语种】中文

【中图分类】TM615

在21世纪的今天，能源发展越来越注重“绿色、环保”，各国竞相发展新能源技

术，其中，太阳能光伏发电系统为新能源应用开辟了一个崭新的领域。目前，光伏

发电系统的大规模应用主要受到太阳电池效率和价格等因素的限制，但是，随着太

阳电池效率的提高和价格的降低以及电力电子技术的不断进步，民用光伏发电系统

必将走进日常生活。因此，本文结合相关课题进行了光伏发电系统的研究。远程数

据采集模块的安放站点多处于地形环境十分复杂、交通不便、气候环境恶劣、无电

网供电的地方，所以本设计要求完成在远程数据采集系统中，对于其中电源设计部

分选用太阳能对蓄电池进行浮充的电源设计方案，使远程数据采集系统得到理想的

电力供给。

1总体方案设计

本课题选用太阳能对蓄电池进行浮充的电源设计方案，使远程数据采集系统得到理

想的电源供给。所以，所需的基本硬件有太阳能电源电池和铅酸蓄电池，由于太阳

能电池输出电压不稳定且电压值较低，所以需要一个DC／DC升压变换器，从而

为蓄电池充电保证电压。为铅酸蓄电池充电需采用单片机控制场效应管的通断来改

变占空比，进而改变充电电压，实现浮充。之后，铅酸蓄电池为负载供电时，因负

载要求电压小于铅酸蓄电池额定电压，所以再加一个降压变换器。其中，对各环节

间的连接控制及对变换器的控制均由单片机完成。

图1结构框图的设计

2太阳能电池输出电压的控制

2.1太阳电池的特性

太阳电池是利用光伏效应将太阳辐射的光能转换成电能的装置。目前，用于光伏系

统的太阳电池材料主要分成三种：单晶硅、多晶硅和非晶硅，其中以单晶硅和多晶

硅最为普遍。太阳电池作为一种直流电源有其自身的特性，为了更好的应用太阳电

池，必须了解太阳电池的这些特性。

太阳能电源电池是利用半导体材料的光伏效应制成的。所谓光伏效应是指半导体材

料吸收光能后产生电动势的现象。即当光照射到PN结上时，产生电子一空穴对，

在半导体内部结附近生成载流子，由于受到内建电场的吸引，电子流入N区，而

空穴流入P区，结果使得N区储存过剩的电子，P区则存在过剩的空穴。这些过

剩的空穴和电子在PN结附近形成与内建电场相反的光生电场。光生电场除了抵消

势垒电场的作用外，还使得P区带正电，N区带负电，这样在N区和P区之间的

薄层就产生电动势。这种“由光生电”的效应称为“光伏效应”。

2.2太阳能电池输出电压的控制设计

由于太阳能电池的输出电压不稳定，而且输出电压值较低，为了给铅酸蓄电池进行

稳定充电，所以需要一外接DC／DC升压控制器，使输出电压保持在一个较高且

稳定的电压值。具体是将3～14V电压升至14V。可以选用MAX668变换器。

MXAX668是一个具有恒定工作频率、电流控制模式的PWM型升压式DC／DC

变换器集成电路芯片。所构成的应用电路输出功率可在20W以上，转换效率可在

90%以上。由于具有1.8～28V这么宽的输入电源电压范围，因此供电电源即可以

采用电池供电，也可以采用太阳能电池板供电。

3铅酸蓄电池

铅酸蓄电池具有价格低廉、供电可靠、电压稳定等特点，因此广泛应用于国防、通

信、电力、铁路和工农业生产。

3.1工作原理

电池是将化学能转化为电能的装置，电子导体可以单独地完成导电任务（如铜、铝

这类的金属），而离子导体（如电解质溶液）却不能。要想让离子导体导电，必须

有电子导体与之相连而形成两类导体相串联的结构，形成金属一溶液一金属的导电

系统。在金属溶液的界面上将发生氧化还原反应，这是电池的基本工作机理。

图2密封铅酸蓄电池结构

3.2充放电特性的研究

充电过程通常要完成两个任务，首先是使电池恢复额定容量，