“你不记得上一年气候有多热吗?”Dev 提示我。”咱们需求一些使咱们凉快的东西。喷雾体系会让咱们感到凉快。喷水能够使温度下降 10 度!”Doug 忽然大声说道。这便是咱们为预备参与 2009 年 Burning Man 活动而碰头儿时开端的一幕。我和 3 个朋友有了 2008 年令人惊喜的体会，决议再次到那个严格的沙漠环境走一遭。咱们誓词要把生活条件弄得比前次好，因而早早开端谋划，以保证咱们在黑岩城沙漠能舒畅一些，这片沙漠在美国内华达州里诺市北 100 英里的当地。
咱们巴望舒畅一点的条件是，一个根据水雾体系而让人凉快的处理方案，以战胜困扰这片沙漠的干热空气。这能够用一台由电压源供电、连着一个带喷嘴的喷雾水龙带的水泵完结。喷雾体系的成功要素是电源，这个电源也能够用来给 LED 灯供电，以供夜间照明，或许给其它需求电源的外部设备充电。咱们的方案是，用太阳能电池板给一个海上用的深周期电池充电，然后用这块电池给其它一切东西供电。随即，我开端了太阳能电池板电池充电器的规划。
我有 3 周时刻完结规划。我向朋友 Simon 恳求协助，Simon 曾经用凌力尔特公司的 IC 搞过太阳能供电规划。除了一台显现作业原理的样机，Simon 还给了我一份原理图，这台样机从未连上太阳能电池板测验过，但在实验室做过仿真。我很振奋，有爱好用实在的太阳能电池板测验这个规划，咱们预备对样机进行像样的测验。
一位朋友借给我两块 BP 太阳能电池板 (BP380U)。在大约 20V 最高输出电压和 4A 最大输出电流时，每块电池板的峰值功率都是 80W (实践标准为，在 80W 最大功率时，电压为 17.6V,电流为 4.55A)。把这两块太阳能电池板合起来，我期望在太阳光直接直射在电池板上时，在峰值条件下能有 8A 的总电流。太阳能电池板衔接到 Simon 的样机上没有几分钟，体系就充沛运转了 (图 1 和图 2)。经过对样机的开始测验，查明晰几个毛病，后来这给咱们节约了很多时刻。
图 1:测验 BP 太阳能电池板， BP380U (0 至 20V 输出，4A 峰值功率 80W)
图 2:开始的太阳能充电电路样机，选用 12V 海上用深周期电池 .
样机运转杰出，因而我购买了几块凌力尔特公司的演示板，并稍作修正以使其更适宜从头规划过的体系标准要求。我坚持样机作为备份和参阅，一同我规划了一个新体系。咱们处理了一些毛病后，经过这些修正改进了本来的样机。总归，架构规划依然是相同的：用 0 至 20V 的太阳能电池板，以 4A 的安稳电流给一个 12V 的电池充电。
太阳能电池充电器体系规划
用这些演示板忙活几天之后，我成功地完结了一个发生预期效果的规划，这规划将适宜咱们这次旅程。体系的方框图如图 3 所示，该图显现了一些 IC 和演示板功用。体系的相片如图 4 所示，显现了完好的太阳能电池板电池充电器单元。
图 3:体系规划方框图
图 4:终究的太阳能充电器电路
视太阳的方位不同而不同，太阳能电池板开始的输出电压在 0V 到 20V 之间改动，那么就用一个能承受这么宽输出规模的稳压器，并坚持汲取低的电流 (每个电池板上的输入电流最大值都是 4A)，一同调理一个固定的输出电压。这是在 DC1198A-B 演示板上用凌力尔特公司的微型模块 (μModule) DC/DC 降压-升压型开关稳压器 LTM4607 完结的。
LTM4607 是一个小型 LGA 封装 (15mm x 15mm x 2.8mm) 的芯片，其间包含一个杂乱的降压-升压型 DC/DC 开关稳压器所需的一切支撑操控组件。杂乱的开关操控电路和 FET 内置到微型模块稳压器中，然后使该器材十分简略运用。成果是仅需一个微型模块稳压器、电感器以及几个电容器和电阻器就完结简练规矩的布局。4.5V 至 36V 的宽输入电压规模至固定 20V 输出 (规模为 0.8V 至 24V) 关于太阳能电池板的特性 (0 至 20V 输出) 正适宜，并且该器材能加载高达 5A 的升压形式和 10A 的降压形式。在太阳能电池板峰值功率时，20V 输入至 20V/2.5A 输出的功率是 91%,并且活跃运用了降压-升压型宽规模输入的优点。就这个体系规划的意图而言，输出调理到 20V,用这个输出给 LTC1435/LT1620 高功率、低压差电池充电器体系供电。
在 14V 安稳电压时，LTC1435/LT1620 演示板 (DC133A) 将充电电流操控到安稳的 4A.该演示板与 LT1620 数据表第一页上的运用电路相似，我将 FB 电阻器 (110k) 换成一个可变电位器，以完结输出电压调理，并将电池浮置电压设置到 14V.该演示板规划运用 LT1620 轨至轨电流检测放大器，结合 LTC1435 开关稳压器电路的高功率和低压差才能，形成了一个功率超越 95% 的电池充电器，然后在 4A 充电电流时仅需求 0.5V 输入至输出电压差。一个到地的编程电流设置电池充电电流 (4A)，该电池充电电流一直是安稳的，直到电池电压到达预设的浮置电压 (在本文状况下为 14V) 停止。跟着电池到达其满充电状况，电路的编程将主动转入涓流充电状况，并就电池的输出电压而言缓慢下降充电电流。这减轻了由于安稳过冲电给电池形成的压力。
一个抱负二极管电路规划与 DC133A 充电体系的输出串联，运用 LTC4414 完结电路维护，并答应在充电电路以最小损耗运转的一同运用电池。这种主动电源通路 (PowerPath?) 操控使外部设备能够自由地用太阳能电池板或电池供电。当太阳能电池板功率缺乏时，电路主动转为从电池汲取功率。该电路规划与 LTC4414 数据表第九页上的图 2 相似。LTC4414 (8 引线 MSOP 封装) 操控一个外部 P 沟道 MOSFET,以发生挨近抱负的二极管功用，用于电源切换。这答应多个电源高功率进行”或” 操作;在本文状况下，电源是太阳能电池板和电池。当衔接一个外部设备时，电池和充电体系承受负载状况。在无负载时，将对电池充电。因而该规划答应一同运用太阳能电池板和电池供电，一同运转电池充电进程。这一部分没有演示板可用，因而我依照定制电路板上的运用电路进行规划。
电流检测体系与电池串联，运用并联检测电阻器丈量电池的输入充电电流和输出放电电流，而无需断开电路。图 3 的方框图仅说明晰输入充电电流。LTC6103 (选用 8 引线 MSOP 封装，在 4V 至 60V 规模内作业) 是一个双路独立电流检测放大器，可经过外部检测电阻器监督电流。该器材以 mV 为单位丈量和供给电池充电和放电电流的电流比率输出。在本文状况下，它协助指示电池充和放了多少电量。这是一种以低功率损耗读取电流的办法，这对坚持一个高能效体系至关重要。我稍微调理了 LTC6103 (DC1116A) 演示板以完结这一点。引脚 8 和 7 别离与进入电池的电流通路 +IN_A 和 -IN_A 串联。这将供给进入电池的充电电流。引脚 6 和 5 彼此掉换后反着衔接，以丈量电池放电电流通路，+IN_B (引脚 5) 衔接到 -IN_A (引脚 7)，-IN_B (引脚 6) 衔接到 +IN_A (引脚 8)。电阻器的值以 10 为倍数改动和调理，以便在 0.1Ω 并联检测电阻器与电路串联时，输出以 100mV/A 改动。图 5 中的万用表显现整个体系的成果。太阳能电池板输出电压是 17.11V,电池电压为 12.95V,充电电流是 3.58A.
图 5:万用表显现 17.11V 太阳能电池板输出，12.95V 电池充电电压;3.58A 电池充电电流
ADC 和微操控器读数
我决议，每次查看电路是否正常运转时不运用电压表，由于电压表在沙漠中难以带着。为了防止带着多个万用表，我用一个微操控器和 ADC 来读取体系的电压值，并在一般的 LCD 显现屏上显现信息。这种办法可就电路功用供给实时数据，而无需衔接几个万用表。我运用 DC590B 演示板和 LTC2418 8信道 / 16 信道 24 位 ADC 演示板 DC571A.我的搭档 Mark Thoren 给了我 PIC 微操控器的嵌入式源代码样本，我微调了这个源代码样本，以跨 LTC2418 上 ADC 的不同通道对电压采样，并以可承受的分辨率、精确地读出 mV 规模的电压值。已然基准电压的最大规模是 2.5V,那么我用一种电压分压器办法来按份额将电压下降到 mV 规模，以在 ADC 上完结正确的丈量。通道衔接到单个有关的输入和输出电压上，包含电流检测电压。这么做十分成功，无需多个万用表。图 6 是一个有关这个 LCD 显现屏的全功用体系的比如。我在 LCD 上得到的终究的显现供给了有关以下电压的信息：改动的太阳能电源电压 Vs、充电电路电压 Vc、电池电压 Vb、以及电池上的输入充电/放电电流 C 和 D.在本文状况下，是”C”,它在充电。放电时，程序将改动到”D”.
图 6:LCD 读数：Vs (太阳能电池板电压);Vc (充电电路电压);Vb (电池电压);C = 充电电流 (4.3A)，
用DC590B P%&&&&&% 微操控器操控;用 LTC2418 演示板 DC571 ADC 读取电压，该演示板由 LTM4601 演示板 DC1041A 微型模块降压型稳压器供电。
留意，DC590B 演示板不是靠 12V 轨供电，而是靠 5V 轨供电。需求一个降压型稳压器将电压从电池的 12V 下降到 5V.这个降压型稳压器将有必要是高功率的，由于电源将来自太阳能电池板和电池，我不想因运转 LCD 显现屏和微操控器而消耗很多功率。我运用 LTM4601 微型模块 DC/DC 开关稳压器演示板 DC1041A.
LTM4601 是一个 LGA 封装的 15mm x 15mm x 2.8mm 微型模块 DC/DC 开关稳压器，在 12A 最大负载电流时，输入为 4.5V 至 20V,输出为 0.6V 至 5V.LTM4601 的规划使得十分简略从 12V 电池供给一个安稳的 5V 输出。该微型模块包含一切操控支撑组件，如电阻器、%&&&&&%器、MOSFET 和电感器。在这个体系中，功率大约为 90%,运用最小的电池电流，极大地延长了电池寿数。更简略的是，输出电压用一个电阻器设置，假如我需求一个不同的电压轨 (例如 3.3V、2.5V、1.8V、1.5V 和 1.2V)，那么在演示板上用一条跨接线能够十分简略地改动这个输出电压。
总归，两块 BP 太阳能电池板，每块在 4A 电流时都有 0 至 20V 的输出，这两块太阳能电池板由 20V 输出的 LTM4607 降压/升压型微型模块开关稳压器调理，然后再到 14V 输入的 LTC1435/LT1620 电池充电器，经过一个抱负二极管 MOSFET 操控器 LTC4414、一个串联的电流检测放大器 LTC6103,终究进入电池;以安稳的 4A 电流充电。在这个规划中，由 LTC2418 在不同的级获取 ADC 读数，并将读数送至由 LTM4601 微型模块开关稳压器供电的 DC590B 演示板微操控器，以在 LCD 上显现成果。图 7 显现正在运转的整个体系。
图 7:运转中的整个体系规划
喷雾体系的机械规划
有了一个正常作业的太阳能充电器和安稳的 12V 输出，我就预备好着手拼装喷雾体系了。去一趟五金店就得到了我需求的资料：舱底污水泵、水龙带衔接器、水龙带夹具、转接器和喷雾体系。水龙带长约 15 英尺，拧在转接器螺钉上，用水龙带夹具固定到水泵上，喷雾体系固定在结尾，有 5 个喷雾嘴。底舱污水泵靠最大值为 12V 的电压运转，水压能够经过下降电压来操控。
为了完结灵活性，我安装了一个稳压器，该稳压器能够承受 12V 输入，并将输入转换成可变的 12V 输出。这要求 LTM4607 规划有降压/升压特性。该器材运用一个反应电阻器操控输出电压。一个 50k 的可变旋钮电位器替代了电阻器，然后十分简略操控 0.8V 至 12V 的输出。还串联了一个 5.62k 的电阻器，以约束输出电压，坚持输出低于 15V.该规划经过旋转一个旋钮完结了水压操控。
然后，我就能够测验我的全功用喷雾体系了。成果，水泵导致最大约 6A 的电池放电电流，这意味着，在峰值输出时，水泵约从每块太阳能电池板取得 4A 电流。操控水泵速度和压力的优点是，我能够将压力降到满足低，以下降电池的放电电流，并悉数靠太阳能电池板运转水泵，以节约电池电量，这样做十分有用。经过这种办法，咱们能够在营地全天运转喷雾体系，而不用忧虑电池放电，耽搁夜间用于 LED 照明体系。
LED 照明
跟着电源的完结，我就能够添加电路，在晚上高功率地供给照明晰。LED 满足亮，能够照亮房间，这在曾经是不行幻想的，可是新的技术进步现已为 LED 照明的新时代发明了条件。尤其是，Philips Lumileds Luxeon LED 在 1000mA 时能够供给超越 100 流明的光。我装备了一个 LumiLED 阵列，运用 LTC3475 (16 引线 TSSOP 耐热增强型封装) 双路 1.5A 安稳电流 LED 驱动器 DC923A 演示板。它规划成用一个宽规模输入电压 (4V 至 30V) 驱动两个信道，每个信道 1.5A.12V 电池直接衔接到演示板的输入，为每个通道 3 个串联的 LED 灯供电，当两个通道都接通时，总共有 6 个 LED.这些 LED 出奇地亮，用一块柔光布遮上时，满足照亮咱们整个营地。晚上的放电电流悉数来自电池，由于太阳能电池板夜间供给零电力。以 2A 的总放电电流，能够整晚为这些灯供电。到挨近正午或偏下午时，电池再次充满电，为给喷雾体系供电做好了预备，在早午饭后，喷雾体系就能够让咱们感到凉快了。
用于外部设备的点烟器适配器
咱们的通讯无线电收发报机在很多运用今后需求充电，由于蜂窝电话接纳不到信号。咱们运用的无线电收发报机有一个轿车适配器插头，可经过点烟器充电。为了快速充电，我添加了一个衔接到电池的 12V 点烟器内孔适配器，专门用于该轿车适配器插头。这证明很有用，由于电池充电一次仅继续几个小时，所以咱们需求常常给咱们的无线电收发报机充电。图 8 显现的是，经过衔接到 12V 电池输出的点烟器给无线电收发报机充电。
图 8:经过轿车点烟器在 12Vdc 时对 Ham无线电收发报机充电
调试和危险
在用样机进行的一次开始测验中，我发现了太阳能电池板运用的一个底子约束。太阳能电池板上改动的电压也意味着改动的电流。我在仿真一些实际国际的要素时，例如暗影遮住太阳能电池板或阳光缺乏，彻悟了这个问题。在一种极点状况下，在电池板上方摇动手臂都能引起体系闭锁到限流值上，这令人担忧。当阳光改动使输出电压下降时，样机的电流形式架构使体系从太阳能电池板汲取更多电流，这是十分合乎情理的，由于功率反映的是电流与电压之间的联系，电压下降时，电流会上升，以到达相同的功率值。处理方案是，规划一个功率改动的体系，由于视阳光在太阳能电池板上照耀量的不同而改动，输入电压和输入电流会改动。
由于电池板或许只供给 4A 的最大峰值电流，所以输入端的这种欠流使体系闭锁，并坚持闭锁状况直到体系复位停止。简略的处理方案是，当输入电压降至低于某个门限时，复位 LTM4607 微型模块稳压器上的 RUN 引脚。当电池板电压下降时，用一个带设定基准电压的比较器去触发能够做到这一点。不幸的是，这个处理方案不是最佳的，由于视电池板承受的太阳光照耀量的不同，会引起体系或许接通或许断开。一个更适宜的处理方案是，就太阳能电池板电压而言，调理充电电流，这样，4A 的充电电流就跟着太阳能电池板上太阳光的照耀量而改动。当太阳能电池板输出电压下降时，到电池的充电电流也应该下降。
我的一位搭档对这个问题苦苦思索后，主张运用一个运算放大器和 MOSFET 来操控 LTC1435 上的 PROG 引脚。这个引脚操控充电电流输出值，使该输出值与从这个引脚吸出的电流值成份额。运放盯梢太阳能电池板的电压，视电池板电压值的不同而不同，调理 MOSFET 的 Rds-on 并操控电流。当电池板电压是最大值时，运放操控 MOSFET 至彻底接通，然后答应吸出最大电流，并供给 4A 充电电流。当电池板电压较低时，充电电流也应该较低，以坚持适宜的功率输出。我敏捷添加了一个选用 LT1006 运算放大器的电路，附在 DC133A 演示板上。我的时刻不够了，并且依然在揣摩偏置 MOSFET 上的电阻器、以完结最大充电电流。我的一个朋友主张我运用一个可变电位器，来快速处理电流偏置问题，而不再核算电流和电阻。当太阳能电池板电压到达 10V 的中心点时，我需求将充电电流下降一半。在最大值 20V 时，充电电流应该是 4A.他主张我设置电位器，以在太阳能电池板电压为 20V 的测验中，供给最大电流，并在缓慢调理电位器至 2A 充电电流而不闭锁的一同，将电压降至 10V.这个主张起了效果，当太阳能电池板输出下降时，电路不再闭锁了。该体系最大极限地充沛运用了太阳光，而不论处于一天的什么时刻。
成果顺利完结活动并返家
咱们的体系和演示板在沙漠中存活下来，经受了沙尘暴、酷热和枯燥环境以及 100?F 的太阳暴晒。电池支撑住了，没有发生毛病。LED 灯上覆盖了厚厚一层干盐湖尘埃，可是依然满足有用，宣布满足亮的光，让咱们能拾掇东西。咱们脱离时是午夜，所以这些灯是终究拾掇的。喷雾体系的体现值得欣赏，当咱们需求逃避酷热时，喷雾体系就喷出一层迷人的凉水。营地 (图 9) 凉快、舒畅，是咱们在沙漠中停留4天的家。这套体系回到家时完好无缺，功用正常，下一年还能够再用。
图 9:在营地的太阳能电池板运用凌力尔特公司的演示板给电池充电
