太阳能手机充电器的研究与设计

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1、太阳能手机充电器的研究与设计摘要:本文介绍了太阳能充电器的工作原理、设计了一种太阳能充电器,并对太阳能充电器性能进行了测试,对单晶硅太阳能板在普通模拟电路下高效应用的方法进行了研究。　　关键词:光伏电池太阳能电池单晶硅充电器　　:TM914.4:A:1007-9416(2011)03-0092-02　　随着经济水平和生活水平的不断提高,人类日益增长使用的的传统能源正在与日枯竭。作为解决传统能源的取之有尽、污染环境的特点,太阳能风能等清洁能源的高效应用成为当今发展最快的热门产业,也是近年来最具活力的研究方向。

2、光伏发电,太阳能发电最为直接的表达形式,发达国家普遍将该技术用于并X发电等大规模发电技术,极少在消费类电子产品中应用。而作为太阳能产品的应用应该细致入微,让人们切实体会到光伏电池的优势,对改变能源现状,以及改善环境产生更加深远的影响。　　本文所介绍的是一种利用太阳能叠层板最为辐射能接收端,附加简单的模拟电路作为控制电路所构成的光伏发电充电器。电路具有结构简单,在强光下的过电保护,低电压时微耗电,有阳光时直接充电,无阳光时可用白天储存的能源为小型消费品设备充电的特点,可以有效避免电池因日照时间不均在充电与放电

3、过程由于过度充电或深度放电所照成的对电池的损耗。　　　　1、太阳能充电原理　　太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应将光能转化成电能的装置,太阳能板结构基本以半导体Si构成P-N结。当P-N结受到光照时,样品对光子本征吸收与非本征的吸收方式都将产生光生载流子引起光伏效应,产生一个与P-N结内建电场方向相反的光生电场,其方向由P区指向N区.此电场使势垒降低,其减小量即为光生电势差,P端正,N端负,由此生产的结电流由P区流向N区,形成单向导电,发挥出与电池一样的功能,便可对充电设备进行充电。　　目前市场上的太阳

4、能电池板繁多,根据太阳能电池板所用材料可分为:　　(1)硅太阳能电池;　　(2)以无机盐如砷化镓III-V化合物,硫化镉,铜铟硒等多元化合物为材料的化学太阳能电池;　　(3)功能高分子材料(有机半导体)制备的大阳能电池;　　(4)纳米晶太阳能电池等。　　我们采用的是硅太阳能电池中的单晶硅系列。该系列中的单晶硅太阳能电池为转换效率最高,技术最为成熟的。(转换率:单晶硅20%左右,多晶硅10%-12%左右)　　本实验使用规格为110×70mm,工作电压为:6V工作电流:130mA的单晶硅太阳能板。考虑到本设计应

5、用于应急状况,需要较大的输入电流以加快充电时间,所以采用四块相同参数的太阳能电池板进行串并联,电压为6.5V,最大电流可达200mA。　　　　2、电池充电原理　　消费型电子产品普遍应用锂电池作为充放电设备,但该系电池会因为过冲,过放或过流对电池照成损坏,所以针对改特点,我们设计的相关电路必须有预充状态、恒流充电和恒压充电作为三个阶段来充电。(C电容值)　　预充状态:1/10C;　　恒流充电:1C;　　恒压充电:1/10C。　　放电时遵循恒流放电,在1/10C左右设置门限电阻限制电量留出以保护电阻。　　2.1

6、整体设计方案(充电控制电路),图1　　2.1.1升压电路设计　　升压电路采用BAU99集成升压电路,该元件是电压型PFM控制模式的DC-DC转换元件,内部包括输出电压反馈和修正X络,启动电路,振荡电路,参考电压电路,PFM控制电路,过流保护电路以及功率管。以BAU99集成升压芯片为核心,其外围电路只需要寄生串联电阻,肖特基二极管(其正向导通压降是升压电路功率损耗的主要原因,电容和电感会影响输出的纹波),因此经实验验证,我们采用100uf的电容,二极管采用ss14肖特基二极管。转换率可达80%可以满足后续电路

7、的需求。　　2.1.2稳压电路设计　　稳压电路采用TL431并联稳压电路,TL431其工作原理与分立元件的并联稳压电源相同,三端集成稳压器设置的启动电路,在稳压电源启动后处于正常状态时,启动电路与稳压电源内部其他电路脱离联系,这样输入电压变化不直接影响基准电路和恒流源电路,从而保持输出电压的稳定。　　2.1.3充电电路设计　　充电电路采用LM358,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

8、。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。　　2.2实验充电数据,表1　　　　3、结语　　本设计由于太阳能电池板输出电压不稳定,所以需加入稳压电路,当室外光线条件不好时,即当太阳能电池板输出电压较低时,本设计也加入了升压电路来满足充电需求。