摘要： 針對油田無線示功儀及其無線網絡節點的供電問題，采用開關電源技術實現了太陽能組件電壓變化或負載波動時自動調節占空比的供電網絡，運用自動控制技術設計了過電壓保護電路、過放電保護電路與應急充電電路等， 采用充電管理技術實現了鋰電池充電及電壓調節電路，根據光敏傳感器輸出差值比較電壓設計了太陽自動跟蹤控制器。 該太陽能充電電路思路新穎，在應用上是一種突破，工作效率達到92% ，輸出電壓精度為98% ，系統運行一年來，工作性能安全、穩定。 應用證明具有較高的實用和推廣價值。
隨著無線技術的發展，無線網絡技術越來越多投入到實際應用中， 無線傳感器網絡一般分布范圍較廣，架設供電線路，投資大，維護成本高。 如采取干電池方式供電，則每個節點的電源供電能力有限，對每個節點更換電池不僅費時、費力，增加成本，而且影響工作效率。 能否穩定持續的供電，成為制約油田無線示功儀及其無線網絡發展的一個重要因素，太陽能技術的發展使供電方式產生了飛躍式的發展，已經成為油田無線示功儀及其中繼網絡節點供電方式的發展方向。 本文擬對油田監測示功儀及中繼網絡節點設計一種智能化、免維護型的太陽能充電電路，為無線網絡節點供電。 該設計電路具有以下特點： ①基于開關電源技術設計的充電網絡具有自動調節占空比的功能， 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 型電壓調節器，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太陽，充分利用太陽能。
1 系統設計
現有的光伏電池，單體的輸出電壓都很低（在1V 以下） ，本設計中，將多個光伏電池相串聯，組成太陽能組件。 通過可以自動調節占空比的供電網絡保證在光照強度變化和負載變化時，輸出電壓基本穩定，為充電管理芯片提供穩定的電壓輸入。 通過對供電網絡的副邊電壓監測，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絡節點的供電要求是313V，采用低噪聲、高速度的CMOS型電壓調節器。 在自動跟蹤控制器作用下，始終保持全天候跟蹤太陽。 為了防止因連續陰雨天而導致的太陽能供電不足，設計應急充電電路，充電期間，無線示功儀及其節點正常運行。 具體系統設計模塊如圖1所示。
圖1 系統設計示意圖
2 硬件電路設計
2.1 太陽能組件及充電電路設計
本文設計中采用16個光伏電池串聯，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。 供電網絡設計電路采用正激式拓撲結構［ 1 ］ 。 具體電路如圖2所示。
圖2 智能型太陽能充電電路設計主電路 |
