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开源之太阳能智能充电管理系统

       太阳能充电管理系统采用TI的BQ24650,具有太阳能最大功率点跟踪MPPT功能,通过太阳能板或适配器可以同步整流降压给锂电池充电,输出给DCDC芯片接负载,可实现电池和输入的无缝切换,DCDC芯片用TI的TPS5430来输出不同的电压,有MCU控制,12864液晶屏显示电量指示,附加功能(wifi控制或遥控),下面是简单的框图

主要参数和功能:

这个充电支持1到6串锂电池,这里选择3串12.6v锂电池

太阳能板或适配器输入电压:13.5V——22V(最大为28V)

DCDC输出电压:1.23——21V(最大为31V)

输出电流:最大为4A

MCU简单的开关机控制,电量检测,控制充电和电池输出,附加功能(遥控或wifi控制)

下面是具体的原理图

简单介绍一下芯片的资料

1.BQ24650

适用于太阳能的同步开关模式电池充电控制器,电阻可编程至 26V 电池电压输入工作范围:5V 至 28V显示充电状态的 LED 指示灯,并且具有最大功率跟踪MPPT功能,最大充电电流可以达到10A,输入端是一个太阳能电池板,光的强弱导致太阳能电池板输出功率的强弱,而bq24650会用恒压运算法来跟踪电池板最大功率点

这里重点介绍一下BQ24650的MPPT功能

太阳能电池最大功率点跟踪(MPPT) 太阳能电池最大功率点跟踪(MPPT)是为了保证在光照强度变化时,光伏电池一直输出最大功率,以充分利用太阳能。在一般情况下,需要用开关模式DC-DC转换器实现MPPT功能,保持输出电压和充电电流的乘积(输出功率)最大化,采用开关降压同步整流DC-DC转换的方式实现光伏电池最大功率点跟踪功能,其输入电压最高可达28V,非常适合输入电压和电池电压相差比较大的应用。充电管理板特点:1.高端技术MPPT太阳能最大功率跟踪充电管理,具有涓流、恒流、恒压充电管理.高速高效的充电方式4.双状态指示灯,没有接电池时红/绿灯灭,充电时红灯亮,充满自停同时绿灯亮

BQ24650 IC具有一个最大功率设定点管脚MPPSET

下面电路图可以看到电阻R5、R6分压决定了太阳能极板的输出电压,当极板输出电压过低,低于最大功率点电压的时候,R5、R6分压低于1.2V,BQ24650将控制电路,降低输出电流,那么极板电压上升,在最大功率点范围内。简单的说就是R5、R6的前馈控制极板的输出电压,使MPPTSET端电压维持在1.2V。而1.2V的分压点正好处于极板最大功率点电压范围

2.TPS5430

高电流输出:3A (峰值4A);

宽电压输入范围:5.5~36V;

高转换效率:最佳状况可达95%;

宽电压输出范围:最低可以调整降到1.221V;

内部补偿最小化了外部器件数量;

固定500kHz转换速率;

有过流保护及热关断功能;

具有开关使能脚, 关状态仅有17uA静止电流;

内部软启动与其他同类型直流开关电源转换芯片相比, TPS5430的高转换效率特别值得关注。

一、输入端供电和电池的无缝切换电路

当输入端连接时三极管Q5导通,Q6关闭,Q7截至,虽然Q7可以通过内部二极管电流流到SYS端,但是输入端VIN中间经过mos管的导通到SYS端,这时Q7的S端电压大于D端电压,Q7没办法导通。但是当输入端一去掉,Q5关闭,Q6导通,Q7导通,电池向负载供电,实现无缝切换

二、一键开关机电路,

负载接的是dcdc转换芯片,原理就是当按键按下mos管导通,给单片机供电并启动,然后单片机检测GPIO1电平时间来让GPIO2输出高低电平实现开关机

三、布线画图、打板子

原理图导入PCB

敷铜后

准备发图和元器件

选择MOS管时留的余量较大,

NMOS管  HY1403D, 30V/42A      充电用                        HY1403D Datasheet.rar    NMOS管  HY0720L ,   20V/6.5A    给12v供电的led灯做开关   HY0720L Datasheet.pdf

PMOS管   HY15P04D, -40V/-50A  功率路径的做开关     HY15P04D Datasheet.pdf

MOS管做高侧驱动时,NMOS的导通内阻较小,只要G极能有较高的电压的话,NMOS选择非常不错的额,没有较高电压的话用传统的PMOS做高侧驱动

三、焊接调试

来测试一下功能正常不,先空载测量两个点的电压,

左边芯片第二引脚电压须大于1.2V电压,后面那个电压需要调整为12.6V,因为我们接的是三串锂电池

这里我们把56k电阻用0欧电阻去掉看看测的电压12.79,电压可以了

接上电池后看看充电效果,红灯亮,正常

充电电流可以通过电阻来调节的

我们充电电流的额计算公式

实际当中我们选择10M欧的电阻

充满后红灯灭绿灯亮

看电池充满电压为12.54

充电这块正常,继续焊接DCDC这块,硬件都正常了

目前单独的功能可以了,简单总结一下DCDC电源中电感的选取,主要参数,感量  频率 额定电流  直流电阻 封装等参数,如果输出电流在1A左右,在某宝上买一个参数差不多就行,电流小发热也不大,

如果电流2A甚至3A或者更大的话,这些参数就需要仔细考虑了,我做的这个就是和笔记本里面的充电电源管理板,输出的直流电压给核心板和控制板供电,那么这个电感需要屏蔽了,一般我们把电感的温升控制在40度以内,电感的额定电流大于实际电流的2倍左右就行,当然余量大一点也行

四、单片机控制,电量显示

我们采用STM32F103RB nucleo的开发板对接太阳能充电板

这个是晶联讯的12864屏

规格书可以参考一下

JLX12864G-378-PC的中文字库编程说明书.pdf

看看引脚的详细分配

12864液晶屏的引脚的 lcd_rs   lcd_reset   lcd_cs1   lcd_sid    lcd_sclk   vcc  gnd总共7个引脚,占用5个GPIO口

开关机电路占用两个GPIO口,如果带着设备联调的话,需要两个GPIO口

额外的无线调试

引脚分配图

简单的开关机和逻辑功能不一一讲解了,主要看12864显示和AD采集电量这块

12864显示字符的话,需要取模软件,我们在程序中直接调用

下面生成的16进制就是我们显示的字符,直接调用函数就可以了

看看具体的效果,这是测量实际的电池AD值

充电图标这块和手机的的类似

实际的电池未充电显示状态

充电状态,图标是流动的

功能已全部完成,不管是接太阳能还是适配器,功能都一样,和其他控制板或者核心板供电全部从这块板子上取电,电源统一管理

对于DCDC的输出帖子中对芯片详细的描述,TI的这个DCDC非常成熟

输出三路电压,一路是3.3V的LDO固定输出,另两路输出电压可调

预留的锂电池PWM输出控制LED灯,附加的wifi或遥控,都需要在控制板上来实现,这里主要做了开关机和电量显示

我们wifi或遥控控制的也是开关机信号GPIO2,wifi控制的话就是比如APP上有个开关机,通过wifi网络把这个开关机信号给单片机并执行GPIO2的高低电平切换,遥控也类似

五 、关机功耗

先把电池正极断开,用公司福禄克万用表测下电流65.4uA,还可以

对于电池供电的设备,功耗还可以

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  • dy-3rTDlD7J 02-05 10:54
    具体原理图看不清怎么办555
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  • 小董 2021-03-02 18:10
    大开眼界,真是好文
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  • dy-blNlwnWV 2021-02-21 21:36
    学习了
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  • 喂,你好 2020-12-16 12:22
    感谢分享
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  • keyhei66 2020-12-16 06:41
    对我很有帮助
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  • heiha88 2020-12-09 07:46
    太阳能板?
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  • lihui710884923 2020-11-27 15:22
    多谢支持
    回复 1条回复
  • 兰波 2020-11-27 12:53
    感谢分享
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