太陽能手機鋰電池充電器

1、太陽能手機鋰電池充電器1 .課題背景隨著科技的快速發(fā)展，越來越多的資源得到了利用，太陽能太陽光的輻射能量，已然成為一種巨大的干凈可再生能源。目前各國已經(jīng)開始爭相開發(fā)并使用它，如何將太陽能轉(zhuǎn)換為電能并對手機進(jìn)行充電也就成為一個熱門的小制作方向。我們需要設(shè)計一個合適的電路，基于手機電池的輸入伏安特性，讓它能夠?qū)κ謾C電池進(jìn)行高效率的充電，最后做出一個實物進(jìn)行調(diào)試和各項參數(shù)的測試、評估。2 .模塊說明2. 1太陽能電池的原理太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。也就是指半導(dǎo)體在光照時產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象。具體而言就是，當(dāng)光照射到PN結(jié)的一個面，有光伏發(fā)電時，若光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬

2、度，那么每吸收一個光子就產(chǎn)生一對自由電子和空穴，在半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。它們在pn結(jié)附近形成與勢壘方向相反的光生電場，最后建立一個與光照強度有關(guān)的電動勢。2.2穩(wěn)壓模塊可供選擇的芯片有XL6009/LT3757,本研究選擇XL6009。升級型號XL6009擁有足夠技術(shù)含量，對比LT3757其強勢在于：可以滿足LT3757所有應(yīng)用領(lǐng)域;大功率開關(guān)管內(nèi)置；系統(tǒng)軟啟動功能內(nèi)置，LT3757需要外置電容；環(huán)路頻率補償電容內(nèi)置，LT3757必須外置阻容元器件；振蕩頻率內(nèi)置，LT3

3、757需要外接振蕩阻;LT3757還需要外接采樣電阻（由于功率管外置造成），外接內(nèi)部供電電源的濾波電容。因此，XL6009同比LT3757性能提升，外圍簡單，系統(tǒng)設(shè)計方便靈活，芯片可靠性提高了，是一個非常優(yōu)秀的高性價比方案。這個芯片可以實現(xiàn)大功率的升壓，升降，正負(fù)轉(zhuǎn)換；并且每種拓樸大功率輸出時效率都比較高；由于功率管內(nèi)置，系統(tǒng)性能比LT3757好，可以解決我們目前升壓，升降壓針對供電電壓方面的困擾，最高電壓比LT3757還要強；XL6009來實現(xiàn)buck-boost的拓樸，隨便輸入540V,輸出2. 536V,最大電流能力視功率變換而定，沒有任何電壓方面的困擾了。2.3降壓模塊三端集成穩(wěn)壓器與

4、DC-DC電源模塊的功能是相同的，即均用于直流-直流電壓變換，但是這兩種模塊的變換原理及相關(guān)參數(shù)存在一定的差別，因此就導(dǎo)致其使用場合的不同。通過比較兩者的優(yōu)缺點：DC-DC電源模塊具有電流及靜態(tài)電流小、效率高的優(yōu)點，但是輸出紋波和開關(guān)噪音較大、成本相對較高；而三端穩(wěn)壓芯片具有提供大電流、噪聲較小的優(yōu)點，但是效率較前者低。本研究采用DC-DC電源模塊。因為DC-DC電源模塊既可以升壓也可降壓，而三端穩(wěn)壓芯片只能降壓，如果是降壓轉(zhuǎn)換既可選擇DC-DC電源模塊也可選擇三端穩(wěn)壓芯片，此時在成本、效率、噪聲和性能上進(jìn)行比較之后，DC-DC模塊更優(yōu)。3.系統(tǒng)設(shè)計說明3.1功能要求使用太陽能電池板，設(shè)計的充

5、電電路，產(chǎn)生充電提示，一段時間后，電池電量有提升，保證對太陽能的利用。3. 2性能指標(biāo)最后設(shè)計出來的輸出的伏安特性符合電池輸入的伏安特性曲線，相對于標(biāo)準(zhǔn)充電器4.2V的輸出電壓和350mA輸出電流，安全角度下實驗，在大電流充電過程中，充電電流大于100mA,轉(zhuǎn)換效率高于70%,基準(zhǔn)電壓為3.9VO3. 3電路原理圖由于太陽能電池板的輸出受光照影響很大，所以不能直接將太陽能電池板與充電電路連接，我們將太陽能電池板通過一個穩(wěn)壓模塊連接在充電顯示電路上，通過充電電路給手機充電，框架如圖1所不：圖1電路原理框架圖太陽能電池板產(chǎn)生的電壓通過穩(wěn)壓模塊，得到5V的電壓輸出，再接入降壓模塊，得到3.7V的輸出

6、電壓和相應(yīng)亮燈狀態(tài)，最后接入手機，進(jìn)行充電。3.4充電顯示電路設(shè)計電路圖及原理圖2充電顯示電路原理圖充電顯示電路的原理：紅燈作為上電提示，只要開始有5V電壓輸入這個模塊它就會發(fā)光，代表整個模塊開始了工作。下面我們分為兩種情況來討論這個模塊的工作情況：(1)鋰電池充滿了3.7V的電壓：TL431AD在這里會有一個分壓：R4分得2.5V的電壓，R3的電壓就為3.875V。U2A的同相輸入端為3.7V,反向輸入端為3.875V,輸出為5V,U2B的同相輸入端也為5V,由DI、R2、R6R7進(jìn)行的分壓導(dǎo)致U2B的反向端輸入為2.88V。U2B的輸出為5V,給綠燈充電，綠燈亮；接下來，假設(shè)U2c穩(wěn)定在了

7、5V,R1&R19R11可以給U2c分得一個同向輸入端的電壓為3.75V,反向輸入端為4.3V,輸出即為0V。然后，又可以由Rll,、R12、R19分一次電壓，這是U2c有一個新的同相輸入端的電壓，為1.25V,輸出不變，黃燈滅。(2)正在充電的情況了：U2A這里的反向輸入端為3.875V,而由于鋰電池未充滿電，所以U2A的輸出為OV。U2B的同相輸入端就成為了0V,所以U2B的輸出同樣為0V,綠燈滅；假設(shè)這里是從充滿電了開始在1M的電阻上開始從4.3V放電，當(dāng)放到1.25V的時候，同向輸入端和反向輸入端有了一個臨界點，繼續(xù)放電輸出會從0V變?yōu)?V。這個時候就相當(dāng)于我們開始對1M的電阻

8、和C2進(jìn)行了充電，反向輸入端電壓增加，而同向輸入端電壓已經(jīng)變?yōu)榱?.75Vo當(dāng)反向輸入端充電到3.75V的時候，輸出端又變成了0V。如此反復(fù)下去。黃燈呈閃爍狀態(tài)。4.穩(wěn)壓模塊的效率測試測試條件：Vout=5V(通過調(diào)節(jié)變阻器控制輸出)Vin=12Vo測試工具：萬用電表。表1穩(wěn)壓模塊的效率測試表負(fù)載電阻R輸出電流lout輸入電流Iin效率n=(VOUTIOUT/(VINIIN)X100%51.000A0.499A83.50%100.500A0.250A83.33%150.333A0.165A84.09%200.250A0.125A83.33%如表1所示，在不同的負(fù)載下，效率都可以維持在80%以上

9、，滿足了性能上一開始的設(shè)定要求。5.結(jié)束語5.1課題工作總結(jié)基本現(xiàn)象是：紅燈做上電提示，當(dāng)正在充電時，黃燈閃爍，綠燈滅；充滿時，黃燈滅，綠燈亮。從測試數(shù)據(jù)來看，穩(wěn)壓模塊在不同條件下的效率都達(dá)到了80%以上，符合要求。在大電流充電過程，電池電壓上升，充電電流大約為103mA且穩(wěn)定，符合要大于100mA的要求，當(dāng)電池電壓接近3.8V時，充電電流開始下降，到3.9V時進(jìn)入涓流充電狀態(tài)，充電電流降為2mA而此時電壓開始穩(wěn)定。符合電池的輸入伏安特性。在轉(zhuǎn)換效率上效率最高值即為充電電流開始急劇減小時電池電壓臨界值的時候，在充電電壓為3.8V時，可以看到效率達(dá)到了58.10%,而且在大電流充電狀態(tài)下，效率都是高于50%,符合要求。5.2問題和解決方向此設(shè)計的