摘要： 針對(duì)油田無線示功儀及其無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的供電問題，采用開關(guān)電源技術(shù)實(shí)現(xiàn)了太陽能組件電壓變化或負(fù)載波動(dòng)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)占空比的供電網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)了過電壓保護(hù)電路、過放電保護(hù)電路與應(yīng)急充電電路等， 采用充電管理技術(shù)實(shí)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(jì)了太陽自動(dòng)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(dá)到92% ，輸出電壓精度為98% ，系統(tǒng)運(yùn)行一年來，工作性能安全、穩(wěn)定。 應(yīng)用證明具有較高的實(shí)用和推廣價(jià)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(shí)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(hù)成本高。 如采取干電池方式供電，則每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電源供電能力有限，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)更換電池不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)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(gè)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(diǎn)供電方式的發(fā)展方向。 本文擬對(duì)油田監(jiān)測(cè)示功儀及中繼網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)一種智能化、免維護(hù)型的太陽能充電電路，為無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電。 該設(shè)計(jì)電路具有以下特點(diǎn)： ①基于開關(guān)電源技術(shù)設(shè)計(jì)的充電網(wǎng)絡(luò)具有自動(dòng)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(gè)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(hù)、鋰電池過放電保護(hù)功能，使鋰電池充、放電安全可靠。 ⑤自動(dòng)跟蹤太陽的功能，太陽能采集板始終保持對(duì)準(zhǔn)太陽，充分利用太陽能。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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(jì)中，將多個(gè)光伏電池相串聯(lián)，組成太陽能組件。 通過可以自動(dòng)調(diào)節(jié)占空比的供電網(wǎng)絡(luò)保證在光照強(qiáng)度變化和負(fù)載變化時(shí)，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(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的副邊電壓監(jiān)測(cè)，保護(hù)充電管理芯片不因電壓過高而損壞。 通過對(duì)電池兩端的電壓監(jiān)測(cè)，保證鋰電池不會(huì)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(diǎn)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(dòng)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(jì)應(yīng)急充電電路，充電期間，無線示功儀及其節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行。 具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖
2 硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 太陽能組件及充電電路設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)中采用16個(gè)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(jì)電路采用正激式拓?fù)浣Y(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(jì)主電路 |
