一种基于USB接口和窗贴式太阳能的镍氢电池充电系统的设计

赵 禹

(华北电力大学，河北 保定071003)

0 引言

镍氢电池作为当今迅速发展起来的一种高能绿色充电电池，凭借能量密度高、可快速充放电、循环寿命长以及无污染等优点在笔记本电脑、便携式摄像机、数码相机及电动自行车等领域得到了广泛应用[1-2]。同时随着建设节约型社会的深入开展，太阳能已经走入家庭；现在USB接口的充电设备已经十分普遍。可以考录将太阳能这种清洁能源、USB接口、吃哦、传统充电电路结合起来成为一种复合式充电系统。

1 电路设计

1.1 充电芯片的选择

本文的充电电路采用CN3085镍氢充电芯片，镍氢电池进行充电管理的线性充电器集成电路。CN3085不需要外加阻流二极管和电流检测电阻等元器件，只需要极少的外围元器件，适用于便携式产品[3-4]。当输入电压大于电源低电压阈值，并且大于电池电压时，CN3085开始对电池充电，在涓流充电状态，恒流充电状态和维持充电状态，管脚输出低电平，表示充电正在进行。当FB管脚电压低于0.843V时，即电池电压低于电池端最高电压的70%，充电器处于涓流充电状态，充电电流为所设置的恒流充电电流的10%；当FB管脚电压在0.843V和1.083V之间时，即电池电压在电池端最高电压的70%和90%之间，充电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由ISET管脚和GND之间的电阻确定；当FB管脚电压大于1.083V时，即电池电压大于电池端最高电压的90%时，CN3085处于维持充电状态，维持充电电流为恒流充电电流的60%，如果FB管脚电压达到1.205V，即电池电压接近电池端最高电压时，电池电压不再上升，充电电流逐渐减小。在维持充电阶段，内部定时器启动，维持充电时间由第6管脚的电阻和电容决定，当定时结束时，整个充电过程结束。在充电结束状态，当FB管脚电压下降到1.052V时，即电池电压下降到电池端最高电压的87.3%时，CN3085进入再充电状态，开始新的充电周期。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时，CN3085进入低功耗的睡眠模式，电池端消耗的电流小于3uA，从而增加了待机时间。

1.2 充电电路的设计

本文的充电电路主要部分如图1所示，同时本文考虑到太阳能电源和USB电源可能同时存在，在输入端设计了一个优先选择电路[5,6]如图2所示，即当太阳能和USB电源都存在时，优先使用太阳能对电池进行充电。M1为P沟道MOSFET，M1用来阻止电流从墙上适配器流入USB接口，肖特基二极管D1可防止USB接口通过1K电阻消耗能量。

图1

图2

图3

2 工作总结

本文针对基于USB接口和窗贴式太阳能的镍氢电池充电系统的设计有效地兼容了USB的便捷和太阳能的清洁。其实际效果图如图3所示。UBS电路充电选择有利于产品的开发与利用,该设计方法简单易行,成本低,易于在便携式电子产品中实现。本设计方法对太阳能利用、特别是便携式设备以太阳能充电的充电电路设计具有一定的实践指导意义。

［1］李素英,窦真兰.智能镍氢电池充电电路设计[J].实验室研究与探索,2014,07：88-92.

［2］郭霁方.镍氢电池充电电源控制模式的研究[D].哈尔滨工业大学,2007.

［3］奚勇.小功率超级电容独立电源的研究与设计[D].昆明理工大学,2014.

［4］丁杰.一种新型充电控制电路的研究[D].电子科技大学,2006.

［5］陆安江,张正平,叶茂森.基于ATJZo85的LRAI犯按键电路设计[J].微纳电子技术,2007,44(1)：51-54

［6］邓绍刚,汪艳,李秀清,等.铿电池保护电路的设计[J].电子科技,2006(10)：68-72.