便攜式太陽(yáng)能手機(jī)充電器

1、便攜式太陽(yáng)能手機(jī)充電器姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)：便攜式太陽(yáng)能手機(jī)充電器課題研究的背景及意義 能源是人類經(jīng)濟(jì)及文化活動(dòng)的基礎(chǔ)。在20世紀(jì)人類所利用的主要是一次能源如石油、天然氣和煤炭等。這些化石能源是由數(shù)萬(wàn)年甚至更長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)太陽(yáng)能輻射到地球上的一部分能源儲(chǔ)存到古生物中，經(jīng)過(guò)人類數(shù)千年，尤其是近百年的消耗，這些化石能源已被消耗了相當(dāng)比例。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增加和社會(huì)生活水平的提高，未來(lái)世界能源消耗量將持續(xù)增長(zhǎng)，世界上的化石能源消耗總量總有一天將達(dá)到極限。 此外，大量使用化石燃料已經(jīng)為人類生存環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的后果。由于大量使用化石能源，全世界每天產(chǎn)生約1億噸溫室效應(yīng)氣體，造成極為嚴(yán)重的大氣污染。如不

2、加控制，溫室效應(yīng)將可能使兩極的冰山融化，導(dǎo)致海平面上升，四分之一的人類生活空間將由此受到極大威脅。當(dāng)前人類文明的高度發(fā)展與地球生存環(huán)境的快速惡化己經(jīng)形成一對(duì)十分突出的矛盾。它向全世界能源工作者提出了嚴(yán)峻的命題和挑戰(zhàn)。因此，開(kāi)發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是人類必須采取的措施。從各種能源現(xiàn)實(shí)情況等諸多因素考慮，太陽(yáng)能無(wú)疑是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想的綠色能源。全球能源專家們認(rèn)定，太陽(yáng)能將成為2l世紀(jì)最重要的能源之一。利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電的特點(diǎn)可概括為：（1) 儲(chǔ)量的“無(wú)限性”：太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大。（2) 存在的普遍性：雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太

3、陽(yáng)能輻射的不均勻，但相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。 (3)利用的清潔性：太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等清潔能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，是人類理想的替代能源。 (4)利用的經(jīng)濟(jì)性：可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，可以隨地取用；二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，有些太陽(yáng)利用已具經(jīng)濟(jì)性。隨著科技的發(fā)展以及人類開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的技術(shù)突破，太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明顯。(5)機(jī)動(dòng)靈活性：發(fā)電系統(tǒng)可按需要以模塊方式集成，可大可小、擴(kuò)容方便； 便攜式太陽(yáng)能充電器工作原理 太陽(yáng)能電池在使用時(shí)由于太陽(yáng)光的變化較大，其內(nèi)阻又比較高，因

4、此輸出電壓不穩(wěn)定，輸出電流也小，這就需要用一個(gè)直流變換電路變換電壓后供手機(jī)電池充電，直流變換電路見(jiàn)圖1，它是單管直流變換電路，采用單端反激式變換器電路的形式。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器T1初級(jí)線圈NP的感應(yīng)電壓為1正2負(fù)，次級(jí)線圈Ns為5正6負(fù)，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)高頻變壓器T1通過(guò)初級(jí)線圈Np儲(chǔ)存能量；當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，次級(jí)線圈Ns為5負(fù)6正，高頻變壓器T1中存儲(chǔ)的能量通過(guò)VD1整流和電容C3濾波后向負(fù)載輸出。電路工作原理簡(jiǎn)述如下： 三極管VT1為開(kāi)關(guān)電源管，它和T1、R1、R3、C2等組成自激式振蕩電路。加上輸入電源后，電流經(jīng)啟動(dòng)電阻R1流向VT1的基極，使VT1導(dǎo)

5、通。 VT1導(dǎo)通后，變壓器初級(jí)線圈Np就加上輸入直流電壓，其集電極電流Ic在Np中線性增長(zhǎng)，反饋線圈Nb產(chǎn)生3正4負(fù)的感應(yīng)電壓，使VT1得到基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，此電壓經(jīng)C2、R3向VT1注入基極電流使VT1的集電極電流進(jìn)一步增大，正反饋產(chǎn)生雪崩過(guò)程，使VT1飽和導(dǎo)通。在VT1飽和導(dǎo)通期間，T1通過(guò)初級(jí)線圈Np儲(chǔ)存磁能。 與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給C2充電，隨著C2充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低，當(dāng)VT1的基極電流變化不能滿足其繼續(xù)飽和時(shí)，VT1 退出飽和區(qū)進(jìn)入放大區(qū)。 VT1進(jìn)入放大狀態(tài)后，其集電極電流由放大狀態(tài)前的最大值下降，在反饋線圈Nb產(chǎn)生3負(fù)4正的感應(yīng)電壓，使VT1基極

6、電流減小，其集電極電流隨之減小，正反饋再一次出現(xiàn)雪崩過(guò)程，VT1迅速截止。 VT1截止后，變壓器T1儲(chǔ)存的能量提供給負(fù)載，次級(jí)線圈Ns產(chǎn)生的5負(fù)6正的電壓經(jīng)二極管VD1整流濾波后，在C3上得到直流電壓給手機(jī)電池充電。 在VT1截止時(shí)，直流供電輸人電壓和Nb感應(yīng)的3負(fù)4正的電壓又經(jīng)R1、R3給C2反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。 R5、R6、VD2、VT2等組成限壓電路，以保護(hù)電池不被過(guò)充電，這里以3.6V手機(jī)電池為例，其充電限制電壓為4.2V。在電池的充電過(guò)程中，電池電壓逐漸上升，當(dāng)充電電壓大于4.2V時(shí)，經(jīng)R5、R6分壓后穩(wěn)壓二極

7、管VD2開(kāi)始導(dǎo)通，使VT2導(dǎo)通，VT2的分流作用減小了VT1的基極電流，從而減小了VT1的集電極電流Ic，達(dá)到了限制輸出電壓的作用。這時(shí)電路停止了對(duì)電池的大電流充電，用小電流將電池的電壓維持在4.2V。元器件選擇和安裝調(diào)試 VT1要求Icm0.5A，hEF為50-100，可用2SC2500、2SC1008等，VD1為穩(wěn)壓值為3V的穩(wěn)壓二極管。 高頻變壓器T1要自制，用E16的鐵氧體磁芯，Np用0.21漆包線繞26匝，Nb用0.21漆包線繞8匝，Ns用0.41漆包線繞15匝。繞制時(shí)要注意各線圈的起始端不要搞錯(cuò)，以免電路不起振或輸出電壓不正常。組裝時(shí)在兩塊磁芯間墊一層厚度約為0.03mm的塑料薄膜

8、作磁芯氣隙。 太陽(yáng)能電池板使用4塊面積為6cm6cm的硅太陽(yáng)能電池板，其空載輸出電壓為4V，當(dāng)工作電流為40mA時(shí)輸出電壓為3V。由于直流變換器的工作效率隨著輸入電壓的的增高而增高，因此4塊太陽(yáng)能電池板串聯(lián)后使用，這時(shí)電路的輸入電壓為12V。讀者可根據(jù)你能購(gòu)到的太陽(yáng)能電池板規(guī)格決定使用的數(shù)量和聯(lián)接方法。 其它元件的參數(shù)見(jiàn)圖1。 印刷電路板見(jiàn)圖2，尺寸為4526mm2。 安裝完成后，接上太陽(yáng)能電池板，并將其放在陽(yáng)光下，空載時(shí)電路輸出電壓約為4.2V，當(dāng)空載輸出電壓高于4.2V時(shí)可適當(dāng)減小R5的阻值,反之增加R5的阻值。電路工作電流跟太陽(yáng)光的強(qiáng)弱有關(guān)，正常時(shí)約為40mA，這時(shí)充電電流約為85mA。

9、總結(jié)與展望 關(guān)于此設(shè)計(jì)的一些缺點(diǎn)：根據(jù)鋰電池的充電特性為三個(gè)階段，分別為預(yù)充電，恒流充電，恒壓充電，故充電器的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足可以實(shí)現(xiàn)此三個(gè)階段，而本設(shè)計(jì)中因選取的太陽(yáng)能電池板和手機(jī)電池相匹配故而直接采用的了恒流充電，雖然可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充電，但是不能對(duì)電池進(jìn)行完全充電，因此，不能完全代替手機(jī)原裝充電器使用。下一步可以設(shè)計(jì)保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的三段充電，從而對(duì)電池進(jìn)行更好的充電。 關(guān)于太陽(yáng)能使用的前景：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的提高，能源消費(fèi)也越來(lái)越大，節(jié)能減排、改善能源結(jié)構(gòu)已上升為當(dāng)前的重要課題。我國(guó)有豐富的太陽(yáng)能資源，為從戰(zhàn)略上徹底改善能源結(jié)構(gòu)和能源的可持續(xù)發(fā)展提供了有利條件。自1973年世界性的石油危機(jī)爆發(fā)以來(lái)，能源危機(jī)給人們敲響了警鐘。1996年，聯(lián)合國(guó)在津巴布韋召開(kāi)了“世界太陽(yáng)能高峰會(huì)議”，會(huì)后發(fā)表了哈拉雷太陽(yáng)能與持續(xù)發(fā)展