能电收集充电器-学位论文.doc

学科分类号 0712

本科生毕业论文(设计)

题目（中文） : 电能收集充电器
（英文） : Power Collection Charger

学生姓名：　　　　　
学　　号：　　
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指导教师：　　
起止日期：

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怀化学院本科毕业论文（设计）诚信声明

本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本科毕业论文（设计）作者签名：
年 月 日

目 录

摘 要 I
关键词 I
KEY WORDS I
1 前言 1
2 设计任务与要求 2
2.1 设计任务 2
2.2 设计要求 3
2.2.1 基本要求 3
2.2.2 发挥部分 3
3 设计方案的选择与论证 3
3.1 方案选择和论证 3
3.1.1电源变换拓扑方案论证 3
3.1.2 控制方法方案论证 6
4 理论分析与参数计算 7
4.1 提高电源效率的分析与计算 7
4.2 模拟可充电电池的分析 9
4.3单端反激变压器的设计与计算 9
5 系统硬件电路设计 10
5.1 主电路的设计与参数设计 10
5.3监控及控制电路的设计 11
5.4电流采样电路的设计 12
6 系统软件设计 12
6.1 MSP430单片机简介 12
6.2 软件流程图 18
7.系统测试方法、结果和分析 19
7.1 测试仪器 19
7.2测试方案 19
7.3测试数据 19
7.4结果分析 20
8 总结 20
参考文献 21
致 谢 22
附录： 23

电能收集充电器

摘 要
该设计使用TPS2836和低功耗单片机MSP430F449，采用单端反激变换器，加入同步整流技术，转换效率高达90%以上，且具有最大电流跟踪能力；采样和监测采用间歇工作方式，工作间歇可以在0.1s-5s通过按键设定。ES=10v～20v，RS=100Ω时，最大锁定电流220MA；RS=1Ω，ES在1.2v～3.6v之间变化，给电池的最大充电电流为710MA；RS=0.1Ω，0.35v<ES<1.1v,输出电流Ic>0。

关键词
单端反激变换器； 同步整流 ；最大电流跟踪

Power Collection Charger

Abstract列在目录中

The TPS2836 and low power design using microcontroller MSP430F449, using single-ended flyback converter, the synchronous rectification technology and the conversion efficiency as high as 90%, and has a maximum current tracking ability; sampling and monitoring of the use of intermittent work, can be intermitted 0.1s-5s through the key settings. ES = 10v ~ 20v, RS = 100Ω, the maximum lock current 220MA; RS = 1Ω, ES vary in 1.2v ~ 3.6v, the battery's maximum charge current 710MA; RS = 0.1Ω, 0.35v <ES < 1.1v, the output current Ic> 0.

Key words
Flyback converter; Synchronous rectification; maximum current track
1 前言
随着社会的发展，能源已经成为当今的社会信息化进程的加快对电力、信息系统的安全稳定运行提出了更高的要求。在人们的生产、生活中，各种电气、电子设备的应用也越来越广泛，与人们的工作、生活的关系日益密切，越来越多的工业生产、控制、信息等重要数据都要由电子信息系统来处理和存储。而各种用电设备都离不开可靠的电源，如果在工作中间电源突然中断，人们的生产和生活都将受到不可估量的经济损失。对于由交流供电的用电设备，为了避免出现上述不利情况，必须设计一种电源系统，它能不间断的为人们的生产和生活提供以安全和操作为目的可靠的备用电源。为此，都使用了可蓄电池。这样，即使电力网停电，也可利用电能收集充电器进行储蓄电能。
近年来，节能环保理念深入人心，对半导体IC设计和应用也提出了更高的要求。2008年11月，五大手机制造商诺基亚、三星、索尼爱立信、摩托罗拉和LG电子联合发布了手机充电器的五星级标准。例如，待机功耗小于或等于30mW的手机充电器属于最高星级。相反，如果待机功耗≦500mW，则充电器标签上将无任何星级标记。为适应手机充电器的技术革新和发展，新近半导体制造有限公司于近期推出一种新的电源控制芯片AP3768，并基于AP3768开发出全面满足能源之星外部电源2.0标准和五星级标准的充电器方案。
在出现低压和小电流的情况下可以实现小电流的高效收集，在太阳能电池处于阴雨天或风力发电机处于小风情况下，这些发电系统只能输出较低的电压，同时电流也比较小，在这种情况下，通常传统的直接向蓄电池充电的控制器因电压达不到蓄电池充电电压而难以向蓄电池实现充电，或者达到充电电压但电流过小而损失太大达不到充进蓄电池的目的。因此，研究电能收集充电器很有现实意义。
2 设计任务与要求
2.1 设计任务
设计并制作一个电能收集充电器，充电器及测试原理示意图如图2.1。该充电器的核心为直流电源变换器，它从一直流电源中吸收电能，以尽可能大的电流充入一个可充电池。直流电源的输出功率有限，其电动势 Es 在一定范围内缓慢变化，当 Es 为不同值时，直流电源变换器的电路结构，参数可以不同。监测和控制电路由直流电源变换器供电。由于 Es 的变化极慢，监测和控制电路应该采用间歇工作方式,以降低其能耗。可充电池的电动势 Ec=3.6V，内阻 Rc=0.1Ω。
图2.1测试原理示意图
2.2 设计要求
2.2.1 基本要求
（1）在 Rs=100Ω，Es=10V～20V 时，充电电流 Ic 大于（Es-Ec）/（Rs+Rc）。
（2）在 Rs=100Ω时，能向电池充电的 Es 尽可能低。
（3）Es 从 0 逐渐升高时，能自动启动充电功能的 Es尽可能低。
（4）Es 降低到不能向电池充电，最低至0时，尽量降低电池放电电流。
（5）监测和控制电路工作间歇设定范围为0.1 s～5s。
2.2.2 发挥部分
（1）在 Rs=1Ω，Es=1.2V～3.6V 时，以尽可能大的电流向电池充电。
（2）能向电池充电的 Es 尽可能低。当 Es≥1.1V 时，取 Rs =1Ω；当 Es＜1.1V 时，取 Rs =0.1Ω。
（3）电池完全放电，Es 从0逐渐升高时，能自动启动充电功能（充电输出端开路电压＞3.6V，短路电流＞0）的 Es尽可能低。当 Es≥1.1V 时，取 Rs =1Ω；当 Es＜1.1V时，取 Rs=0.1Ω。
（4）降低成本。
（5）其他。
3 设计方案的选择与论证
3.1 方案选择和论证
3.1.1电源变换拓扑方案论证
本题目要求制作一个电能收集器，从输出0v～20v电压（内阻随功率变化）的直流电源吸收能量，给模拟电池充电。充电器输出电压不小于3.6v，用吸入型电源模拟充电电池。
方案一:用分离元件完成电路设计。
利用专业的PWM波驱动芯片驱动MOS管，完成DC-DC的变换。可以方便控制输出电压，但是驱动MOS管首先需要较大电压，无法满足题目中电源电压变动范围大的要求而且转换效率较低，功耗大，输出电压中的纹波大，对硬件系统要求高。
方案二：CuK变换器
如图3.1，CuK型变换器输出电压可通过公式（1）计算得到，能量存储和传递同时在两个开关期间和两个环路中进行，这种对称型可以使它达到较高的效率，两个电感适当耦合可以理论上达“零纹波”，但是该方案对电容要求较高，且需两个电感，成本高，同时输入输出相对地不同，控制电路相对复杂。
公式（1）：

图3.1 CuK变换器
方案三：BUCK变换器与BOOST变换器组合
如图3.2，在Es=10V～20V 时，采用BUCK电路实现功能，在ES<3.6V时，开关切换到BOOST电路工作。该方案电路原理简单，检测与控制电路简单且功耗能降到最低，可加入同步整流技术，大大提高系统效率，但是成本高，系统复杂。

图3.2 BUCK变换器与BOOST变换器
方案四：单端反激变换器
如图3.3，将变压器的原边地和副边地连接，输入输出共地，可以方便信号取样，输入输出关系式见公式（2），而且方案成本低，电路简单，可以防止电流倒灌，在很宽的输入电压范围内能正常工作，结合同步整流技术，效率能达到90%以上，基本达到题目要求。但高频变压器设计是该方案的关键。
公式（2）：

图3.3 单端反激变换器
为了尽可能的降到成本，提高效率，增加可行性，我选择方案四来制作充电器，并采用同步整流技术。
3.1.2 控制方法方案论证
分析题目，要在Es=10V～20V时达到Ic 大于（Es-Ec）/（Rs+Rc），则要求系统的效率大于92.07%，尤其在Es=10v，只允许监控部分有10mw的功耗，只有同步整流能达到要求。同时为了获取尽可能大的充电电流，就要求充电器能够传输最大功率，根据最大功率传输定理，当充电器获得最大功率时，充电器的输入电压Uin=ES/2,又因充电器的输出电压恒定为3.6v，假设 DC/DC 转换效率恒定，则可以认为当输出电流最大时即获得最大功率。根据以上分析，我们考虑了以下两种控制方案。
方案一：采用PWM集成芯片
如图3.4，该控制环路主要由PWM调制器TL5001，DC/DC拓扑，电流采样处理电路和单片机组成，MCU取出DC/DC变换器电流信号来改变TL5001 的基准，TL5001输出占空比变化，从而改变输出电流，以达到追踪最大电流的目的。该方案能做到实时采样，但功耗较大。

图3.4 缺说明
图3.5缺说明

方案二：采用单片MCU实现PWM调制
如图3.5，因为ES的变化极慢，不要求反馈的实时性，所以PWM可由单片机提供，当单片机检测到输出电流变化时通过调节 PWM 的占空比追踪到最大电流，且单片机的采样和监控电路都工作于间歇模式，预设每隔1S处理一次，在0.1S~5 S 范围内可调。
综合考虑控制电路的功耗，成本及可行性，我们选择方案二。
4 理论分析与参数计算
4.1 提高电源效率的分析与计算

图4.1 参数计算等效电路
电源的输出功率有限，设负载等效电阻R，输出功率（充电器输入功率）

要使负载具有最大功率传输，电路应该满足最大功率传输定理：对于上述充电器传递给等效电阻R的最大功率条件是：负载 R应与电源的内阻Rs相等。当满足条件时，称为最大功率匹配（maximum power match）。

图4.2 输出功率与输出电流的曲线
当时输出功率最大：            

充电器输出功率:

在Es=10V时，最大输出电压：
Pmax=U2/(4Rs)=10*10/(4*100)=0.25W
输出电流:
Ic>(Es-Ec)/(Rs+Rc)=(10-3.6)/(100+1)=63.3mA
输出功率：
Po>Uo*Io=3.6*0.063=0.23W
转换效率:
η=Po/Pi=(0.23/0.25)*100%=92%
当Es=20V时，最大输出电压：
Pmax=U2/(4Rs)=20*20/(4*100)=1W
输出电流:
Ic>(Es-Ec)/(Rs+Rc)=(20-3.6)/(100+1)=162.3mA
输出功率：
Po>Uo*Io=3.6*0.163=0.587W
转换效率:
η=Po/Pi=(0.587/1)*100%=58.7%
所以在最理想的情况下，电源的转换效率要大于92%，才能满足Ic>(Es-Ec)/(Rs+Rc)，并且必须使用同步整流技术。
4.2 模拟可充电电池的分析
根据题目要求，当Ec=20V时，充电电流：
Ic>(Ec-Es)/(Rc+Rs)=0.16A
通过防止电流倒灌进的电阻为Rd，则通过Rd的电流Id>Ic (如下图所示),

图4.3 模拟可充电电池
所以Rd<Ec/Id=3.6/0.16=22.5Ω,但是，Rd过小会使Ec输出功率太大，经过试验决定，取Rd为15欧、5W的水母电阻。
4.3单端反激变压器的设计与计算
因为同步整流技术只能当电感工作于连续模式时才能发挥作用，但考虑到 Es在 10v～20v内变化时，输出电流会很小50mA～240mA，要使变压器工作于连续模式所需电感量很大，会使成本和体积都增大，同时，绕线长度增加铜损也会增大；综合考虑，我把电感临界电流点Ioc设在 400mA 处，当输出电流 Io<Ioc时电感工作于断续状态，不使能同步整流，当 Io>Ioc时，使能同步整流。变压器设计如下：
根据题意，充电器输出最大功率 Pout=3.2 W,且 Ioc=400mA,在本电路中选用 TDk磁芯PQ265，f=20KHz时其最大传输功率15W。
初级电感：
总的负载功率：
电流峰值：
能量处理能力：
电状态Ke：
磁芯几何参数：
匝数计算：
设气隙长度lg=0.1mm，则初、次级匝数：

5 系统硬件电路设计
5.1 主电路的设计与参数设计
主电路原理图采用单端反激拓扑，TPS2836是具有同步整流功能的PWM驱动芯片，其静态功耗为 2mA，能 3.6V 供电，最大驱动电流 2A。IRF7822 是增强型 N 沟道 MOS 管，导通电阻5.5mΩ,损耗小，最大漏源电流Ids=20A，完全能满足题目要求。

图5.1 系统硬件电路
图中TPS2836的1脚是PWM波的输入端，经内部反相分别从5脚和7脚输出两路反相的PWM信号驱动IRF7822，电阻R1和R2是起缓冲作用，防止驱动的电压尖峰击穿MOS管。3脚DT端用作同步整流使能，低电平有效；当充电器输出电流小于400mA时，单片机将3脚置高，不使能同步整流，5 脚输出低电平，IRF7822 截止，肖特基二极管1N5819工作；相反，当输出电流大于400 mA时，3脚置低，使能同步整流，5脚输出PWM波，IRF7822正常工作。
5.2 启动电路设计与参数设计
题目要求尽量低的Es能启动充电器，如图5.2，使用升压芯片TPS61202能够Es=0.5 V 输入的情况下，稳定输出5V给控制电路供电，保证系统低电压空载启动。当输入电压大于 3.6 V 时，单片机控制继电器导通，TPS61202 不工作，控制及监测电路由充电器输出 3.6 V 供电。但遗憾的是由于时间原因，启动电路没能做出来，所以我的作品没有空载自启动的功能。

图5.2启动电路
5.3监控及控制电路的设计
根据题目要在 Es=10V～20V 时达到 Ic 大于(Es-Ec)/（Rs+Rc）的要求，可得出监测和控制电路的功耗最大不能超过10mW。由此，我选择TI的超低功耗单片机MSP430F449作为控制核心，其3.3V 时的静态电流为 280uA，4M 外部高速晶振下程序正常运行时的电流为 1.3mA，且其内部具有3路32倍信号放大能力的16位A/D，具有多路PWM波输出，完全满足本题最大输出电流追踪的要求。同时，单片机的绝大部分时间都工作在低功耗模式，以降低功耗，并由内部定时器每隔一段时间低功耗唤醒一次，调节输出电流。其间隙低功耗时间在 0.1s 到 5s 范围内任意可调。
5.4电流采样电路的设计
系统监测输出的充电电流就需要对充电电流进行采样，采样电阻选用0.5欧的康铜丝，采样电阻两端接差分放大电路，将电流信号转换成AD可以采样的电压信号，然后送入MSP430F449内部进行采样，处理，显示。差分放大器选用CMOS微功耗高精度运放OPA335,电路尽量选择对称的电阻值，可以做到较高的共模抑制比，可以抑制电路中的纹波干扰，较高精度的采到充电电流。
6 系统软件设计
6.1 MSP430单片机简介
由于电能收集充电器对系统的功耗及效率均要求很高，所以应用最为广泛的正5伏供电的51系列单片机就不太合适了，正5伏供电的单片机将会使系统功耗增大及效率降低。所以要寻求供电电压低的低功耗单片机。而MSP430系列单片机由于它具有集成度高、外围设备丰富、超低功耗等优点，同时内部还集成了高精度AD转换器，这将会在一定程度上降低系统的功耗，在此选用MSP430系列MSP430F449这一款单片机。为了更深入了解MSP430单片机，下面再具体介绍它的内部结构和外部电路。
MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。
MSP430 系列单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（ 7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125 ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
　　在运算速度方面，MSP430 系列单片机能在8MHz 晶体的驱动下，实现 125ns 的指令周期。 16 位的数据宽度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。
　　MSP430 系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用 6us 。
　　超低功耗 MSP430 单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。首先，MSP430 系列单片机的电源电压采用的是 1.8~3.6V 电压。因而可使其在 1MHz 的时钟条件下运行时,芯片的电流会在 200~400uA 左右，时钟关断模式的最低功耗只有 0.1uA 。其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频环（ FLL 和 FLL+ ）时钟系统或 DCO 数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器（ 32768Hz ） , 有的使用两个晶体振荡器）。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。
　　由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式（ AM ）和五种低功耗模式（ LPM0~LPM4 ）。在等待方式下，耗电为 0.7uA ，在节电方式下，最低可达 0.1uA 。
　　系统工作稳定。上电复位后，首先由 DCOCLK 启动 CPU ，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做 CPU 时钟 MCLK 时发生故障， DCO 会自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。
丰富的片上外围模块 MSP430 系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（ WDT ）、模拟比较器 A 、定时器 A （ Timer_A ）、定时器 B （ Timer_B ）、串口 0 、1（ USART0 、1 ）、硬件乘法器、液晶驱动器、 10 位 /12 位 ADC 、16位Sigma-Delta AD、直接寻址模块（ DMA ）、端口 O （ P0 ）、端口 1~6 （ P1~P6 ）、基本定时器（ Basic Timer ）等的一些外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出 A/D 转换器； 16 位定时器（ Timer_A 和 Timer_B ）具有捕获 / 比较功能，大量的捕获 / 比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、 PWM 等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的 I/O 端口，最多达 6*8 条 I/O 口线； P0 、 P1 、 P2 端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入； 12/14 位硬件 A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达 200kbps ，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达 160 段；实现两路的 12 位 D/A 转换；硬件IIC串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用直接数据传输（ DMA ）模块。 MSP430 系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。
方便高效的开发环境目前 MSP430 系列的主要开发环境是IAR Embedded Workbench。该软件界面友好，功能强大，支持C，C++，汇编语言，能在线调试和仿真。程序下载采用JTAG方式，下载到内部的FLSH里面去。

图6.1 MSP430内部的功能框图
因为我只要用到MSP430的AD模块，所以只用单片机的P6.0端口，其它都是单片机的内部资源。根据系统要完成的功能，程序共分为时钟模块，定时器模块，ADC转换模块，中断模块。下面分别介绍它们的程序。
时钟模块：
因为MSP430内部有很多时钟，如DCO,ACLK,SMCLK等。但是根据系统要求，最终选用SMCLK作为系统时钟，它的初始化程序如下：
void InitClk()
{
FLL_CTL0|=XCAP18PF;//Set load capacitance
FLL_CTL1&=~XT2OFF; //Turn on XT2,XT2 is off if it is not used
FLL_CTL1 = SELS; // Select SMCLK source as XT2CLK
}
定时器模块：
MSP430内部有丰富的定时器，我选用定时器B作为ADC采样的时钟，也作为监控电路工作间歇的时钟源。它的初始化程序如下：
void InitTimerB()
{
TBCTL = TBSSEL_2 + MC_2;// SMCLK, continuous mode
TBCCR0 = 50000;
TBCCTL0 = CCIE; // CCR0 interrupt enabled
}
ADC12模块：
MSP430F449内部有12位的ADC转换模块，选用内部的参考电压，转换精度高，并且极大的降低的系统的功耗，它的初始化程序如下：
void InitADC12()
{
int i;
ADC12CTL0=SHT0_2+ADC12ON+REFON;
ADC12CTL0 |=REF2_5V;//选择2.5V参考电压
ADC12CTL1 |=SHP; // Use sampling timer
ADC12CTL0 |=ENC; //允许转换位
ADC12MCTL0=SREF_1;//select ADC nternel reference
for ( i=0; i<0x3600; i++); // Delay for reference start-up
ADC12IE |=BIT0; //Enable interrupt
P6SEL |=BIT0; //P6.0为模拟信号的输入端口,即特殊端口
}
6.2 软件流程图
如下图为整体的软件流程图。当主功率电路开始工作的时候，控制电路先通过大范围的占空比变化，比较对应电流的大小，实现初步判断最大输出电流所处区域，一旦锁定区域后，然后在此区域调节，以找到最大电流点，当输入电压变化时，单片机会自动调节占空比以跟踪最大电流。 流程图说明： 程序初始化时，占空比设为50%，占空比变化的初始状态设为递增方式，间隙时间为5s。进入主循环中，先测量输出电流，当输出小于 1mA 时，单片机输出固定 50%的占空比，大于1mA时， 判断并设置电路工作在升压还是降压模式，并在输出电流大于400mA时，使能TPS2836的同步端，开启同步整流。

图6.2软件流程图
7.系统测试方法、结果和分析
7.1 测试仪器
数字万用表，直流稳压稳流电源，数字示波器
7.2测试方案
在本作品的测试中，可充电池中的3.6V电动势是由直流稳压电源提供，Rd是1个20W,10Ω的水泥电阻，用于放电。如下图9所示：

图7.2 测试电路
7.3测试数据
(1). 当Rs=100Ω，Es=10V~20V时，充电电流Ic的值如下表表要编号
：
Es(V)
10.08
12.02
15.05
17.09
19.10
20.00
Ic(mA)
真实值
59.8
79.4
114.1
139.7
159.8
169.9
Ic（mA）
计算值
63.36
83.16
113.36
133.46
153.46
163.36

(2).当Rs=100Ω,能向电池充电的最低Es=3.88V，充电电流Ic=0.02mA>0。
(3).当Rs=1Ω，Es=1.2V~3.6V时，充电电流Ic的值如下表
：
Es(V)
1.23
2.04
2.57
3.10
3.62
Ic(mA)
38.6
70.2
95.3
131.7
142.2
(4).能向电池充电的最低Es(Ic>0)如下表
：
条件
Es<1.1V
1.1V<Es<3.6V
Es>3.6V
最小Es(V)
0.88
1.1
4.1
(5).Es从0逐渐升高时，能自动启动Es的充电功能的值：
条件
Es<1.1V
1.1V<Es<3.6V
Es>3.6V
最小Es(V)
0.92
1.1
3.88
(6)当 ES = 0 V，Ec =3.6 V时，电池的放电电流Ic=0.35mA.
(7)监控和控制电路工作间歇设定范围能在0.1S~5S内程控设定，步进0.5S。
7.4结果分析
根据实际测得的结果，充电时的最大电流值不是稳定在一个固定的值，而是在某个值附来回跳动，其是由于单片机在追踪最大电流值时不停地改变占空比所造成的；并且在最大流输出时充电器并未工作在最大功率传输点，这是由于后端电源等效为一个容性阻抗所致。
8 总结
本系统以TI低功耗单片机 MSP430F449作为控制核心，结合MOS驱动TPS2836、低导通电压开关管IRF7822，设计并制作了该电能收集充电器，完成了题目所给的基本和发挥部分的大部分要求。通过这次设计，我们学到了很多东西，感触颇多，受益匪浅。

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[10]潘永河，沙河，刘向阳．电子线路CAD实用教程[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2001.
[11] Donald A. Neamen. Electronic circuit analysis and design[M].Tsinghua University Press and Springer Verlag.2002.
[12] 赛尔吉欧·佛朗哥 (Sergio Franco ),刘树棠等译.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(第3版) 西安：西安交通大学出版社 2004.8 .

致 谢

附录：
附录A：系统电路图

图（A1）

图（A2）

附录B：程序清单
#include <msp430x44x.h>
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
uint counter=0;
uint flag=0,flag1=0,flag2=0,flag3=0,flag4=0,flag5=0,flag6=0;
uint result=0;
void Delay(uint timer)
{
while(timer--);
}
void Delay_S(uint count)
{
while(count--)
Delay(5000);
}
//初始化时钟函数
void InitClk()
{
volatile uint i;
FLL_CTL0|=XCAP18PF;//Set load capacitance
FLL_CTL1&=~XT2OFF; //Turn on XT2,XT2 is off if it is not used for MCLK or SMCLK.
FLL_CTL1 = SELS; // Select SMCLK source as XT2CLK
P1SEL |=BIT4;
}
//初始化定时器A函数
void InitTimerA()
{
TACTL=TASSEL_2+MC_1+TACLR;//定时器时钟源是SMCLK,计数器工作在增计数模式
CCR0 =396;
CCTL1 |=OUTMOD_7;//PWM输出模式
CCTL2 |=OUTMOD_7;//PWM输出模式
P1DIR |=BIT2;//P1.2端口的管脚为输出,也就是P1.2输出PWM波
P1SEL |=BIT2;//PWM输出,第二功能
P1DIR|=BIT0;//TPS2836的DT端口的控制引脚设计输出，SYNC
P1OUT|=BIT0;//初始化时不同步整流，输出高电平
}
void InitPWM()
{
CCR1=198;//50%
CCR2=198;
Delay_S(2);
CCR1=178;//45%
CCR2=218;
Delay_S(2);
CCR1=158;//40%
CCR2=238;
Delay_S(2);
CCR1=138;//35%
CCR2=258;
Delay_S(2);
CCR1=118;//30%
CCR2=278;
Delay_S(2);
CCR1=100;//25%
CCR2=296;
Delay_S(2);
CCR1=80;//20%
CCR2=316;
Delay_S(2);
CCR1=64;//16%
CCR2=332;
Delay_S(2);
CCR1=36;//9%
CCR2=360;
Delay_S(2);
CCR1=24; //6%
CCR2=372;
Delay_S(2);
CCR1=16;//4%
CCR2=382;
Delay_S(2);
CCR1=12;//3%
CCR2=384;
Delay_S(2);
CCR1=8;//2%
CCR2=388;
Delay_S(2);
CCR1=4;//1%
CCR2=392;
Delay_S(2);
}
//初始化定时器B函数
void InitTimerB()
{
TBCTL = TBSSEL_2 + MC_2;// SMCLK, continuous mode
TBCCR0 = 50000;
TBCCTL0 = CCIE; // CCR0 interrupt enabled
}
//单通道单次转换，选择内部参考电压
//Inference voltage Vr+=VREF+,Tr-=AVSS
void InitADC12()
{
int i;
ADC12CTL0=SHT0_2+ADC12ON+REFON;//Set sampling time, turn on ADC12
//ADC12CTL0|=REFON;//内部参考电压打开,1.5V
ADC12CTL0 |=REF2_5V;//选择2.5V参考电压
ADC12CTL1 |=SHP; // Use sampling timer
ADC12CTL0 |=ENC; //允许转换位
ADC12MCTL0 = SREF_1;//select ADC internel