發(fā)布時間：2021-01-15 05:16

　　如今,能量采集技術(shù)已經(jīng)可以從多種不同類型的環(huán)境能量源中收集電能,例如,太陽能、熱能、振動能等。理想狀態(tài)下,電子設(shè)備可以在能量采集技術(shù)的支撐下獨立運行,對于迫切需要解決續(xù)航能力的物聯(lián)網(wǎng)（IoT,Internet of Things）設(shè)備來說,能量采集技術(shù)表現(xiàn)出絕對的優(yōu)勢,有效延長了電子設(shè)備的續(xù)航時間。傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用鋰電池作為電源,在多數(shù)應(yīng)用中似乎是一個不錯的選擇,但電池有限的容量總是無法滿足使用者對續(xù)航能力的要求,若利用能量采集技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的鋰電池進行補充充電,將會極大的改善續(xù)航能力。環(huán)境能源復(fù)雜多變,換能器的輸出功率不穩(wěn)定,因此一個完整的能量采集系統(tǒng)必定包含對電池進行充放電管理的電路,實現(xiàn)能量采集場景下鋰電池充放電過程的安全可控。本文以太陽能電池作為換能器,其單片輸出電壓較低且存在較大范圍內(nèi)波動。針對實際需要設(shè)計了為鋰電池充電電路提供電源軌的自適應(yīng)升壓變換器,將一定范圍內(nèi)的輸入電壓轉(zhuǎn)換到充電電路所需的電源電壓,輸出電壓動態(tài)跟蹤鋰電池的電池電壓,降低充電通路上的損耗;為應(yīng)對輸入功率不穩(wěn)定的情況,設(shè)計出多種模式協(xié)同充電的充電電路,可工作在涓流、定頻恒流脈沖充電、變頻恒流脈沖充電三... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰電池充放電管理電路芯片結(jié)構(gòu)圖

小尺寸太陽能電池的光-電轉(zhuǎn)換基于半導(dǎo)體界面的光伏效應(yīng),以硅系列太陽能電池為例,這類太陽能電池的基板通常是P型硅基半導(dǎo)體,摻入了少量的3價硼原子,再以高溫擴散工藝將濃度高于3價硼原子的5價磷原子摻入到P型硅基半導(dǎo)體基板,從而形成PN結(jié)。圖2-1給出了這類太陽能電池的工作原理示意圖,在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間的勢壘區(qū)存在內(nèi)建電場,內(nèi)建電場的方向由N區(qū)指向P區(qū),當(dāng)收到太陽光輻射時,光子提供的能量將半導(dǎo)體中的電子空穴對激發(fā)出來,在電場的作用下帶正電的空穴向P區(qū)聚集,P區(qū)的電勢升高,同理帶負電的電子向N區(qū)聚集,N區(qū)的電勢降低,導(dǎo)致P區(qū)儲存了過量的空穴,N區(qū)儲存了過量的電子,最終在PN結(jié)上形成一個光生電場,該電場一部分用來平衡內(nèi)建電場,另一部分使P區(qū)、N區(qū)帶有不同的正電荷和負電荷,從而在兩個區(qū)域之間產(chǎn)生電動勢,通過負載形成電流回路[31]。2.1.3 非線性輸出特性對電路設(shè)計的影響

硅系列太陽能電池本質(zhì)上屬于半導(dǎo)體光電器件,對光照強度、環(huán)境溫度等因素的變化敏感,輸出特性與PN結(jié)二極管、場效應(yīng)晶體管和雙極型晶體管一樣具有明顯的非線性。圖2-2給出了太陽能電池的等效電路,為了簡化數(shù)學(xué)計算,模型以單二極管的形式展現(xiàn),主要有電流源Iph、二極管D1、并聯(lián)電阻Rp和串聯(lián)電阻Rs組成[32]。其中,不同光照強度和溫度下,電流源Iph不同,直接影響太陽能電池的輸出特性;并聯(lián)電阻Rp表征了太陽能電池中存在的漏電,其組成有PN結(jié)本身存在的漏電流、硅片表面缺陷、制造工藝產(chǎn)生的漏電流,并聯(lián)電阻對太陽能電池的性能會產(chǎn)生非常大的影響,因此總是希望Rp越大越好;串聯(lián)電阻Rs是從PN結(jié)產(chǎn)生電場的位置到太陽能電池輸出節(jié)點之間電阻的總和,基體電阻、連線電阻、電極與半導(dǎo)體表面的接觸電阻都屬于串聯(lián)電阻,為了降低電壓在太陽能電池內(nèi)部的損耗,總是希望串聯(lián)電阻盡可能的小。對于實際的太陽能電池,并聯(lián)電阻Rp的數(shù)值很大,串聯(lián)電阻Rs的數(shù)值較小。對于太陽能電池有五個非常重要的參數(shù),即開路電壓VOC、短路電流ISC、最大功率點電壓VMPP、最大功率點電流IMPP和最大功率PMPP,上述五個參數(shù)的關(guān)系如圖2-3所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]任意光強和溫度下的硅太陽電池非線性工程簡化數(shù)學(xué)模型[J]. 廖志凌,阮新波.  太陽能學(xué)報. 2009(04)

博士論文
[1]高性能升壓型電源管理芯片的研究與優(yōu)化設(shè)計[D]. 池源.西安電子科技大學(xué) 2015

碩士論文
[1]具有極低靜態(tài)電流的BOOST型DC-DC變換器的研究與設(shè)計[D]. 苗潤云.西安電子科技大學(xué) 2019
[2]變導(dǎo)通時間控制Buck變換器分析與設(shè)計[D]. 曾鵬灝.電子科技大學(xué) 2019
[3]單芯片集成USM驅(qū)動電路的關(guān)鍵技術(shù)研究與實現(xiàn)[D]. 黃龍.電子科技大學(xué) 2019
[4]基于Constant Off-Time BOOST變換器的環(huán)路研究與設(shè)計[D]. 魏秀凌.電子科技大學(xué) 2018
[5]能量收集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理策略研究[D]. 陳國帥.西安電子科技大學(xué) 2017
[6]USM單片驅(qū)動中的Boost電路設(shè)計[D]. 王康樂.電子科技大學(xué) 2017
[7]基于室內(nèi)光能和振動能的復(fù)合式能量采集微電源系統(tǒng)研究[D]. 劉鵬宇.重慶大學(xué) 2013



本文編號：2978301