摘要： 針對油田無線示功儀及其無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的供電問題，采用開關(guān)電源技術(shù)實現(xiàn)了太陽能組件電壓變化或負載波動時自動調(diào)節(jié)占空比的供電網(wǎng)絡(luò)，運用自動控制技術(shù)設(shè)計了過電壓保護電路、過放電保護電路與應(yīng)急充電電路等， 采用充電管理技術(shù)實現(xiàn)了鋰電池充電及電壓調(diào)節(jié)電路，根據(jù)光敏傳感器輸出差值比較電壓設(shè)計了太陽自動跟蹤控制器。 該太陽能充電電路思路新穎，在應(yīng)用上是一種突破，工作效率達到92% ，輸出電壓精度為98% ，系統(tǒng)運行一年來，工作性能安全、穩(wěn)定。 應(yīng)用證明具有較高的實用和推廣價值。
隨著無線技術(shù)的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越多投入到實際應(yīng)用中， 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般分布范圍較廣，架設(shè)供電線路，投資大，維護成本高。 如采取干電池方式供電，則每個節(jié)點的電源供電能力有限，對每個節(jié)點更換電池不僅費時、費力，增加成本，而且影響工作效率。 能否穩(wěn)定持續(xù)的供電，成為制約油田無線示功儀及其無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個重要因素，太陽能技術(shù)的發(fā)展使供電方式產(chǎn)生了飛躍式的發(fā)展，已經(jīng)成為油田無線示功儀及其中繼網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供電方式的發(fā)展方向。 本文擬對油田監(jiān)測示功儀及中繼網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計一種智能化、免維護型的太陽能充電電路，為無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供電。 該設(shè)計電路具有以下特點： ①基于開關(guān)電源技術(shù)設(shè)計的充電網(wǎng)絡(luò)具有自動調(diào)節(jié)占空比的功能， 具有很寬的輸入電壓范圍。 ②采用線性電源管理芯片，用先預(yù)充2恒流2恒壓的充電方式完成整個充電過程。 ③采用低噪聲、高速度的CMOS 型電壓調(diào)節(jié)器，具有高精度的恒壓、恒流輸出。 ④充電過壓保護、鋰電池過放電保護功能，使鋰電池充、放電安全可靠。 ⑤自動跟蹤太陽的功能，太陽能采集板始終保持對準(zhǔn)太陽，充分利用太陽能。
1 系統(tǒng)設(shè)計
現(xiàn)有的光伏電池，單體的輸出電壓都很低（在1V 以下） ，本設(shè)計中，將多個光伏電池相串聯(lián)，組成太陽能組件。 通過可以自動調(diào)節(jié)占空比的供電網(wǎng)絡(luò)保證在光照強度變化和負載變化時，輸出電壓基本穩(wěn)定，為充電管理芯片提供穩(wěn)定的電壓輸入。 通過對供電網(wǎng)絡(luò)的副邊電壓監(jiān)測，保護充電管理芯片不因電壓過高而損壞。 通過對電池兩端的電壓監(jiān)測，保證鋰電池不會因過放電而損壞。 由于無線示功儀及其中繼網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的供電要求是313V，采用低噪聲、高速度的CMOS型電壓調(diào)節(jié)器。 在自動跟蹤控制器作用下，始終保持全天候跟蹤太陽。 為了防止因連續(xù)陰雨天而導(dǎo)致的太陽能供電不足，設(shè)計應(yīng)急充電電路，充電期間，無線示功儀及其節(jié)點正常運行。 具體系統(tǒng)設(shè)計模塊如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)設(shè)計示意圖
2 硬件電路設(shè)計
2.1 太陽能組件及充電電路設(shè)計
本文設(shè)計中采用16個光伏電池串聯(lián)，組成電壓約為1218V 的太陽能組件，通過采集較高多的光能，保證日照能夠使鋰電池完全充滿電。 供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計電路采用正激式拓撲結(jié)構(gòu)［ 1 ］ 。 具體電路如圖2所示。
圖2 智能型太陽能充電電路設(shè)計主電路 |
