CN3722最大功率跟踪的移动电源充电设计
CN3722最大功率跟踪的移动电源充电设计[20191223123224]
摘要
太阳能作为一种可持续发展新能源，可以有效的将太阳能转化为电能。鉴此，为了方便在户外给电子产品充电，设计一款以CN3722为核心的MPPT充电控制系统。实现了户外条件下锂电池充电和管理功能，有效的解决了野外电子产品用电问题。
本文主要以CN3722为核心搭配 18V单晶硅半柔性电池板制作出一款简单18650锂电芯充电和管理的硬件电路。与其他的充电控制系统相比之下，有电路简单，性能可靠，易操作等方面的优势。本系统还使用DC-DC降压模块USB输出，三串锂电池电量显示模块。本设计可以在户外给电子产品供电，尤其针对爱好户外旅游的人们，且具有广泛的应用前景与研究意义。
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关键字:CN3722MPPTDC-DC
目录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2国内外太阳能最大功率跟踪（MPPT）发展概述 1
1.3研究意义 2
2.MPPT充电方案设计 3
2.1功能指标 3
2.2总体方案设计 3
3.硬件电路设计 4
3.1MPPT充电控制模块 4
3.1.1 CN3722硬件电路外围参数 4
3.1.3 MPPT充电控制电路 7
3.1.2储能单元的选择 8
3.2DC-DC降压模块 10
3.3电量显示模块 13
4.太阳能电池板参数检测 16
4.1太阳能电池板的主要参数以及特性 16
4.1.1太阳电池的性能参数 16
4.1.2太阳能电池的极性 17
4.1.3太阳能电池的伏安特性 17
4.2各项参数的检测 18
5.实物焊接与测试分析 21
5.1实物的焊接 21
5.2实物功能检测与分析 24
结束语 25
参考文献 26
致谢 271绪论
1.1引言
全世界不可再生能源的日益枯竭与环境恶化等社会以及环境问题极大地推动了具有良好应用前景的太阳能利用技术的发展，因此使人们将深层次地专研怎样使太阳能利用效率最大化的这一难题。当前，光伏技术的应用尚处于有待进一步研究发展的地步。国际上大力发展太阳能的两个主要的方面一是太阳能光伏发电技术；再则是太阳能热力技术。其中，太阳能光伏技术发展中一方面主要侧重太阳能的最大功率跟踪算法的研究。而对于一整套光伏能量采集与存储的完善系统而言，除了要考虑通过最大功率跟踪技术高效率地采集太阳能外，还要考虑如何将这些采集来的能量高效率且对存储介质高效率，低损耗地存储起来。?本文研究了太阳能电池的最大功率点跟踪是应用于电子产品的发展方向。基于绝大部分电子产品都是配以锂电池或者锂聚合物电池供能，太阳能充电器在很大程度上解决电子产品在找不到固定电源充电的尴尬。不仅在日常工作生活中解决了尴尬，并且又可以在户外能给电子产品供电，尤其爱好户外旅游的人们，即将带来福音。
1.2国内外太阳能最大功率跟踪（MPPT）发展概述
MPPT太阳能控制器在国外的研究目前也是处在不断的尝试新的技术阶段，国外主要着重研究高集成度的芯片，再配合简单的外围电路组成控制端，或者多个芯片组合再配合外围电路组成控制端。针对转换率、跟踪效率以及稳定性能等这些基本参数，国外的市场对此是相当看重的。相比较以上优点利用MPPT充电的方式将更受青睐。
MPPT太能控制器是光伏系统中一个重要部件，其作用是自动控制充电和放电过程。却常被国内客户忽视，在太阳能控制器的市场竞争中，企业之间的价格战很激烈，注重追逐利润的最大化，部分公司只能把研究重心放在太阳能控制器的外围元器件上，然而这却大大降低了产品的稳定性，在一些项目运行中，出现问题的频率居高不下，导致验收不合格乃至后期频繁维护，毫无疑问这将增加了系统工程的维护成本。目前国内一些企研发的MPPT控制器的市场大都在国外，然而少部分销往了国内贸易商，并且在逐步地占据国内外的一些中高端市场[1]。
随着日益光伏发电系统发展MPPT将作为重点研究，相对传统的太阳能控制器MPPT研究意义重大，势必会淘汰传统控制器。近年来，随着市场的变化欧洲，亚洲，北美仍然是中国企业出口的主要地方。
1.3研究意义
21世纪人类面临着传统的化石燃料的枯竭和人类生态污染的种种难题，太阳能的研究为人类从传统能源转型和生态环境的改善带来曙光。我国以及其他各个国家地区都在朝着大力发展可再生能源，走可持续发展的道路的目标而发展。随着太阳能的普及应用，太阳能给储能装置充电控制管理器越来越多，也日益凸显充电管理的重要性。在一定的光照的辐射强度和环境温度下，太阳能电池能够在不同输出电压工作，但是只能在其中的一个输出电压值时，太阳能电池的输出功率才能达到极致，此刻太阳能电池的工作点就到达输出功率电压曲线的顶点，所以成为最大功率点（Maximum Power Point ，MPP）。因此外部的光照程度、环境温度等因素调整后，通过外部电路的设计促使太阳能电池在最大功率点附近处工作的技术，称之为最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技术[2]。MPPT的目标是合理的最大化利用有限太阳能，也进一步的保护了储能装置的安全使用和延长寿命，由此可见MPPT充电控制有着举足轻重的作用。
2 MPPT充电方案设计
2.1功能指标
本设计可以实现18650锂电电芯充电管理与过压保护功能，还有可以实时监测电量剩余多少以及便于户外携带充电的功能。
1. 针对三节18650锂电芯充电与管理。
2. 电池端过压保护。
3. 电池端电量显示。
4. 可户外便携充电。
2.2总体方案设计
。本设计采用硬件电路完成的，主要包含三大模块：充电管理模块，电量显示模块，降压稳压模块。并搭配18V的单晶硅太阳能电池板，来实现功能指标。
3硬件电路设计
本设计以CN3722为核心进行充电管理，充分利用最大功率这一优势功能以达到效率最大化。其次，包括DC-DC降压稳压器模块：输入电压范围宽，达到5伏，可以稳定的输出。然后根据电压与电量的关系配以电量显示模块，时刻能检测到剩余电量。
3.1MPPT充电控制模块
本设计的充电模块是以CN3722为核心进行充电控制管理，充分利用最大功率这一优势功能以达到效率最大化。
3.1.1CN3722硬件电路外围参数
如图3.1 所示为CN3722芯片管脚图。
图3.1CN3722芯片管脚图
表3.1所示为CN3722芯片的封装说明。
表3.1CN3722[3]封装说明
管脚序号 名称 说明
1 VG 内部稳压器输出
2 PND 功率地
3 GND 模拟地
4 CHRG 。 ， , 否则该管脚处于高阻态
5 DONE 平。
6 TEMP 电池温度检测
7 MPPT 光伏电池最大功率点跟踪引脚。该引脚可连接到外部分压网络来检测最大功率电压。在最大功率点跟踪状态时， ，温度系数为
8 COM1 回路补偿输入1
9 COM2 回路补偿输入2
10 FB
11 COM3 回路补偿输入3
12 NC 悬空
13 CSP 充电电流检测正输入端
14 BAT 充电电流检测负输入端
15 VCC 外部电源输入端
16 DRV 驱动外部P沟道MOSFET的栅极
1 宽输入电压范围：7.5V 到28V
2 针对单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池进行充电管理
3 充电电流达:5A
4 PWM开关频率：300KHz
5 恒流，恒压充电
6 太阳能电池最大功率点跟踪
7 电池温度监测功能
8 充电状态和充电结束状态两个状态指示
9 软启动功能
10 电池端过压保护
11 工作环境温度：－40度 ＋85度
12 16管脚的TSSOP 封装
本设计是一个太阳能电池充电管理电路。采用的是脉冲宽度调制降压模式其中开关频率为：300KHz。在太阳能电池工作的时候可进行最大功率点跟踪。锂电池的充电与管理也可以用到CN3722。在电路设计的时候此芯片还有封装外形小，使用外围元器件少，操作起来简单等一系列优点。
摘要
太阳能作为一种可持续发展新能源，可以有效的将太阳能转化为电能。鉴此，为了方便在户外给电子产品充电，设计一款以CN3722为核心的MPPT充电控制系统。实现了户外条件下锂电池充电和管理功能，有效的解决了野外电子产品用电问题。
本文主要以CN3722为核心搭配 18V单晶硅半柔性电池板制作出一款简单18650锂电芯充电和管理的硬件电路。与其他的充电控制系统相比之下，有电路简单，性能可靠，易操作等方面的优势。本系统还使用DC-DC降压模块USB输出，三串锂电池电量显示模块。本设计可以在户外给电子产品供电，尤其针对爱好户外旅游的人们，且具有广泛的应用前景与研究意义。
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关键字:CN3722MPPTDC-DC
目录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2国内外太阳能最大功率跟踪（MPPT）发展概述 1
1.3研究意义 2
2.MPPT充电方案设计 3
2.1功能指标 3
2.2总体方案设计 3
3.硬件电路设计 4
3.1MPPT充电控制模块 4
3.1.1 CN3722硬件电路外围参数 4
3.1.3 MPPT充电控制电路 7
3.1.2储能单元的选择 8
3.2DC-DC降压模块 10
3.3电量显示模块 13
4.太阳能电池板参数检测 16
4.1太阳能电池板的主要参数以及特性 16
4.1.1太阳电池的性能参数 16
4.1.2太阳能电池的极性 17
4.1.3太阳能电池的伏安特性 17
4.2各项参数的检测 18
5.实物焊接与测试分析 21
5.1实物的焊接 21
5.2实物功能检测与分析 24
结束语 25
参考文献 26
致谢 271绪论
1.1引言
全世界不可再生能源的日益枯竭与环境恶化等社会以及环境问题极大地推动了具有良好应用前景的太阳能利用技术的发展，因此使人们将深层次地专研怎样使太阳能利用效率最大化的这一难题。当前，光伏技术的应用尚处于有待进一步研究发展的地步。国际上大力发展太阳能的两个主要的方面一是太阳能光伏发电技术；再则是太阳能热力技术。其中，太阳能光伏技术发展中一方面主要侧重太阳能的最大功率跟踪算法的研究。而对于一整套光伏能量采集与存储的完善系统而言，除了要考虑通过最大功率跟踪技术高效率地采集太阳能外，还要考虑如何将这些采集来的能量高效率且对存储介质高效率，低损耗地存储起来。?本文研究了太阳能电池的最大功率点跟踪是应用于电子产品的发展方向。基于绝大部分电子产品都是配以锂电池或者锂聚合物电池供能，太阳能充电器在很大程度上解决电子产品在找不到固定电源充电的尴尬。不仅在日常工作生活中解决了尴尬，并且又可以在户外能给电子产品供电，尤其爱好户外旅游的人们，即将带来福音。
1.2国内外太阳能最大功率跟踪（MPPT）发展概述
MPPT太阳能控制器在国外的研究目前也是处在不断的尝试新的技术阶段，国外主要着重研究高集成度的芯片，再配合简单的外围电路组成控制端，或者多个芯片组合再配合外围电路组成控制端。针对转换率、跟踪效率以及稳定性能等这些基本参数，国外的市场对此是相当看重的。相比较以上优点利用MPPT充电的方式将更受青睐。
MPPT太能控制器是光伏系统中一个重要部件，其作用是自动控制充电和放电过程。却常被国内客户忽视，在太阳能控制器的市场竞争中，企业之间的价格战很激烈，注重追逐利润的最大化，部分公司只能把研究重心放在太阳能控制器的外围元器件上，然而这却大大降低了产品的稳定性，在一些项目运行中，出现问题的频率居高不下，导致验收不合格乃至后期频繁维护，毫无疑问这将增加了系统工程的维护成本。目前国内一些企研发的MPPT控制器的市场大都在国外，然而少部分销往了国内贸易商，并且在逐步地占据国内外的一些中高端市场[1]。
随着日益光伏发电系统发展MPPT将作为重点研究，相对传统的太阳能控制器MPPT研究意义重大，势必会淘汰传统控制器。近年来，随着市场的变化欧洲，亚洲，北美仍然是中国企业出口的主要地方。
1.3研究意义
21世纪人类面临着传统的化石燃料的枯竭和人类生态污染的种种难题，太阳能的研究为人类从传统能源转型和生态环境的改善带来曙光。我国以及其他各个国家地区都在朝着大力发展可再生能源，走可持续发展的道路的目标而发展。随着太阳能的普及应用，太阳能给储能装置充电控制管理器越来越多，也日益凸显充电管理的重要性。在一定的光照的辐射强度和环境温度下，太阳能电池能够在不同输出电压工作，但是只能在其中的一个输出电压值时，太阳能电池的输出功率才能达到极致，此刻太阳能电池的工作点就到达输出功率电压曲线的顶点，所以成为最大功率点（Maximum Power Point ，MPP）。因此外部的光照程度、环境温度等因素调整后，通过外部电路的设计促使太阳能电池在最大功率点附近处工作的技术，称之为最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技术[2]。MPPT的目标是合理的最大化利用有限太阳能，也进一步的保护了储能装置的安全使用和延长寿命，由此可见MPPT充电控制有着举足轻重的作用。
2 MPPT充电方案设计
2.1功能指标
本设计可以实现18650锂电电芯充电管理与过压保护功能，还有可以实时监测电量剩余多少以及便于户外携带充电的功能。
1. 针对三节18650锂电芯充电与管理。
2. 电池端过压保护。
3. 电池端电量显示。
4. 可户外便携充电。
2.2总体方案设计
。本设计采用硬件电路完成的，主要包含三大模块：充电管理模块，电量显示模块，降压稳压模块。并搭配18V的单晶硅太阳能电池板，来实现功能指标。
3硬件电路设计
本设计以CN3722为核心进行充电管理，充分利用最大功率这一优势功能以达到效率最大化。其次，包括DC-DC降压稳压器模块：输入电压范围宽，达到5伏，可以稳定的输出。然后根据电压与电量的关系配以电量显示模块，时刻能检测到剩余电量。
3.1MPPT充电控制模块
本设计的充电模块是以CN3722为核心进行充电控制管理，充分利用最大功率这一优势功能以达到效率最大化。
3.1.1CN3722硬件电路外围参数
如图3.1 所示为CN3722芯片管脚图。
图3.1CN3722芯片管脚图
表3.1所示为CN3722芯片的封装说明。
表3.1CN3722[3]封装说明
管脚序号 名称 说明
1 VG 内部稳压器输出
2 PND 功率地
3 GND 模拟地
4 CHRG 。 ， , 否则该管脚处于高阻态
5 DONE 平。
6 TEMP 电池温度检测
7 MPPT 光伏电池最大功率点跟踪引脚。该引脚可连接到外部分压网络来检测最大功率电压。在最大功率点跟踪状态时， ，温度系数为
8 COM1 回路补偿输入1
9 COM2 回路补偿输入2
10 FB
11 COM3 回路补偿输入3
12 NC 悬空
13 CSP 充电电流检测正输入端
14 BAT 充电电流检测负输入端
15 VCC 外部电源输入端
16 DRV 驱动外部P沟道MOSFET的栅极
1 宽输入电压范围：7.5V 到28V
2 针对单节或多节锂电池或磷酸铁锂电池进行充电管理
3 充电电流达:5A
4 PWM开关频率：300KHz
5 恒流，恒压充电
6 太阳能电池最大功率点跟踪
7 电池温度监测功能
8 充电状态和充电结束状态两个状态指示
9 软启动功能
10 电池端过压保护
11 工作环境温度：－40度 ＋85度
12 16管脚的TSSOP 封装
本设计是一个太阳能电池充电管理电路。采用的是脉冲宽度调制降压模式其中开关频率为：300KHz。在太阳能电池工作的时候可进行最大功率点跟踪。锂电池的充电与管理也可以用到CN3722。在电路设计的时候此芯片还有封装外形小，使用外围元器件少，操作起来简单等一系列优点。
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