多功能充電器

1、揚(yáng)州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 多功能充電器的設(shè)計(jì)構(gòu)成 系 部： 電子工程系 專 業(yè)： 光電子 學(xué) 號(hào)： 123209109 班 級(jí)： G12102 姓 名： 倪安祥 指導(dǎo)教師： 王衛(wèi)平 多功能充電器的設(shè)計(jì)構(gòu)成摘要：隨著石油、煤炭等常規(guī)化能源供應(yīng)的日益緊張以及其給社會(huì)帶來(lái)的各種環(huán)境危機(jī)與經(jīng)濟(jì)壓力日益加重，我們要開(kāi)發(fā)綠色能源，以減輕高價(jià)常規(guī)能源給社會(huì)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)及環(huán)境壓力。在綠色能源中,太陽(yáng)能資源取之不盡、清潔安全,是最理想的一種綠色能源。利用太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換特性設(shè)計(jì)出的多功能充電器,可以解決當(dāng)下社會(huì)的各種環(huán)境壓力與經(jīng)濟(jì)壓力。多功能充電器主要通過(guò)太陽(yáng)電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,經(jīng)

2、過(guò)升壓、穩(wěn)壓處理后,由充電電路為負(fù)載充電。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；太陽(yáng)能電池板；鋰電池；BAU72集成升壓電路；W7800，LT3652目 錄第一章 緒論11.1課題背景及研究意義11.2課題的設(shè)計(jì)目的11.3課題的主要工作1第二章 系統(tǒng)概述22.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理22.2系統(tǒng)組成22.3本章小結(jié)2第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及器件介紹33.1 太陽(yáng)能電池板的介紹33.2 鋰電池43.3.BAU72集成升壓電路53.4 W780053.5 LT365263.6本章小結(jié)7第四章 電路設(shè)計(jì)74.1升壓電路74.2穩(wěn)壓電路84.3充電電路94.4 LCD顯示模塊10 4.5本章小結(jié)13第五章 系統(tǒng)調(diào)試測(cè)試數(shù)據(jù)14結(jié)論1

3、5致謝16參考文獻(xiàn)17第1章 緒論1.1課題背景及研究意義隨著常規(guī)化石能源供應(yīng)日趨緊張的石油、煤等常規(guī)能源價(jià)格不斷攀升，國(guó)際油價(jià)更達(dá)到歷史高位，造成能源供應(yīng)形勢(shì)愈加嚴(yán)峻，所以要開(kāi)發(fā)并采用清潔無(wú)污染的綠色能源。在綠色能源中,太陽(yáng)能資源取之不盡、清潔安全,是最理想的可再生能源。利用太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換特性,設(shè)計(jì)多功能充電器,滿足日常生活和戶外的充電需求。1.2課題的設(shè)計(jì)目的鞏固和應(yīng)用所學(xué)的電路知識(shí)，并掌握一般電路的設(shè)計(jì)方法，鞏固單片機(jī)，鍛煉自己動(dòng)手能力。在整個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，并解決問(wèn)題的能力，達(dá)到學(xué)以自用的目的。培養(yǎng)針對(duì)課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊(cè)、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系

4、統(tǒng)、編程、調(diào)試的動(dòng)手能力。1.3課題的主要工作設(shè)計(jì)一個(gè)多功能充電器，可實(shí)現(xiàn)的功能：可以利用太陽(yáng)能給蓄電池充電、輸出端可以提供多檔輸出電壓。第2章 系統(tǒng)概述2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 利用太陽(yáng)能板把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在蓄電池中，然后對(duì)所需要充電的的設(shè)備充電，在戶外工作的時(shí)候可以提供所必要的照明。2.2 系統(tǒng)組成系統(tǒng)框圖是由太陽(yáng)能電池板、蓄電池、需充電設(shè)備、日常照明組成，如下圖2-1所示圖2-1太陽(yáng)能：利用太陽(yáng)能電池板把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能然后存儲(chǔ)在蓄電池中。蓄電池：所用的蓄電池是用鋰電池來(lái)存儲(chǔ)電能。需要充電的設(shè)備和日常照明通過(guò)充電電路通過(guò)蓄電池充電。2.3本章小結(jié)本章簡(jiǎn)述了多功能充電器的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)方案

5、的闡述，以及系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)原理，并通過(guò)框圖形式更直觀、更形象地描述了系統(tǒng)的整體組成。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及器件介紹3.1 太陽(yáng)能電池板的介紹太陽(yáng)能電池板是通過(guò)吸收太陽(yáng)光，將太陽(yáng)輻射能通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，相對(duì)于普通電池和可循環(huán)充電電池來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能電池屬于更節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品。太陽(yáng)能電池板有大致可以分為八個(gè)部分組成：鋼化玻璃 其作用為保護(hù)發(fā)電主體（如電池片），透光其選用是有要求的， 1.透光率必須高（一般91%以上）；2.超白鋼化處理EVA主要是用來(lái)粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體，透明EVA材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，EVA暴露在空氣中易老化發(fā)黃，影響組件的透光

6、率。電池片主要作用就是發(fā)電，發(fā)電主體市場(chǎng)上主流的是晶體硅太陽(yáng)電池片、薄膜太陽(yáng)能電池片，兩者各有優(yōu)劣。晶體硅太陽(yáng)能電池片,設(shè)備成本相對(duì)較低，但消耗及電池片成本很高，但光電轉(zhuǎn)換效率也高，在室外陽(yáng)光下發(fā)電比較適宜；薄膜太陽(yáng)能電池，相對(duì)設(shè)備成本較高，但消耗和電池成本 很低，但光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)晶體硅電池片一半多點(diǎn)，但弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，如計(jì)算器上的太陽(yáng)能電池。EVA最主要的作用就是粘結(jié)封裝發(fā)電主體和背板太陽(yáng)能背板的作用主要是對(duì)太陽(yáng)能板子起到保護(hù)作用，密封、絕緣和防水的作用。鋁合金保護(hù)層壓件，對(duì)于太陽(yáng)能板子能起一定的密封、支撐作用接線盒保護(hù)整個(gè)發(fā)電體系，相當(dāng)于電流中轉(zhuǎn)站的效果，假如組件短

7、路接線盒斷開(kāi)短路電池串，避免燒壞整個(gè)系統(tǒng)。接線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類型不同，對(duì)應(yīng)的二極管也不相同硅膠是起到密封作用，用來(lái)密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處。有些公司使用雙面膠條、泡棉來(lái)替代硅膠，國(guó)內(nèi)普遍使用硅膠，工藝簡(jiǎn)單，方便，易操作，而且成本很低目前太陽(yáng)電池主要分為單晶硅、多晶硅和非晶硅太陽(yáng)電池。其中單晶硅太陽(yáng)電池板的光電轉(zhuǎn)換率為15%一20%以上,最高可達(dá)24%;使用壽命一般為巧年左右,最高可達(dá)25年。多晶硅太陽(yáng)電池板的轉(zhuǎn)化率約為12%左右,非晶硅約為10%左右。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面,單晶硅、多晶硅太陽(yáng)電池優(yōu)于非晶硅太陽(yáng)電池川,故本系統(tǒng)的太

8、陽(yáng)電池板采用單晶硅太陽(yáng)電池。3.2 鋰電池“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí)，M. S. Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。 鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比

9、均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。3.3.BAU72集成升壓電路BAU72是電壓型PFM控制模式的DC一DC轉(zhuǎn)換元件,內(nèi)部包含了輸出電壓反饋和修正網(wǎng)絡(luò)、啟動(dòng)電路、震蕩電路、參考電壓電路、PEM控制電路、過(guò)流保護(hù)電路以及功率管。PFM控制電路是核心,按照輸人電壓信號(hào)、負(fù)載信號(hào)和電流信號(hào)來(lái)控制功率管的開(kāi)關(guān)狀況,從而可以實(shí)現(xiàn)電路恒壓輸出。在PFM控制系統(tǒng)中,震蕩電路供給基準(zhǔn)震蕩頻率和一定的脈寬,標(biāo)準(zhǔn)電壓電路供給的參考電平,按照輸入-輸出電壓的比例和負(fù)載環(huán)境,經(jīng)由過(guò)程消脈沖來(lái)調(diào)理在單元時(shí)候內(nèi)功率管導(dǎo)通時(shí)候,以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。因?yàn)椴捎脙?nèi)部修

10、正技術(shù),保證輸出電壓精度在士2%,同時(shí)由于參考電壓經(jīng)過(guò)精心的溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)考慮,使得芯片輸出電壓的溫度漂移系數(shù)小于100ppm/。高增益的誤差放大器使在不同的輸入電壓和不同負(fù)載電流情況下，有著穩(wěn)定的輸出電壓。 3.4 W7800W7800系列三端集成穩(wěn)壓器具使用方便、穩(wěn)壓效果優(yōu)秀,但是W7800只有幾個(gè)固定的穩(wěn)壓值并且不能調(diào)節(jié),使其應(yīng)用的時(shí)候具有局限性。當(dāng)穩(wěn)壓值與電路所需要的電壓不符合時(shí),將三端集成穩(wěn)壓器7800的公共接地端3浮空,并且加之一個(gè)由三極管提供的墊高電壓.輸出端電壓us一(Uxx+UB。)(l+Rw/R).Uxx為7800的2、3兩端之間的基準(zhǔn)電壓,如W7812的Uxx一12V,使可

11、調(diào)電阻Rw值發(fā)生變化便可改變輸出電壓U、一的大小。加入B(二后,使78xx芯片的工作電流除很小的I。外,不再流入Rw,大大減小了因工作電流波動(dòng)對(duì)輸出電壓的。3.5 LT3652 LT3652是一種由多種化學(xué)物質(zhì)組分的電池,是一種中等功率的單片降壓式充電管理芯片,使用了平均電流模式降壓式的拓?fù)涞臉?gòu)造. 特別的輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路可以由電阻分壓器來(lái)設(shè)定最低輸入電壓。LT3652可設(shè)置最大充電電流高達(dá)2A,其內(nèi)部恒定頻率為 1MHZ的高頻開(kāi)關(guān),可提高充電效率.芯片具有從4.95-32V寬輸入電壓范圍,其浮充電壓可由電阻分壓器方便設(shè)置,最高可達(dá)14.4V,滿足絕大多數(shù)充電電池的充電需求。在電池充電的時(shí)候，

12、當(dāng)芯片檢測(cè)到電池電壓的低于0.7倍的浮充電壓，充電器便會(huì)進(jìn)入預(yù)置充電模式。提供 兩 種 充電 終 止 模式 供 選 擇：,C/10模 式 和TIMER模式.C/10 表示實(shí)際充電電流為最大充電電流的十分之一.在此模式下,當(dāng)充電電流低于Imax的十分之一時(shí)，充電器就會(huì)停止充電，利用TIMER模式的話,充電器可以以低于C/10的電流為電池充電,當(dāng)一個(gè)充電周期結(jié)束時(shí),若電池充滿，那么充電器停止充電,否則將會(huì)重新開(kāi)始新的充電周期,直至電池充滿,電池充滿的標(biāo)識(shí)為電池電壓達(dá)到浮充電壓的97.5%以上，在TIMER模式下,充電器支持壞電池檢測(cè)功能,當(dāng)充電器停留在預(yù)置模式的時(shí)間超過(guò),FAULT引腳電平被拉低。

13、3.6本章小結(jié)本章重點(diǎn)介紹了設(shè)計(jì)中所用到的芯片，包括集成芯片BAU72、W7200穩(wěn)壓芯片、太陽(yáng)能電池板、閥控密封鉛酸蓄電池。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)加深了對(duì)各種元器件的工作原理并加強(qiáng)了自己查閱資料和實(shí)際動(dòng)手能力。第4章 電路設(shè)計(jì)4.1升壓電路本課題主要是以是BAU72集成升壓芯片為核心,芯片外圍電相對(duì)簡(jiǎn)單,只是需要電感、輸出電容和肖特基二極管各一個(gè),構(gòu)成電路如圖4-1所示。此中電感的寄生串聯(lián)電阻、肖特基二極管的正向?qū)▔航凳巧龎弘娐饭β氏牡闹饕?電容和電感改變會(huì)影響輸出的紋波。因此為了獲得較高的轉(zhuǎn)換效率、較低的紋波與噪聲,選擇合適的電感、肖特基二極管和電容的選擇是關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn),本設(shè)計(jì)選擇4

14、7F的電容,56H的電感,二極管選用IN5819,實(shí)現(xiàn)輸出電壓為10.IV,轉(zhuǎn)換效率達(dá)到80%,滿足后續(xù)充電電路的工作需要。圖4-1 升壓電路4.2穩(wěn)壓電路本課題采用的穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)以三端集成穩(wěn)壓器W7800為核心,它屬于串聯(lián)穩(wěn)壓電路,其工作原理與分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓電源相同。由放大電路、取樣電路、調(diào)整環(huán)節(jié)和過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)等組成,另外還有過(guò)熱和過(guò)壓保護(hù)電路,所以,其穩(wěn)壓性能要優(yōu)于分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。并且三端集成穩(wěn)壓器設(shè)置的啟動(dòng)電路,在穩(wěn)壓電源啟動(dòng)后處于正常狀態(tài)下,啟動(dòng)電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路斷開(kāi)連接,這樣的話輸入電壓變化不直接影響基準(zhǔn)電路和恒流源電路,使輸出電壓的基本不發(fā)生變化。穩(wěn)壓電路如

15、圖4-2所示,電路中Ci的作用是消除輸入連線較長(zhǎng)時(shí)電感效應(yīng)引起的自激振蕩,減小紋波電壓,取值范圍在0.11F之間;在輸出端接電容C。是用于消除電路高頻噪聲,改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng),一般取0.1左右。另外Ci選用.033F,C。選用0.1F。一般電容的耐壓應(yīng)高于電源的輸入電壓和輸電壓。另外,為避免輸人端斷開(kāi)時(shí)C。從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電,造成穩(wěn)壓器的損壞,在穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接二極管IN4007,對(duì)W7800起保護(hù)作用。圖4-2 穩(wěn)壓電路4.3充電電路充電電路如圖4-3所示圖4-3 充電電路兩節(jié)鋰離子電池的浮充電壓為8.2V肖特基二極管選用MBRS340，正向壓降為0.5V,具體的元器件

16、選擇及其選材的大小如圖4-3所示，該電路圖可以很好的保證輸出電壓的穩(wěn)定，而且LT3652內(nèi)置了兩種充電終止模式，可以根據(jù)使用充電器的充電大小來(lái)選擇相應(yīng)的模式，這樣可以很精確的控制是需要充電設(shè)備充電時(shí)間，不會(huì)在充滿了電之后蓄電池還在對(duì)外放電，這樣也可以提高蓄電池的電能的使用率。4.4 LCD顯示模塊顯示器是人與機(jī)器溝通的重要界面，早期以顯像管(CRT/Cathode Ray Tube)顯示器為主，但隨著科技不斷進(jìn)步，各種顯示技術(shù)如雨后春筍般誕生，近來(lái)由于液晶(LCD)顯示器具有輕薄短小、耗電量低、無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，在近年來(lái)價(jià)格不斷下跌的吸引下，逐漸取代CRT之主流

17、地位，顯示器明日之星架勢(shì)十足。液晶是一種既具有液體的流動(dòng)性又具有光學(xué)特性的有機(jī)化合物，它的透明程度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場(chǎng)的影響，利用這特點(diǎn)便可做成字符顯示器。液晶顯示器(LCD)英文全稱為（Liquid Crystal Display），它一種是采用了液晶控制透光度技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)色彩的顯示器。和CRT顯示器相比，LCD的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。由于通過(guò)控制是否透光來(lái)控制亮和暗，當(dāng)色彩不變時(shí)，液晶也保持不變，這樣就無(wú)須考慮刷新率的問(wèn)題。顯示接口用來(lái)顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示部分用的是LCD液晶模塊，采用一個(gè)16×1的字符型液晶顯示模塊。 點(diǎn)陣圖形式液晶由 M 行×N

18、 列個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有64行，每行有 128列，每 8列對(duì)應(yīng) 1 個(gè)字節(jié)的 8 個(gè)位，即每行由 16 字節(jié)，共 16×8=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上 64×16 個(gè)顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個(gè)字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。一個(gè)字符由 6×8 或 8×8點(diǎn)陣組成，即要找到和屏上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM區(qū)的 8 個(gè)字節(jié)，并且要使每個(gè)字節(jié)的不同的位為1，其它的為0，為1的點(diǎn)亮，為0的點(diǎn)暗，這樣一來(lái)就組成某個(gè)字符。但對(duì)于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來(lái)說(shuō)，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD 上

19、開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行）1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)

20、是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫(xiě)的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。1602的管腳圖如下圖4-4所示圖4-4 LCD1602管腳圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中： 第1腳：VSS為電源地 第2腳：VCC接5V電源正極 第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操

21、作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平（1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。圖4-5 LCD1602于單片機(jī)的接口電路4.5 本章小結(jié)本章主要是介紹了本課題的硬件電路設(shè)計(jì)，涉及到了主要元器件的選擇，并通過(guò)實(shí)際的操作，進(jìn)一步加深了對(duì)于太陽(yáng)能充電器的了解和掌握程度。第5章 系統(tǒng)調(diào)試測(cè)試數(shù)據(jù)1.電池板開(kāi)路電壓:1.28V,輸出電流210-305mA;2.太陽(yáng)能給充電器內(nèi)置電池充電時(shí)間10-15小時(shí);3.穩(wěn)壓電路輸出電壓:9.98v;4.升壓電路輸出電壓:10.Iv;5.充電電路輸人電壓:10.05v;6.蓄電池輸出電壓:6.25V;7.終端輸出電壓:空載時(shí)三端口分別為4.3V、5.7V、7.9V;加載時(shí)三端口分別為:4.1V、5.5V、7.5V。結(jié)論本文設(shè)計(jì)的多功能充電器能在輸出