太阳能充电器研究性学习与创新性实验项目申报书.docVIP

附件1 浙江师范大学行知学院 大学生研究性学习与创新性实验项目申报表 项目名称 太阳能充电器 项目负责人 王凯强 项目类型 √□研究性学习 □创新性实验 项目来源 √□学生自主设计 □指导教师命题 预期成果形式 实物作品 分 院 工学分院 联系电话 （手机长号）E-mail 873698166@ 指导 教师 姓 名 施晓钟 俞世钢 职 称 副教授 副教授 指导时数 140 140 申请经费（元） 1000 实验室名称 电工电子实验室 计划实验时数 700 项目组成员 (含项目负责人) 姓 名 学 号 所在分院及专业班级 主要任务安排 王凯强工学分院 通信工程102班 电路设计与分析，资料收集与调试 朱玉珍工学分院 电子信息工程102班 资料收集与论文撰写 缪逢忠工学分院 电子信息工程102班 电路设计与调试、分析 申请理由：（包括项目的意义、自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、已有的创新成果等） 项目的意义：通过对该项目的操作可以很好的提高学生对实验仪器的操作能力，具有一定的实际意义。 自身具备的知识条件：对实验室的仪器大体上有一定的了解，对实验仪器大体能够操作。学习和掌握了一定量的专业知识。 特长：善于动手操作 兴趣：喜爱电子方面的小制作 项目内容及实施方案： 太阳能是一种便捷、环保、可再生的新能源。太阳能电池将光能转换成电能， 其等效电路如图1 所示。 图1 太阳能电池等效电路 太 阳 能 电 池 输 出 电 压 电 流 I-V方 程 为(1) 其中I为PN结的电流，I0为反向饱和电流，V为外加电压，q为电子电荷(1.6×10-19C)，K为玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)，T为绝对温度，A为二极管因子（取值范围1～5 ）。 太阳能电池电压电流为非线性的，日照条件不变的情况下，太阳能电池输出存在一个最大功率点，即在该点输出电压和输出电流下，能够将太阳能最大程度地转化充电电能。目前所采用的方法是在太阳能电池阵列和负载之间增加一个DC-DC变换器，通过改变DC-DC变换器中功率开关管的导通率，使太阳能电池工作在最大功率点（MPPT），实现最大功率点跟踪。 本设计从充分利用太阳能的转换能量角度，选用SPV1040DC-DC转换芯片，跟踪最大功率点，提高太阳能的转换效率；考虑到太阳能电池输出电压的变化范围以及锂电池的充电安全和充电器的自身工作状况，选用L6924D电源管理芯片，设计出以SPV1040和L6924D为主要芯片的太阳能锂电池充电器。 1 芯片介绍 1.1 SPV1040 的结构与工作原理 SPV1040是ST公司生产的太阳能充电器IC[ 2]，内置采用扰动观察法（PerturbObserve algorithm）的MPPT算法，可动态调整充电器的输入阻抗，确保充电器输入阻抗与太阳能电池完全匹配，最大限度地提高从充电器到电池的能量输送效率和系统的整体能效。温度、老化、灰尘等引起太阳能电池变化所造成的不匹配问题，都可通过MPPT技术加以解决，从而提高系统的能量转换效率。SPV1040内置MPP模块实现最大功率点跟踪。SPV1040内部通过模拟模块产生输入参考电压Vin_ref和VBG，对超低输入电压、输出过流、结温过高和输入反极性输入进行管理。 1.2 L6924D 的结构和工作原理 L6924D是集成功率开关的锂电池充电芯片[ 3]，内部产生1.8V参考电压，通过电阻分压，将温度变化传递到输入端，实现对电池温度的监视；考虑到不同厂家锂电池输出电压的不同，可通过VOPRG端的设置，悬空时输出4.2V，接地时输出为4.1V；可通过SD端设置芯片的工作状态；通过VINSNS和VOSNS端监视输入电压、输出电压；在L6924D内部集成两个晶体管，通过集电极与ST1、ST2可驱动LED或与主机连接，显示充电器状态。通过LED显示状态情况如表1所示[ 4-5]。 表1用LED显示的充电器状态 充电状态 描述 ST1 ST2 正在充电 预充电和快速充电 亮 灭 充电完成 充电电流低于IENDTH 灭 亮 等待 输入电压低于VBAT-50 mV 灭 灭 温度过高/ 过低 温度未在设置范围， 温度过高或过低 亮 亮 电池取出 不能检测到电池输出电压降低到VABS 亮 亮 充电超时 且TDETECT 亮 亮 2 电路设计 根据蜂窝电话用锂离子电池总规范(GB/T 18287 -2000) ，充电过程经历预充电、恒流充电和恒压充电[ 6]。恒压充电的电压为充电限制电压。对于锂离子电池充电，需进行过充