基于CN3722的地磁泊位供电系统设计

王安敏 孟海彦 孔令布

（青岛科技大学机电学院 青岛 266061）

1 引言

太阳能是一种无污染、免费的清洁型能源，在越来越多的场合中得到应用，比如户外GPS导航仪、相机、路灯、手机充电等。光伏电池的转换效率由内部结构决定，目前效率低、价格高，因此为了得到最大的功率减少使用量，实现快速高效的充电目标，设计的基于CN3722的低功耗太阳能充电器，可实现对最大功率点MPPT跟踪，可实现光伏电池的最大功率转换，目前城市道路推广智能化停车，本论文设计的CN3722的充电控制器，满足停车泊位地磁数据的收发功耗，进而检测泊位停车状态。

2 CN3722系统总体结构设计

对于光伏电池板，虽然不同的光照下其最大峰值功率点不同，但是最大的功率点对应得输出电压相同，此电压称为最大功率点电压，为了使光伏电池板工作在最大功率点，太阳能控制器需将输出的电压保持在最大功率点电压。采用CH3722作为充电管理芯片，应用特殊的输入电压调整环路，当使用太阳能电池板供电的时候，光伏电池输出电压降低时，CN3722会自动降低充电电流，使其保持在最大的峰值功率输出点。设计的CN3722可实现以最大功率点跟踪，满足系统的总体流程。如图1所示系统总体构架图。

图1 系统总体结构图

2.1 CN3722充电管理芯片功能介绍

城市道路智慧停车地磁泊位检测到的数据收发供电系统之所以选择CN3722，因为CN3722可以使用太阳能电池供电的PWM降压模式充电管理集成电路，具有太阳能电池最大功率跟踪点功能，适合于单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池的充电管理，CN3722可设置最大充电电流达到5A，PWM开关频率达到300kHz，具有7.5V～28V宽输入电压范围。提供电池充电状态和充满状态的指示灯提示，还具有电池温度监视、坏电池检测及自动充电功能。

2.2 CN3722充电阶段

在光伏发电系统中，在光照充足的时候把输出的多余能量储存在电池中，保证系统在弱光时也能正常工作，本系统采用容量12V/24Ah的磷酸铁锂电池，其重量轻、体积小、寿命长、绿色环保等优越性，性价比较高。决定电池使用寿命的一个重要的因素就是电池的充电方法。如图2所示CN3722的充电分为三个阶段，即预置充电阶段、恒流充电阶段、恒压充电阶段，本系统采用恒流恒压充电法，开始采用恒流充电，避免刚开始恒压充电电流过大对电池造成损坏，然后采用恒压充电，避免恒流充电后期过充和电流利用率降低快的缺点。

图2 CN3722的充电阶段

3 CN3722充电管理硬件电路设计

3.1 CN3722硬件电路图

CN3722充电管理硬件电路图如图3、图4所示。

图3 太阳能接口硬件电路图

城市道路路测智能停车设备，由地磁感应设备检测地磁扰动的大小，读写器接收到地磁设备发送的相关数据，根据相应的算法判断泊位的停车状态，整个流程的功耗均有太阳能控制器提供。如图5所示读写器接口电路图。

图5 读写器硬件接口电路图

3.2 CN3722引脚功能

电池端的电压VCC_BAT通过电阻R7和R11构成的电阻分压网络反馈到FB引脚，CN3722芯片根据FB引脚的电压决定充电的状态，如果充电电池的电压小于恒压充电电压的66.7%，则自动进入涓流充电模式，充电电流为设置的恒流充电的15%，如果充电电池的电压大于恒压充电电压的66.7%，则进入恒流充电模式，此时充电电流由R1和R3电阻设置。当电池电压上升到接近恒压充电电压时，充电进入恒压充电阶段，充电的电流逐渐减小到恒流充电电流的9.5%时，充电结束指示灯亮，充电结束。

CN3722具有最大功率点跟踪功能，检测太阳能电池板上的发电电压，跟踪最高电压电流值，是系统以最大的功率对电池进行充电，MPPT引脚通过两个精密电阻分压，在最大功率状态是MPPT引脚电压为1.04V，受温度影响系数为-0.4%/℃，CN3722具有检测输出电压锁存功能，电压低于6V时电路断开，充电结束，CN3722会进入睡眠模式，降低功耗。

在TEMP引脚接了10K的热敏电阻R12，检测温度，如果超过正常温度充电会暂停，温度恢复以后，充电恢复正常。

CN3722有两个状态指示灯，充电进行中状态和电池充满状态，分别由引脚CHRG和DONE控制。

3.3 元器件的选择

1）电容的选择：输入输出电容一般选择50V10uFde电解电容，补偿电容C9为陶瓷电容需满足式（1）：

2）PMOS的选择：如果充电电流小于2.5A，选择AO3407A；如果充电电流为2.5A～5A时，选择SI4435DY。

3）二极管D1、D2的选择：如果充电电流小于2.5A，选择30BQ015；如果充电电流为2.5A～5A时，选择50WQ03FN。

4）电阻R1，R3的选择：当充电电流为1A时，R1//R3=0.2Ω；当充电电流为2A时，R1//R3=0.1Ω；当充电电流为3A时，R1//R3=0.067Ω；当充电电流为4A时，R1//R3=0.05Ω；当充电电流为5A时，R1//R2=0.04Ω。

5）最大功率跟踪引脚MPPT：由精密电阻R6和R9分压，电压被调制在1.04V，最大功率点电压为

6）FB引脚电压调制在2.416V，根据FB引脚的电压决定VBAT的电压：

7）电感器的选择，由表1知，如果选择的电感值不同，那么充电控制器的充电电流就不同，选择合适的电感值可以提高充电电流值，该设计的地磁泊位收发供电系统，为了能够在短时间内达到快速充电的效果，因此选择电感值为10uH，达到以4A的电流快速充电的效果。

表1 电感值表

4 充电数据分析

地磁检测器是智能停车泊位检测停车状态的主要组成部分，由图6知待机状况下消耗的电流在20uA以下，接收数据的功耗也很小，只有在发射数据的时候功耗达到几A，经过模拟实际测量自收自发消耗0.038A，功耗达到0.456W，发射数据是功耗最大可达到1W左右，由表1可得一天之内满足半个小时太阳光即可满足整个系统的功耗。

经过实际测试测得太阳能板输出电压和电池的电压，如表2所示在12：00～15：00之间太阳能板电压和电池电压值。

图6 地磁数据功耗图

表2 电压表

经过实际测量，测得最大功率电压在18V，有时受温度影响在17.5V～18V之间。由表1知CN3722设计的充电系统不仅可以满足停车泊位地磁数据的发送消耗的能量，而且还把多余的电量存储在电池之中，表1电池电压逐渐增大。因此，满足设计要求。

5 结语

本系统可实现以最大的功率点对电池进行充电，并具有温度检测、低电压锁存、过电压保护、充电状态指示等功能。CN3722仅需要电阻分压来实现最大功率点的跟踪。基于CN3722的低功耗太阳能充电器设计，在满足停车泊位地磁数据发送消耗的情况下并以最大功率给电池充电。因此本系统满足设计要求。