无线传感器网络节点太阳能供电系统设计
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2．4 放电保护电路和系统供电电路设计
传统的放电保护电路是使用一路ADC来不断检测电池电压，当电池电压降低到一定程度时切断放电电路。这在理论上是很容易实现的，但是在ZigBee网络节点中，系统软件设计时需要定时查询该路ADC的数值，这在一定程度上也增加了系统的功耗。在此提出了一种使用电池端电压检测芯片CN301组成的锂电池电压检测电路，无需系统软件支持，完全使用硬件电路来检测电池端电压，当达到过度放电阈值时，自动切断系统放电电路。
放电保护电路如图4所示。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/160604.htm
该电路工作原理分析：当电池端电压下降到过度放电低电压检测阈值时，LBO引脚输出低电平，NMOS管截止，PMOS管栅极为高电平，PMOS管截止，放电回路被切断，起到了保护锂电池过度放电的作用；当太阳能板自动对锂电池充电，充电电压达到高电压检测闯值时，LBO输出高电平，NMOS管导通，PMOS管栅极为低电平，PMOS管导通，放电回路重新被打开，如果ZigBee节点软件设计时配置为上电后自动加入网络并进行数据采集，那么该节点将会自动加入到原来的网络中。
锂电池过度放电低电压检测阈值计算公式如下：
其中，Vrth为该芯片设定的阈值，大小为1．135 V；ILBI为引脚偏置电流范围为-100～100 nA，一般取0即可。因为该芯片工作电流在1．8μA，所以对于电阻R1和R2的选型需要注意，应当选择阻值大一些的电阻。笔者选用R1为2MΩ，R2为1MΩ，这样流过电阻的电流在μA级，功耗很低。
由于锂电池电压范同为3．6～4．2 V，ZigBee网络节点的工作电压为3．3 V，所以需要根据输入／输出的电压差来选择适当的LDO芯片，同时还需要考虑LDO的静态电流和效率。笔者采用RT9183-33PG芯片实现电压转换，该芯片在输出3．3 V时，所需要的压差为110 mV，静态电流为：380μA。
3 PCB布局注意事项
在具体的PCB布局时需要注意以下问题：
①CN3063的ISET引脚外接电阻R1(充电电流编程)，应尽可能靠地近CN3063。
②CN3063的VIN、BAT引脚的外接电容要尽可能地靠近CN3063。
③为了使系统能够达到设定的最大充电电流，需要将CN3063背面裸露的金属板焊接到PCB板的地端，以达到最大的散热效果；否则，在充电过程中，CN3063芯片的热阻将增大，这将导致充电电流减小。一般采取的措施是PCB顶面放置焊盘，接到CN3063的裸露的铜面上，为了便于焊接，可以放置4个小焊盘，4个小焊盘的面积要略小于CN3063底部裸露铜片的面积，这样既有利于焊接，又有利于芯片的散热。
结语
电源的设计优劣关乎系统设计的成败，本文以ZigBee网络节点太阳能供电系统为例进行了讲解，通过充电控制电路和放电保护电路来实现对锂电池充放电的保护功能，延长锂电池的使用寿命，非常适合于野外布置的ZigBee无线传感器网络节点使用，本文的分析方法也适用于其他需要太阳能供电的系统。
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