②以無機(jī)鹽如砷化鎵III- V 化合物，硫化鎘，銅銦硒等多元化合物為材料的太陽能電池；

　　③功能高分子材料（有機(jī)半導(dǎo)體）制備的大陽能電池；

　?、芗{米晶太陽能電池等。我們采用的是硅太陽能電池。

　　2 充電器的硬件設(shè)計

　　充電器如圖1 所示。主要包括電源變換電路、采樣電路、處理器、脈寬調(diào)制控制器和電池組等，形成了一個閉環(huán)系統(tǒng)。

　　其中，單片機(jī)是電路的控制部分，PWM電路是整個電路的核心部分。下面對系統(tǒng)的工作原理分幾個部分進(jìn)行簡述。

圖1 充電器電路模塊圖

　　2.1 處理器

　　處理器采用51 系列單片機(jī)89C51。單片機(jī)內(nèi)部有兩個定時器、兩個外部中斷和一個串口中斷、三個八路的I/O 口，采用12MHz 的晶振。單片機(jī)的任務(wù)是通過采樣電路實(shí)時采集太陽能電池板的輸出電壓和電流以及電池的充電狀態(tài)，通過計算決定如何對電池板最大輸出功率進(jìn)行尋找以及確定充電電池的充電狀態(tài)。

　　2.2 采樣部分

　　如果在系統(tǒng)中要對電流進(jìn)行檢測，必須先將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后才能實(shí)現(xiàn)A/D 的轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換方法是在電路中加入精密電阻，由此將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是測量簡單方便，但是這種方法當(dāng)電流很小時，影響測量準(zhǔn)確度，因而很難選擇一個合適的阻值；其次，所得到的電流檢測信號只有通過放大以后才能進(jìn)入電路中的比較器，從而增加了電路設(shè)計調(diào)試時的復(fù)雜度。因此，可以采用電流電壓轉(zhuǎn)換芯片MAX472，克服了常規(guī)測量電流方法存在的測量范圍小、測量誤差大等缺點(diǎn)，可提高測量精度，并且可以用單片機(jī)進(jìn)行精確控制。

　　電壓和電流采樣采用串行模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0834，8 位分辨率易于和微處理器接口或獨(dú)立使用滿比例尺工作或用5V基準(zhǔn)電壓用地址邏輯多路器選通的4 或8 輸入通道單5V 供電，輸入范圍0- 5V。

　　2.3 PWM 控制電路

　　控制器采用脈寬調(diào)制（PWM） 方式控制供電電流的大小。

　　PWM發(fā)生器是由的單片機(jī)輸出的PWM波通過控制電路實(shí)現(xiàn)的，主控制器和它采用中斷的方式進(jìn)行通訊，控制其增大或減小脈寬。PWM信號通過光電隔離驅(qū)動主回路上的MOSFET。

　　開關(guān)管、二極管、LC 電路構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源。用PWM方式控制的開關(guān)電源可以減小功耗，同時便于進(jìn)行數(shù)字化控制，但母線的紋波系數(shù)相對較大。PWM控制電路如圖2 所示。

圖2 PWM控制電路

　　3 電池充電原理

　　鋰離子電池在充電或放電過程中若發(fā)生過充、過放或過流時，會造成電池的損壞或降低使用壽命，圖3 為鋰電池的充電曲線，共分三個階段：預(yù)充狀態(tài)、恒流充電和恒壓充電階段。

　以800mAh 容量的電池為例，其終止充電電壓為4.2V。用1/10C（約80mA）的電池進(jìn)行恒流預(yù)充，當(dāng)電池端電壓達(dá)到低壓門限V（min）后，以800mA（充電率為1C）恒流充電，開始時電池電壓以較大的斜率升壓，當(dāng)電池電壓接近4.2V 時，改成4.2V恒壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1/10C（約80mA）時，認(rèn)為接近充滿，可以終止充電。

圖3 手機(jī)電池充電曲線

　　4 尋找太陽能最大輸出功率點(diǎn)

　　在尋找最大功率點(diǎn)時，我們采用比較方式來實(shí)現(xiàn)，具體的做法是：首先采集太陽能電池板的輸出電壓和電流，計算出此時的功率，然后繼續(xù)采集。如圖4 所示。在圖4 中，C 點(diǎn)與B 點(diǎn)比較，如比B 點(diǎn)大或相等時，就給一個正號權(quán)位；如比B 點(diǎn)小時，就給一個負(fù)號權(quán)位。而A 點(diǎn)如比B 點(diǎn)大或相等時，就給一個負(fù)號權(quán)位；如A 點(diǎn)比B 點(diǎn)小時，就給一個正號權(quán)位。當(dāng)三點(diǎn)比較完之后，如有兩個正號權(quán)位則屬正斜率，應(yīng)當(dāng)增大輸出電壓，提高輸出功率；如有兩個負(fù)號權(quán)位則屬負(fù)斜率，應(yīng)當(dāng)減小輸出電壓，提高輸出功率；如權(quán)位為零即為一正一負(fù)表示達(dá)到頂點(diǎn)，不做任何變動。在A、B、C 三點(diǎn)的功率值的取法為先取B點(diǎn)的功率為立足點(diǎn)，那么先讀取C 點(diǎn)功率，再從C 點(diǎn)返回讀取A 點(diǎn)功率。連續(xù)檢測三點(diǎn)的功率值并比較其大小再計算出權(quán)位值，經(jīng)由權(quán)位值來判定立足點(diǎn)要往C 點(diǎn)移動、A 點(diǎn)移動、或不移動。此種方法雖然運(yùn)算時間比傳統(tǒng)的擾動觀察法較慢達(dá)到最大功率點(diǎn)以及在日照量快速變化下無法達(dá)到最大功率點(diǎn)，但可以降低傳統(tǒng)擾動觀察法中不明的干擾及判斷錯誤而造成的功率損失，就整個控制效果而言是可以接受。

圖4 三點(diǎn)權(quán)位比較法中最大功率點(diǎn)附近數(shù)據(jù)狀態(tài)

　　5 程序總體設(shè)計及說明

　　我們采用的太陽能電池板的輸出電壓是9V，而充電電池的最高輸入電壓要求不能高于4.2V，為了保護(hù)電池起見，我們先把輸出的電壓從低到高逐漸增加。

圖5 控制邏輯電路流程圖

　　產(chǎn)生PWM波：通過初始化定時器使定時器工作在方式1，其中定時器1GATE 端無效，定時器0GATE 端有效，在定時器1 的服務(wù)程序中使P1.0 置1，并用該信號作為定時器0 的門控端。當(dāng)P1.0 為1 時，定時器0 開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)溢出時，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在服務(wù)程序中將P1.0 清零，使定時器0 的定時周期小于定時器1 的定時周期，這樣，固定定時器1 的周期，改變定時器0 的周期，就會產(chǎn)生不同占空比的方波。

　　6 結(jié)語

　　利用51 單片機(jī)作為主控制器，結(jié)合其它芯片及電路構(gòu)成的太陽能手機(jī)充電器，采用PWM電壓輸出，具有控制靈活、帶載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，該充電器使用閉環(huán)控制，控制精度高、具有自我調(diào)節(jié)能力，可以自動尋找太陽能電池板的最大輸出功率點(diǎn)提高手機(jī)電池使用效率，延長使用壽命。