简易地太阳能手机充电器毕业论文设计

1、职业技术学院毕业论文简易的太阳能手机充电器学生：黄启风学 号：5年级专业：2009级电子信息工程技术指导老师：麦强系 部：电子系提交日期：2012年5月摘要3丄、八、亠1冃U言32外观及参数介绍 42.1 USB标准充电接口 42.2 市场上的太阳能手机充电器外形及参数 62.3 设计方案参数 83太阳能手机充电器电路分析 93.1 太阳能电源板充电电路 103.2 锂电池电源升压电路 103.3 锂电池应急储能电路 163.4 锂电池电压监控指示电路 17结束语 错误!未定义书签。9参考文献20致 21简易的太阳能手机充电器特征8作 者：黄启风指导老师：麦强（职业技术学院2009级电子信息工

2、程技术，523808）摘要：手机越来越多的普及到世界围，而使用手机的电池储能总是十分有限，几乎所有人都有过这样的经历：外出时手机电池突然没有电了， 因充电器不在身边或找不到可以充电的地方， 影响了手机的正常使用，尤其是对于经常外出的工作人员来说，在电池耗尽的时候为通信带来了极大的麻烦。为了解决这一问题， 本文介绍一种太阳能手机充电器，它使用太阳能电池板，经电路进行直流 DC-DC电压变换后给手机电池充电。光能是无处不在的，只要有光就 有能量，可以随时随地给手机、相机等的电池充电，大大的方便了我们的外出生活，也不 用为手机没电而担心了。太阳能是取之不尽的可再生资源，也是清洁资源不产生任何的环境污

3、染，相比其他的 能源来说太阳能也是我们比较方便实用的能源，用太阳能电池组件为基础做的手机充电器 能直接完成太阳能辐射能到电能的转换，制作成本低。本设计主要是利用光电效应现象利用将太阳能转换成电能，把电能储存在电池中，再 经过开关稳压电路给手机充电，实现太阳能转化成手机电能设备。关键词：手机、电池、充电器、太阳能、光电效应现象.、八 、亠1 前言特征2随着环境污染、生态破坏及资源枯竭的日趋严重，近年来世界各国竞相实施 了可持续发展的能源政策，其中利用太阳提供能量的光伏发电最受瞩目光伏发电因其具有安全可靠、无污染、无需消耗燃料、无需机械转动部件、故障率低、 维护方便等独特优点，正受到各国的普遍重视

4、迫于全球性日益严重的资源短缺和环境污染， 使得光伏产业的发展不仅仅是 一个经济问题，更是一个环境保护和能源替代的问题目前光伏电池主要应用在并网和未连网的大规模发电领域，而消费类产品的应用实例非常少，如目前还没 有真正有效的利用太阳能充电的手机电池因此太阳能作为一种没有任何污染 的、易取的绿色能源若能应用到消费类产品中，对于改善地球的整体的能源状况 和环境有着非常重要的意义.太阳能产业已成为当今世界上发展最快的高新技术产业之一，最近十年的 平均增长速度为33%，最近五年的平均增长速度为 43%,而2004年则比2003 年增长了 61.2%。从全球围来看，太阳能产业发展得最快的国家主要是德国和日

5、 本，而我国目前太阳能利用正以每年 20%到30%的速度增长。德国联邦统计局 公布的最新数字显示，太阳能产品在德国的市场占有率已达到 39%。日本的太阳 能产业已有相当规模，太阳能产品在日本的市场占有率也已经达到30%。2太阳能充电器的外观及参数介绍2.1 USB标准充电接口特征3欧美已采用microUSB作为手机充电器标准从明年开始 microUSB将作为手 机充电器生产的标准，目前欧盟委员会已经批准了14家领先手机厂商达成的一项协议，同意采用microUSB手机充电器标准，这应该会在未来使充电器可在一 系列广泛的设备中兼容使用。通用的充电器将让消费者的生活变得更加轻松，还能减少浪费和让企业

6、从中受益，这确实是一种双赢的作法。欧盟委员会负责产业 与企业事务的委员安东尼奥塔加尼(An to nio Taja ni)发表声明称：“我对欧盟标 准化机构已经满足了我们有关开发通用手机充电器所必需的技术标准的请求感 到十分高兴，现在轮到手机行业来证明其出售用于这种新充电器的手机的承诺。有关采用通用充电器标准的努力始于 2009年，其目的不仅是让消费者生活 变得更加轻松，同时也是为了减少浪费，原因是通用标准将使手机用户在购买新 手机后不需要再去寻找足够适配的充电器。支持采用这种新标准的14家公司分别是苹果、Emblaze Mobile、华为、LGE、 摩托罗拉移动、NEC、诺基亚、高通、RIM

7、、三星、索尼爱立信、TCT Mobile、 仪器和Atmel。首批使用这种新标准生产的产品已经在 2011年上半年在欧洲上 市。图 2.1 microUSB 接口microUSB接口定义PIN名称线的颜色描述1VBUS红电源+5V2D-白数据负3D+绿数据正4ID无A类：接地 B类：悬空5GND黑信号地22市场上的太阳能手机充电器外形及参数特征13产品型号：RF -028蓄电池容量：2600MA，输出电压：5.5V。数量100-1K1K-5K5K-10K样品单价65RMB63RMB61RMB100RMB环保、经济、小巧、轻便、宜于旅游携带尺寸：119*64*16mm重量：110g可以对照不同型

8、的手机充电太阳能电池板：0.7W产品型号：RF -026可以对照不同型的手机充电环保、经济、小巧、轻便、宜于旅游携带太阳能电池板规格:5.5V/45mA 1000MA环保蓄电池外形尺寸:94.8mmX 43.8mmX 9.8mm 重量：98g (G)数量100-1K1K-5K5K-10K样品单价40RMB38RMB36RMB100RMB产品型号：RF-091蓄电池容量：2000MA，输出电压：4.5V，可调节到9V充电时间：4-6个小时可以对照不同型的手机充电太阳能电池板：5.5V*360MAH环保、经济、小巧、轻便、宜于旅游携带尺寸：140*88*23mm重量：200g数量100-1K1K-

9、5K5K-10K样品单价145RMB140RM135RM200RBBMB产品型号：RF -002环保、经济、小巧、轻便、宜于旅游携带数量100-1K1K-5K5K-10K样品单价88RMB85RMB83RM150RBMB尺寸& 重量：103*80*15MM。102G可以对照不同型的手机充电四款手机转接插头（诺基亚、摩托罗拉、爱立信、三星）一条连接线环保、经济、小巧、轻便、宜于旅游携带 尺寸：88*60*23 ( MM )重量：88 （G）,蓄电池容量：700MAH，太阳能板功率:0.8W输出电压：5.5V数量100-1K1K-5K5K-10K样品单价69RMB66RMB65RM100R

10、BMB产品型号：RF -096太阳能板功率:0.8W 蓄电池储能能量 1000MAH线路电压：4.59V 四款手机转接插头（诺基亚、摩托罗拉、爱立信、三星）一条连接线2.3 设计方案及参数特征4造型美观华贵，超薄设计，款式新颖，可有多种色彩选择，小巧玲珑，携带 方便，应用绿色环保能源之先驱，时尚高雅，送礼佳品。适用于多种款式手机、 MP3、MP4、PDA、数码相机充电！产品特点：1、特别适用于应急场合当您在野外作业或旅游，或者遇到停电时，太阳能环保充电器将会帮您的大忙， 使您的手机随时随地保持工作状态，让您不间断的与您的朋友和家人保持联系。2、使用方便无论何时何地，您都可以极为方便的给您的手机

11、充电。3、高效率充电给您的手机充电60分钟，可以获得100-180分钟通话时间或者24小时待机时间4、环保，节约能源使用绿色能源太阳能，可为环保作出您的贡献。5、外形时尚，携带方便造型简洁华贵，超薄外壳设计，小巧玲珑，携带方便。&使用安全带有充电过充保护，有效延长您的手机电池的使用寿命，使用安全。产品规格：1、 使用咼转换效率单晶硅和多晶硅片，太阳能转换效率咼达30%以上；2、太阳能电池板规格：5.5V/80mA;3、充电器置高容量可充电电池：800mAH ;4、输出电压：5.5V;5、输出电流：1000mA;&充电器给手机充电时间：约60分钟（不同品牌和型号的手机有少许差别）

12、；7、 太阳能给充电器置电池充电时间：1015小时；8、 用电脑或交流适配器给充电器置电池充电时间：5小时；9、外形尺寸：10 x 6.8 x0.8cm。3太阳能手机充电器电路及分析图3.1简易的太阳能手机充电器充电电路、模拟上图电路结构简单、模块清晰、制作成本低等。结合了电路基础 电子、开关电源的相关知识，下面容将分析电路。|R2S3C1SMB*nrg asn 3用301匚* 丄101D200mkl图3.2太阳能充电器PCB板3.1太阳能电源板充电电路图3.3太阳能电源板充电池电路电路分析：太阳能电源板在空载时发电电压有 6V之高，但受发电功率的影响他提供的 电流很小在33mA左右，33mA

13、的电流对D401没有构成安全威胁。1、电源板电压6V电池电压3.7V，如何连接？太阳能电源板的功率很低，太阳能电源板跟电池连接充电的电路一定要 简单，否则会造成转换效率很低，失去了太阳能的意义。本电路选择直接通 过低压降的肖特基整流2极管D401连接电池，这是最简单的连接方式。这 时D401的电流还是很小功耗很低，D401可以顶得住。2、在D401肖特基整流2极管上耗散的功率计算。太阳能的平均输出功率在200mW左右，D401的压降在0.4V左右，不算锂电 池阻。则D401上的功耗是：P=0.4V/(0.4V+3.7V)X0.2W=0.02W，在安全的围。肖特基2极管特性资料网页连接 baik

14、e.baidu./view/178051.htm3、转换效率的计算。n=1-0.02W/0.2W=0.9上面是在不考虑电池阻的情况下计算得到的结果，电池部的“电能 -化学能” 转换效率计算很复杂，也不是单单电学方面知识能解释的， 在这里就不再讨论化 学电池那方面的问题。3.2 锂电池电源升压电路图3.4锂电池电源升压电路这是一个“ Boost开关电感升压电路”， 把3.7V升压到5.1V。其的基本 原理是根据Boost升压斩波结构来进行升压变换，下面讨论一下 Boost的变 换原理。图3.5 Boost升压斩波变换结构图已知条件：Ui是稳定的直流电源，L是电感有储能作用，S是开关管，VD是整流

15、2极管，C是滤波电容，RL是负载电阻PW衲周期:T=tl+12PWh/l频率:F = l/TPW熾品比：D=ll/（口72）NVT图3.7开关S的PWM控阵波形从能量守恒角度分析Boost升压斩波原理：当始状态前S断开、L的电流稳定了，IL=Ui-UVD/RL,消耗功率为：P=UiL ;当S闭合时，IL沿着充电曲线上升，Ui输出功率变大。S再断 开，电流开始下降，但总是大于或等于I0，输出功率变大、负载不变则输 出电压和电流都应该变大，这就是他的升压原理。电流、电压定律分析Boost升压斩波过程：1、初始状态开关S断开的时候，Ui通过L-VD-C/RL形成回路，稳定 时UC=Ui，L的初始电流

16、大小 匸Ui/RL。2、开关S导通的时候Ui通过L-S形成回路，L被短路后沿着电感充电 曲线从I=Ui/RL充电、由于S的开关频率很高可以认为是线性充电的，则根据基尔霍夫电压定律得：Ui=UL=L dl/dton （左正右负），则dI=Ui ton/L . VD反向截止，Ui不再向C提供能量，电容C上的能量通过RL放 电，电压有所下降。这时UcvUi.3、开关S断开，Ui-L-VD-C/RL形成回路。存储在L上的能量向C释 放，开始电流大小为 匸Ui ton/L,然后沿着电感放电曲线从l+dl开始放 电。当放电电流比RL上的耗电电流大2倍以上时(则dl>l)，电容C 的充电比耗电大，Uc

17、电压得到了升高。附：置MOS管TP8350升压芯片驱动大电流方案特征11一、输入电源为锂电池(3.2vw Vin < 4.2v)1. 驱动负载 100mA< low 500mA 时(1) TP8350:建议各器件参数 L=110uH(阻 <0.1ohm ) , Cin=47uF ,Diode=1N58171N58181N5819,Cout为 100uF电解电容和 0.1uF瓷电容并联。(2) TP8356:建议各器件参数 L=330uH(阻 <0.1ohm ) , Cin=47uF ,Diode=1N58171N58181N5819, Cout为 300uF 电解电容和

18、 0.1uF瓷电容并联。2. 驱动负载Io<100mA时TP8350、TP8356外围器件参数参照TP83规格书中典型应用电路的参数。二、输入电源为两节干电池(2.2v< Vin w 3v)1. 驱动负载 100mAw low 300mA 时TP8350、TP8356 器件参数 L=110uH (阻 <0.1ohm ) , Cin=47uF , Diode=1N58171N58181N5819,Cout为 100uF电解电容和 0.1uF瓷电容并联。2. 驱动负载Io<100mA时TP8350、TP8356外围器件参数参照TP83规格书中典型应用电路的参数。(1) 建议

19、客户参数的选取参照上述的情况，驱动大负载并输入电源为锂电池 时，电感值不能小，否则芯片可能会产生过冲，输出电压值过高。(2) 输出电容的耐压值必须>16V以上，耐压过小电容可能会烧；并且容值不 能低于100uF,否则输出电压纹波太大，有可能出现过冲。容值越大，输出电压 纹波越小。(3) 应用中瓷电容0.1uF最好接上，并与芯片距离越小越好，连线越短越好。(4) 外置驱动管芯片的外围器件参数，无特别要求可参照TP83规格书中典型应用电路的参数。附：TP8356测试数据，L=330uH (阻 <0.1ohm)，Cin=47uF，Cout 为 300uF 电解电容和 0.1uF瓷电容并联

20、。Vin（ V）Iin（ A）Vout（ V）效率RL=10ohm4.11.125.4264.0%3.61.125.0162.3%3.21.124.6760.9%若输出电容换为100uF的电解电容，在同样的输出电阻下，输出电压会比 接300uF电解电容时的电压小200mV左右。所以驱动大负载下，输出电容小， 输出电压纹波大，则输出电压的平均值会低些。图3.9从淘宝网上买回来的元件3.3锂电池应急储能电路图3.10锂电池闲时储能电路电路分析:这是一个镜像电流源充电电路，Q301和Q302是两个完全相同的三极管则B值 相等，发射极连在一起都是接地，基极也是连接在一起，则Ube仁Ube2, Ib1=

21、lb2.Q302的集电极和基极相连，Q301集电极跟电池和D202串联，5.3V充电电压通 过R301向Q302提供基极电流和集电极电流。由图得 Q302是工作在放大区， lc=(B +1)Ib.Q301 集电极发射极电压为：Uce仁5.3V-UD202-3.7V =1.1V 所以 Q301工作在发大区.电路还有充电自动停止功能。但缺点是效率低，小于50%。由结点电流法得：Ic2+Ib2+Ib1=5.3V-Ube1/R301(B 又知 lb仁Ib2( B +3)lb2=4.6V/R301lb1=lb2=4.6V/R301( B +3)又知Q301和Q302都工作在放大区则：Ic1=lc2=(

22、B +1)lb1已知B>>1贝U:lc1=lc2=4.6V/R301 求得IC1是对电池的充电电流查看资料锂电池的充电电流应该是在 200mA左右，则令lc1=Ic2=200mA综合上述估计得：R301=4.6V/lc1=4.6V/200mA=23 Q充电自动停止原理：锂电池满电电压为 4.2V，当电池电压为4.2V,Uce仁5.3V-VD202-4.2V=0.7V，这时Q301已经进入截止区，应急储能电流Ic1几乎为0，停止对锂电池充电。3.4锂电池电压监控指示电路图3.11锂电池电量显示电源TL431元件特性：特征10wen ku.baidu./view/543362fe910

23、ef12d2af9e7b7.html一特点1 相当于全围温度系数30ppm/C。2. 0.2欧姆典型的输出阻抗。3. sink电流能力 1mA到100mA。4. 低输出噪音。5. 可调节输出电压 Vref到36V。6. 可提供围广泛的高密度封装。二.描述TL431和TL431A是三端可调并联稳压器，有指定的热稳定性应用在汽车，商业，军事温度围。输出电压可设置任一值在Vref （大约2.5V）和36V围。有两个额外的电阻。这些设备有一个典型的输出阻抗为0.2欧姆。实际输出电路提供了一个非常尖锐的开启特点。在许多应用中使这些设备优良的替代了齐纳二极 管。像板上调节，可调节的电源和开关电源。TL43

24、1C和TL431AC的操作被设定为 0C到70C，而TL431I和TL431AI的操作 被设定为-40C到85 C。寓斗.團戲电9E和團极粗压关累却雄Vret=2.5V图3.12 TL431特性曲线电路原理:R203和R204确定上限电压，R201和R202确定下限电压。由上图18得, 通过R1、R2的比值确定输出电压 Vout的大小，Vout= (1+R1/R2) Vret。当输入 电压V< (1+R1/R2)Vret时，K-A之间完全截止，电流不能通过 ，当输入电压 V>( 1+R1/R2)Vret时，K-A之间处于微导通状态，限流电阻上的电流明显变大、 压降变大，输出电压变小

25、达到稳压的目的。结合 图4得当电池 电压小于上限(1+R203/R204) Vret，但 大于下限(1+R201/R202)Vret时，Q202处于完全截止状态，对 Q201没有任何的影响， 则Q201输出电压 5= (1+R201/R202)Vret，则流过LED的电流大小=(电池电 压一U1 LED压降)/R205，但电池电压在上下限围的时候，LED的电流大小是 由电池电压确定，电压大的LED就越亮。当电池电压大于上限电压(1+R203/R204)Vret时，Q202的A-K间产生微 导通，R201的电流、压降增大，Q201的采样端电压变大，Q201误以为R201变 大了，由输出公式得：输出电压也变大，LED的电流变小或熄灭。(R201有调节 LED变化率的作用)当电池电压小于下限电压 (1+R201/R202)Vret时，Q202对Q201没有影响，Q201是独立的，则 Q201截止，通过LED的电流为零，LED熄灭。结束语通过制作太阳能手机充电器，可以唤醒人们对环境的珍惜，使