太阳能手机充电器的设计 - 图文(2)

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图2-2太阳能电池的发电原理

2.3太阳能电池板的选择与应用

在本设计中由于设计简单、成本低，所以选用硅太阳能电板。

上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手，如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势 。

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第三章 太阳能手机充电器电路介绍

3.1 Protel硬件电路原理图与原件清单

Protel硬件电路原理图与电路原件清单表如图3-1、表3-1所示。

图3-1 Protel硬件电路原理图

表3-1元件清单

元件 型号 10K 碳膜电阻器 4.7K 2.2K 1.2K 瓷介电容 电解电容 晶体二极管 晶体二极管 晶体三极管PNP 4700pf 100μf 1N5820 1N746A 2SC1008 2SC945 个数 2个 2个 1个 1个 1个 1个 1个 1个 1个 1个 1个 RAD-0.1 RB-.2/.4 DIODE0.4 DIODE0.4 TO5 根据电板的尺寸而定 AXIAL-0.3 封装 自制变压器 注：变压器的制作

变压器的材料有E16的磁芯两个、直径为0.21mm的漆包线、变压器支架一个、绝缘胶布。制作过程：变压器一共分三层，第一层是Np有二十六匝，第二层是Ns有8匝，第三层是Nb有15匝。第一层Np、第二层Ns是一级线圈，第三层Nb是二级线圈。缠绕时Np、Ns按顺时针方向缠绕，Nb按逆时针方向缠绕并且均匀分布在磁芯外面，各层线圈用绝缘胶布隔开。

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3.2电路工作原理简介

太阳能电池在使用时由于太阳光的变化较大，其内阻又比较高，因此输出电压不稳定，输出电流也小，这就需要用一个直流变换电路变换电压后供手机电池充电，直流变换电路，它是单管直流变换电路，采用单端反激式变换器电路的形式。当开关管VT1导通时，高频变压器T1初级线圈Np的感应电压为0正1负，次级线圈Ns为3正2负，整流二极管VD1处于截止状态，这时高频变压器T1通过初级线圈Np储存能量；当开关管VT1截止时，次级线圈Ns为3负2正，高频变压器T1中存储的能量通过VD1整流和电容C3滤波后向负载输出。安装完成后，接上太阳能电池板，并将其放在阳光下，电路工作电流跟太阳光的强弱有关。

三极管VT1为开关电源管，它和T1、R1、R3、C2等组成自激式振荡电路。加上输入电源后，电流经启动电阻R1流向VT1的基极，使VT1导通。

VT1导通后，变压器初级线圈Np就加上输入直流电压，其集电极电流在Np中线性增长，反馈线圈Nb产生5正4负的感应电压，使VT1得到基极为正，发射极为负的正反馈电压，此电压经C2、R3向VT1注入基极电流使VT1的集电极电流进一步增大，正反馈产生雪崩过程，使VT1饱和导通。在VT1饱和导通期间，T1通过初级线圈Np储存磁能。与此同时，感应电压给C2充电，随着C2充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，当VT1的基极电流变化不能满足其继续饱和时，VT1 退出饱和区进入放大区。VT1进入放大状态后，其集电极电流由放大状态前的最大值下降，在反馈线圈Nb产生5负4正的感应电压，使VT1基极电流减小，其集电极电流随之减小，正反馈再一次出现雪崩过程，VT1迅速截止。

VT1截止后，变压器T1储存的能量提供给负载，次级线圈Ns产生的3负2正的电压经二极管VD1整流滤波后，在C3上得到直流电压给手机电池充电。在VT1截止时，直流供电输人电压和Nb感应的5负4正的电压又经R1、R3给C2反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。

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3.3过压保护电路

过压、过流保护电路主要由三极管VT1、稳压二极管VD1、电容C2、电阻R5、电阻R6、变压器T1组成。

R5、R6、VD2、VT2等组成限压电路，以保护电池不被过充电，当输出电压升高时，在变压器T1的Ns反馈绕组端感应的电压就会升高，则电容C3所充电压升高。当电容C3两端电压超过稳压二极管VD1的稳压值时，稳压二极管VD1击穿导通，三极管VT2的基极电压拉低，使其导通时间缩短或迅速截止，经开关变压器T1耦合后，使次级输出电压降低。反之，使输出电压升高，从而确保输出电压稳定。这里以3.6V手机电池为例，其充电限制电压为4.2V。在电池的充电过程中，电池电压逐渐上升，当充电电压大于4.2V时，经R5、R6分压后稳压二极管VD2开始导通，使VT2导通，VT2的分流作用减小了VT1的基极电流，从而减小了VT1的集电极电流，达到了限制输出电压的作用。这时电路停止了对电池的大电流充电，用小电流将电池的电压维持在4.2V。

3.4电路仿真结果

用仿真软件仿真中的仿真电路原理图，并且记录结果。

由于仿真软件中没有电池，为了仿真实际的结果在仿真电路中用不同的电阻代替手机电池，用仿真万用表测出不同电阻时的电压，为了表示电池电阻对电压的影响用不同的电阻代替电池来测试电压值，电阻变化时电压也变化但能够稳定的接近4.2V充电电压。当输入电压为12V时不同电阻时的输出电压值如下表3-2所示；当输入电压为10.5V时不同电阻时的输出电压值如下表3-3所示；当输入电压为13.5V时不同电阻时的输出电压值如下表3-4所示。

仿真电路用不同电阻代替电池时电压表测得输出电压变化不大，都稳定接近4.2V内，当输入10.5V、12V、13.5V等不同的输入电压时测得的输出电压也再接近4.2V内。但是在电阻过小时输出电压较小不符合其它电阻下测得的结果原因有两个，一是三极管VT1的导通时间过长导致输出电压较小。二是仿真的电阻不能完全代替手机电池，仿真电阻过小时电路电流比较大导致二级线圈的压降比较大，一级线圈的电压不能满足二级线圈的电压降导致输出电压较小，但是在实际电池充电时不会出现这种情况，因为在手机电池没电时电池的电压为3V充电电路不会

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出现那么大的压降，实际的充电电压是稳定接近4.2V内。

表3-2当输入电压为12V时不同电阻时的输出电压值

50Ω 100Ω 150Ω 200Ω 2500Ω 300Ω 350Ω 400Ω 500Ω 600Ω 700Ω 2.904V 4.054V 4.118V 4.137V 4.147V 4.152V 4.156V 4.159V 4.162V 4.165V 4.166V - 8 -

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