第10组小型太阳能充电宝设计

1、 小型太阳能充电宝的设计院（系）名称 信 息 工 程 学 院 专 业 班 级 12 普 本 电 信 一 班 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 2012 年 6 月 17 日课程设计说明书 第 I页小型太阳能充电宝的设计摘 要21 世纪随着能源危机的日益加剧我们完全有必要在更多的领域运用新能源，如太阳能、风能、水能等新型能源，而太阳能作为丰富易获得的更应该好好的去利用。近年互联的发展带来了智能终端井喷式的爆发，同时 3G、4G 的 逐步成熟，5G 即将兴起，加之手机屏幕来越大，耗电量越来越高，安卓系统带来的硬件大战等，这些都导致了手机耗电量的显著增加，如今的智能手机，基本上最多也只能达到

2、1 天的续航时间。所以可携带的移动电源充电宝应运而生，但是对于那些在野外作业和喜欢旅游的人，他们则不仅仅需要一个普通的充电宝，他们需要的一个有太阳能供电的充电宝。关键词：LM2575, LM3420, LM358, 课程设计说明书 第 II页目 录1 绪论.11.1 课题描述 .11.2 基本工作原理及框图 .12 太阳能充电宝的前期调查.12.1 太阳能充电宝的特点 .12.2 太阳能充电宝的发展.22.3 太阳能充电宝的选择分析.32.4 充电宝的目标消费群.42.5 市场前景.43 相关芯片及硬件电路设计.63.1 LM2575 芯片.63.1.1 LM2575 的功能特性.63.1.2

3、 LM2575ADJ 的主要性能参数.63.2 LM3420.73.2.1 LM3420 的功能特性.73.3 LM358.83.3.1 LM358 功能特性.84 太阳能充电宝设计过程的图.94.1 总原理图.94.2 太阳能充电宝 PCB 图 .94.3 太阳能充电宝实物图.10总 结.11课程设计说明书 第0页1 绪论1.1 课题描述 随着通信技术的迅猛发展，化石能源被日益消耗甚至即将面临枯竭，全球能源问题日益严重。另外人们的环境保护意识越来越强烈，寻找各种清洁能的源来代替化石能源变得尤为重要。太阳能作为一种可再生资源有取之不尽用之不竭的有点，并且清洁安全。因此太阳能有着广泛的应用前景。

4、还有经常进行野外作业业务的人来说，要在野外的环境下长时间的使用手机、平板电脑、数码相机等电子产品进行通讯或娱乐，那就必须要有充足的电能，当然可以携带移动电源，但是必须要事前冲好电，但是可能还是不够。这样的情况下，太阳能移动电源的优势就显示出来了。可以随时进行充电，户外实用性更强。1.2 基本工作原理及框图图是由 LM2575ADJ 和 LM3420 等构成的充电电路，LM3420 监视充电电器的电压，其输入加至开关集成稳压器 LM2575ADJ 的反馈端（FB）。当检测到用电器满充电电压时，电路停止对电池充电，另外，A1（LM358）放大器用于增强 LM3420 的检测能力。太阳能电池板稳压保

5、护电路恒压输出小型电子用电器图 1 基本工作原理框图2 太阳能充电宝的前期调查2.1 太阳能充电宝的特点太阳能充电器是一种新型高科技太阳能系列产品,拥有智能调节功能,可以调节不同的输出电压及电流。可以对不同的充电产品充电，调节电压从 3.7 -6V 范围内,可以对MP3.MP4.PDA，数码相机，手机等产品充电。具有五颗高亮 5LED，可用于日常照明与紧急照明！而且体积小，容量高，使用寿命长的优点. 适用于出差、旅游、长途乘车船、野外作业等环境及学生的备用电源和紧急照明，具有安全保护、兼容性好，大容课程设计说明书 第1页量、体积小、使用寿命长、性价比高。功能参数 太阳能电池板规格：5.5V/7

6、0mA 1、高容量可充电电池：1300MAH 2、输出电压：电压为 5.5V 3、输出电流：300550mA； 4、充电器给手机充电时间：约 120 分钟（不同品牌和型号的手机有少许差别） ； 5、太阳能给充电器内置电池充电时间：1015 小时； 6、用电脑或交流适配器给充电器内置电池充电时间：5 小时；产品适用范围：太阳能充电器可适用于充电电压在 3.76V 之间不同范围充电产品和电子数码移动设备以接移动设备所需要电压及电流参数不一致必须要针对性充电产品和电子数码移动设备电压选择适当的电压后再给其充电产品充电保证充电稳定和电池寿命。太阳能充电器都免费插头，多达 20 种接口可供选择。与大多数

7、手机（iPhone、黑莓手机） 、GPS 接收器、专用集群移动通信设备、数码相机、mp3/4 播放器等产品兼容，充电适配器范围广。2.2 太阳能充电宝的发展2010 年下半年至 2012 年，我国市场的充电宝供需几乎呈现直线飙升，截至 2012年底，国内移动电源市场已经达到了 3000 万台以上，2015 年将有望突破 5000 万台。充电宝相应品牌的排名：课程设计说明书 第2页TOP1：品能 PN-913 移动电源苹果 iphone54s 手机充电宝器 10000 毫安外接电池。TOP2：羽博 移动电源 YB647 手机充电宝 苹果 iphone5 4S 三星 10400 毫安。TOP3：飞

8、毛腿移动电源 iPhone4S 苹果 5 代 9220 三星 9100i9300 手机电池充电宝。TOP4：品能 PN-910 移动电源苹果 iphone54s 手机充电宝器 11200 毫安外接电池。TOP5：手机充电宝 移动电源 20000 毫安 苹果 4s 移动充电器 30000 毫安包邮。TOP6：手机移动电源 12000/20000 毫安苹果 iPhone4 小米三星 HTC 充电宝30000。TOP7：Moka i6 移动电源充电宝手机 iphone4s 苹果 5htc 三星 20000 毫安正品。TOP8：飞毛腿 10400 毫安移动电源 苹果 iphone4s 三星充电器 HT

9、C 手机充电宝。TOP9：移动电源 爱国者正品 苹果 5 iphone4S htc 三星 充电宝 手机充电器。对三种不同品牌的充电宝的月销量调查结果如下：第一名（月销量：1.1 万笔） “品能 PN-902 移动电源 ipad3 iphone4 手机充电宝5000 毫安外接电池”第二名（月销量：9509 笔） “包邮凌导移动电源 10000 毫安大容量 iphoneHTC 手机外置电池 充电宝”第三名（月销量：7206 笔） “ 羽博 移动电源 充电宝 iPad3 iPhone4S 2014 年国内移动电源的市场规模将达到 160 亿元，同比增长 52.38%，2015 年整体市场规模将达到

10、280 亿元。未来两年的移动电源市场增长速度将逐步理性，行业的规范化发展将使得移动电源市场的增速逐步平稳。2.3 太阳能充电宝的选择分析（一） 、 外观，相信外观是不少朋友选购移动电源时候首要因素之一。时尚的外表可以增加不少的乐趣。相同体积内容量越高，小巧的形状就可以突出移动电源的便课程设计说明书 第3页携性，增加实用性。 （二） 、参数，不同品牌的移动电源具有不同的电气参数： 1. 充电电压电流：充电电压一般要求 5V，可通用手机适配器。充电电流理论是要越大越好，充电越快。实际应注意发热问题。2. 电芯容量：一般电芯容量是跟体积成正比，体积越大容量越大。尽量选用同等体积下容量大的产品。3.

11、输出电压、输出电流：输出电压必须要求 5V. 放电电流理论也是要越大越好，充电越快。实际应注意发热问题和数码产品的特性。4. 保护参数。应该具有过压，过流，欠压等保护措施。这些参数决定了移动电源的充电速度，充电时间及使用的安全性，对于大家日常使用有很大的关系。（三） 、功能，测试功能部分相信是所有网友最为看重的地方，毕竟我们的移动电源最主要的还是为用户服务。良好的功能及人性化的设计才是我们需要的。2.4 充电宝的目标消费群充电宝有着巨大的市场需求，充电宝的目标消费群为：1、移动工作群体：警察、军队、记者、摄影师、商务人士等各类出差、旅游、户外工作人员；2、移动娱乐群体：经常出差或旅游的数码相机

12、、数码摄像机、手机、掌上电脑、掌上游戏机、 MP4 等移动数码产品用户。3、学生：学生始终是现在的时尚一族，学习机、MP3、MP4、手机等等数码产品是他们的必备的装备。有一款移动电源，您就不必再带那么多的备用电池、充电器，也不用急着找 220v电源，通过使用不同的转接头，可以适合目前市场上多数主流数码产品的需要，一块移动电源同时解决多种数码产品的缺电问题。课程设计说明书 第4页2.5 市场前景移动互联的发展带来了智能终端井喷式的爆发，同时 3G、4G 的 逐步成熟，5G即将兴起，加之手机屏幕来越大，耗电量越来越高，安卓系统带来的硬件大战等，这些都导致了手机耗电量的显著增加，如今的智能手机，基本

13、上最多也只能达到 1 天的续航时间。 因此充电宝类产品随之爆发，大容量、多功能产品层出不穷。2015 年充电宝会持续大规模增长，无论是产量还是销量，可以看出，市场对充电宝的需求越来越高。而另一方面，单一功能的充电宝产品已经不再受用户追捧，多功能、时尚外观的充电宝正在逐渐成为市场新宠。进入 2015 年充电宝的整体份额仍然在不断提高，成为各类手机配件中关注度最高的产品，远高于其他配件。 在高速增长的同时，充电宝在用户关注度方面还呈现以下几个特征： 1、 多功能产品开始占据主流市场：多功能充电宝的出现更加细分了这个市场和用户群体。目前的充电宝产品，已经可以将路由、移动存储等功能完美融合，这给商务用

14、户带来了极大的便利，出差不再需要携带多个配件产品，这是 2015 年市场的一个显著变化。 2、 女性充电宝悄然登场：充电宝的市场细分不仅体现在多功能商务产品方面，女性充电宝也成为今年非常大的一个亮点。相对商务类产品，女性充电宝在功能和容量方面并没有太多要求，而是特别注重外观与工业设计。2015 年，大量时尚外观的产品出现，丰富了用户的选择。同时手机、移动配件等产品也开始出现个性化的外观需求，这使得充电宝也必须能够相对应的与之搭配。 虽然充电宝行业的发展前景良好，但也存在着不少问题。随着智能手机的迅猛发展，充电宝市场更加开阔。但是如今充电宝行业面临了以下四大挑战：1、新技术不断涌现或将取代充电宝

15、：比如美国女大学生运用纳米技术发明了神奇充电器。2、充电宝单一，易而成为被别的产品兼容的对象。3、充电宝只比拼容量将遭遇进化瓶颈。4、智能移动设备在弥补供电能力不足的硬伤。所以充电宝行业有大好的前景也将面临着很多挑战，想要更好地发展就要跟上时代发展的步伐，这样才能不至于被时代所淘汰，并能发展的更好。课程设计说明书 第5页3 相关芯片及硬件电路设计3.1 LM2575 芯片LM2575 系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的 1A 集成稳压电路，它内部集成了一个固定的振荡器，只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，而在大多数情况下不需散热片；内部有完善的保护电

16、路，包括电流限制及热关断电路等；芯片可提供外部控制引脚。是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。3.1.1 LM2575 的功能特性LM2575 的内部框图如图所示，该框图对应于 TO-220 封装的引脚。其中R1=1k（ADJ 时开路） ，R2 分别为 1.7k（3.3V） 、3.1k（5V） 、8.8k（12V） 、11.3k（15V）和 0（ADJ） ，可以看出 LM2575 内含 52kHz 振荡器、基准电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压等电路。图 2LM2575 内部结构图3.1.2LM2575ADJ 的主要性能参数输出电压：3.3V、5V、12V、ADJ（可调

17、） ；振荡频率：54kHz；最大稳压误差：4%；转换效率：75%88%（不同的电压输出的效率不同） ；工作温度范围：LM1575 为-55+150；课程设计说明书 第6页LM2575/LM2575HV 为-40+125。图 3 M2575 引脚图图 3M2575 集成稳压器的两种引脚排列。其引脚功能如下：VIN：未稳压电压输入端；OUTPUT：开关电压输出，接电感及快恢复二极管；GND：公共端；FEEDBACK：反馈输入端；ON/OFF：控制输入端，接公共端时，稳压电路工作；接高电平时，稳压电路停止。 3.2 LM3420图 4LM3420 的内部电路图，LM3420 在充电电路中是监视充电电

18、器的电压的作用。为充电器提供一个稳定的恒定电压输出，本次用的是 LM3420-4.2图 4 LM3420 内部电路图课程设计说明书 第7页3.2.1 LM3420 的功能特性LM3420 双列 5 脚封装。有三种不同的型号：LM3420-4.2、LM3420-8.6、LM3420-12.6，分别提供+4.2V、8.4V 和 12.6V 恒压输出，使用于对一只，两只和三只锂离子电池充电。LM3420 中含有运放、带隙基准、PNP 输出晶体管和设置输出恒定电压的分压电阻。是一种专门设计的并联稳压器，稳压器输出电压有输出脚（IN）和接地脚（GND）之间的电阻分压器决定。如果输入脚的电压低于 LM34

19、20 的稳定电压，输出脚五输出电流。当输出脚的电压达到稳定电压后，输出脚开始输出电流。该电流驱动反馈器件或线形稳压器、开关稳压器的功率器件，使输出电压稳定。图 5 LM3420 引脚图3.3 LM358LM358 是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。3.3.1 LM358 功能特性直流电压增益高(约 100dB)单位增益频带宽(约 1MHz)电源电压范围宽：单电源(3

20、30V)；双电源(1.5 一15V)低功耗电流，适合于电池供电 低输入偏流课程设计说明书 第8页低输入失调电压和失调电流输出电压摆幅大(0 至 Vcc-1.5V)图 6 LM358 的引脚图4 太阳能充电宝设计过程的图4.1 总原理图VD1C10.02uFC20.1uF32184A2ALM35832184A1ALM358VD2+C322uF+C4470uFVD3L330uHR14.7KR210KR33.9KR4121KR54.99KRs0.05GND3ON/OFF5FB4Vin1OUT2LM2575OUT2COMP3GND4IN1LM34201234USBCON4VCC图 7 太阳能充电宝的总原理图4.2 太阳能充电宝 PCB 图课程设计说明书 第9页图 8 太阳能充电宝的 PCB 图 4.3 太阳能充电宝实物图图