小型太阳能充电器毕业设计(论文).doc

毕业设计毕业设计（ （论论文）文） 题题 目目: 小型太阳能充电器小型太阳能充电器 专专 业业: 应用电子技术应用电子技术 2 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的 指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标 注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成 果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使 用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已 在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文） 的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本； 学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与 阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： 3 学位学位论论文原文原创创性声明性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位学位论论文版文版权权使用授使用授权书权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 4 论 文 摘 要 太阳能作为可再生能源和无污染能源已开始被广 泛利用。目前太阳能的利用形式主要有光热、光伏发 电、光化学转换三种，其中光伏发电是以电能作为最 终表现形式，并且太阳能电池的原料、转化率、生产 成本都具优越性，促进了太阳能光伏发电在能源、环 境和人类社会未来发展中所占据的重要地位。本文简 要介绍了小型太阳能充电器的设计，根据太阳能电池 的光伏特性，自动控制光电池的输出电压以便对蓄电 池进行有效充电。 关键词关键词： 太阳能，光伏发电，蓄电池，充电 Abstract Solar energy sources as renewable and pollution-free energy has started to be widely used. Currently the main using form of solar energy are photo-thermal, PV and 5 photochemical conversion of three . Among PV as a final form with electricity, and solar batterys materials, conversion, production cost have superiority. To promote the solar photovoltaic power in energy, the environment and human society in the future development of the important position occupied by. This paper introduces the design of small solar charger, according to the characteristics of photovoltaic solar cells, automatic control the output voltage of photocell in order to effectively rechargeable storage battery. Key Words: solar energy, PV, storage battery, charging 目 录 论文摘要.1 关键词.1 ABSTRACT 2 KEYWORDS.2 目 录.3 6 第一章 绪论.5 1.1 设计要求5 1.2 关于太阳能电池5 1.2.1 太阳能电池的原理.5 1.2.2 太阳能电池组件.5 1.2.3 硅太阳能电池 .6 1.3 关于蓄电池8 1.3.1 蓄电池的概述.8 1.3.2 铅酸蓄电池工作结构及原理.9 1.3.3 铅酸蓄电池的容量.10 1.3.4 铅酸蓄电池的充电方式.11 1.4 太阳能电池与蓄电池的配接12 第二章 主要元器件的介绍.13 2.1 关于 LT3757 13 2.1.1 LT3757 概述 13 2.1.2 LT3757 性能概要 13 2.1.3 LT3757 引脚说明及功能 13 2.1.4 LT3757 典型工作电路及封装 14 2.2 关于 LM339.16 2.2.1 LM339 简介.16 2.2.2 LM339 的封装及引脚功能.16 2.2.3 LM339 的几种电路.17 2.3 关于 TL431 20 2.3.1 TL431 简介 20 2.3.2 TL431 性能概要 21 2.3.3 TL431 相关数据 21 2.3.4 TL431 电路应用 22 第三章 Multisim9 在模拟电路中的应用24 3.1 Multisim9 概述24 3.2 绘制电路及仿真24 3.2.1 创建电路文件.24 3.2.2 电路的仿真分析.25 3.3 元件创建与编辑25 3.3.1 利用元件创建向导创建元件.25 3.3.2 编辑仿真元件.25 第四章 太阳能充电系统设计介绍.27 4.1 系统基本组成简介27 4.2 工作原理介绍27 4.3 设计思路27 4.3.1 方案陈述及比较.27 总 结.35 参考文献.36 7 第一章 绪 论 太阳光资源具有分散性，随处可得，太阳能电池发电系统特别适合作为独立 电源使用。就太阳能充电器本身而言，十分具有价值。它的永久性、灵活性、干 净清洁等优点给新能源开发带来了无限的创新空间。 1.1 设计要求 设计一个充电电路，由 12V/1A 光伏电池向蓄电池（电压 12V 容量 3Ah） 充电。 强光下（光伏电池）输出12V，直接向蓄电池充电； 8 弱光下（光伏电池）输出Ur 时，输 出为高电平 UOH。图为其传输特性。 图 2-4 2. 迟滞比较器 迟滞比较器又可理解为加正反馈的单限比较器。前面介绍的单限比较器，如 果输入信号 Uin 在门限值附近有微小的干扰，则输出电压就会产生相应的抖动 （起伏） 。在电路中引入正反馈可以克服这一缺点。 21 图 1a 给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特”电路即是有迟滞的 比较器。图 1b 为迟滞比较器的传输特性。 图 2-5 不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过 U 之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟 滞比较器来说，它不能分辨差别小于 U 的两个输入电压值。迟滞比较器加有 正反馈可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由于迟滞比 较器加的正反馈很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由 于电路寄生耦合而产生的自激振荡。 如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反馈电路中接入 一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极管的单向导电性，便可实现上述要求。 图 2 为其原理图。 图 2-6 3. 双限比较器（窗口比较器） 图 1 电路由两个 LM339 组成一个窗口比较器。当被比较的信号电压 Uin 位 于门限电压之间时（UR1UR2或 UinUR1）输出为低电位（UO=UOL） ，窗口电压 U=UR2-UR1。它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间。 22 图 2-7 4.用 LM339 组成振荡器 图 1 为有 1/4LM339 组成的音频方波振荡器的电路。改变 C1 可改变输出方 波的频率。本电路中，当 C1=0.1uF 时。f=53Hz；当 C1=0.01uF 时，f=530Hz； 当 C1=0.001uF 时，f=5300Hz。 图 2-8 2.3 关于 TL431 2.3.1 TL431 简介 德州仪器公司（TI）生产的 TL431 是一个良好的热稳定性能的三端可调分流 基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到 Vref（2.5V）到 36V 范围 内的任何值。该器件的典型动态阻抗为 0.2 时为 1.0mA 至 100mA，在很多应用 中可以用它代替齐纳二极管，2.5V 参考使从 5.0V 逻辑电源可方便地获得稳定参 考电压。例如，数字电压表、运放电路、可调压电源、开关电源等。 （a） REF ANODECATHOD E 23 （b） 图 2-9 上图是该器件的符号。3 个引脚分别为：阴极（CATHODE） 、阳极 （ANODE）和参考端（REF） 。 TL431 的具体功能可以用如图的功能模块示意。 图 2-10 由图可知，VI 是一个内部的 2.5V 基准源，接在运放的反向输入端。由运放 的特性可知，只有当 REF 端（同相端）的电压分厂接近 VI（2.5V）是，三极管 中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着 REF 端电压的微小变化，通过 三极管的电流将从 1 到 100mA 变化。当然，该图绝不是 TL431 的实际内部结构， 所以不能简单地用这种组合来代替它。 2.3.2 TL431 性能概要 可编程输出电压，达 36V 电压参考源误差：典型+/-0.4%（25C） 低动态输出阻抗：典型为 0.22 1.0mA 至 100mA 的灌电流能力 典型值为 50ppm/C 的等效全范围温度系数 在整个额定工作温度范围内可进行工作温度补偿 低输出噪音电压 2.3.3 TL431 相关数据 最大额定值（适用于整个工作环境温度范围，除非另有规定） 额定值符号值单位 阴极至阳极电压VKA37V 阴极电流范围：连续IK-100 至+150mA 参考输入电流范围：连续Iref-0.05 至+10mA 工作结温TJ150C 24 工作环境温度范围TA -40 至+85 0 至+70 C 保存温度范围Tstg-65 至+150C 总功耗TA=25 超过 25环境温度需要降额 D，LP 后缀塑料封装 P 后缀塑料封装 DM 后缀塑料封装 PD 0.70 1.10 0.52 W 总功耗TC=25 超过 25壳温需降额 D，LP 后缀塑料封装 P 后缀塑料封装 PD 1.5 3.0 W 推荐工作条件 条件符号最小值最大值单位 阴极至阳极电压VKAVref36V 阴极电流IK1.0100mA 电气特性：（TA=25C，除非另有规定） TL431ITL431C 特性符号最小 值 典型 值 最大 值 最小 值 典型 值 最大 值 单位 参考输入电压Vref 2.44 2.41 2.495 - 2.55 2.58 2.44 2.423 2.495 - 2.55 2.567 V 在温度范围内参 考 输入电压偏差 Vref -7.030-3.017mV 参考输入电压变 化与阴极至阳极 电压变化的比值 Vref/ VKA - - -1.4 -1.0 -2.7 -2.0 - - -1.4 -1.0 -2.7 -2.0 mV/ V 参考输入电流Iref - - 1.8 - 4.0 6.5 - - 1.8 - 4.0 5.2 A 在温度范围内参 考输入电流偏差 Iref -0.82.5-0.41.2A 调整率最小阴极 电流 Imin-0.51.0-0.51.0mA 截止态阴极电流Ioff-2601000-2601000nA 动态阻抗 ZKA-0.220.5-0.220.5 2.3.4 TL431 电路应用 1.恒压电路 25 图 2-11 前面提到 TL431 的内部含有一个 2.5V 的基准电压，所以当在 REF 端引入输 出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图 2 所示的电路，当 R1 和 R2 的阻值确定时，两者对 Vo 的分压引入反馈，若 Vo 增 大，反馈量增大，TL431 的分流也就增加，从而又导致 Vo 下降。显见，这个深 度的负反馈电路必然在 VI 等于基准电压处稳定，此时 Vo=(1+R1/R2)Vref。选择 不同的 R1 和 R2 的值可以得到从 2.5V 到 36V 范围内的任意电压输出，特别地， 当 R1=R2 时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证 TL431 工作的必 要条件，就是通过阴极的电流要大于 1 mA 。 当然，这个电路并不太实用，但它很清晰地展示了该器件的工作原理在应 用中的方法。将这个电路稍加改动，就可以得到在很多实用的电源电路，如图 3，4。 图 2-12 大电流的分流稳压电路 26 图 2-12 精密 5V 稳压器 2. 恒流电路 由前面的例子我们可以看到，器件作为分流反馈后，REF 端的电压始终稳定 在 2.5V，那么接在 REF 端和地间的电阻中流过的电流就应是恒定的。利用这个 特点，可以将 TL431 应用很多恒流电路中。 如左图是一个实用的精密恒流源电路。 原理很简单，不再赘述。但值得注意的是， TL431 的温度系数为 30ppm/C，所以输出 恒流的温度特性要比普通镜像恒流源或恒 流二极管好得多，因而在应用中无需附加 温度补偿电路。 图 2-13 第三章 Multisim9 在模拟电路中的应用 3.1 Multisim9 概述 EWB 是 Electronics Workbench 的缩写，称为电子工作平台，是一种在电子技 术界广泛使用的优秀计算机仿真设计软件，被誉为“计算机里的电子实验室” 。 EWB 的特点是：系统高度集成，界面直观，操作方便，主要表现在元器件 的选取、电路的输入、虚拟仪表的使用以及进行各种分析，都可以在屏幕窗口直 接操作，与实物一样直观。 随着电子技术的飞速发展，低版本的 EWB 仿真设计功能已远远不能满足新 的电子线路的仿真与设计要求。EWB 软件也在进行不断升级，现在的 Multisim 也就是 EWB 的升级。 隶属于 NI 公司后，Electronics Workbench 公司于 2005 年 12 月推出了 Multisim9 软件，标志着设计技术的一个根本转变。Multisim9 系列设计套件是一 种紧密集成、终端对终端的解决方案，工程师利用这一软件可有效地完成电子工 程项目从最初的概念建模到最终的成品的全过程。与以前的版本相比它有全功能 电路仿真系统、完整的电子系统设计工具、强大的仿真分析功能、多种常用的虚 拟仪表以及与 NI 相关虚拟仪器软件的完美结合来提高模拟及测试性能的特点。 27 3.2 绘制电路及仿真 3.2.1 创建电路文件 运行 Multisim9 之后，就会自动打开名为“Circuit1”的电路图。在这个电路 图中，没有任何元件及连线。新建一个仿真电路，也可以单击 FileNew 菜单项， 或者使用快捷键 Ctrl+N，打开一个空白的电路文件。电路图绘图区的窗口颜色、 尺寸和现实模式均采用默认设置。 1.放置元件：利用元件工具栏放置元件；通过单击 PlaceComponent 菜单项放置元件；在绘图区右击，利用弹出 菜单 Place Component 放置元件以及利用快捷键 Ctrl+W 放置元 件 4 种途径。 2.改变单个元件和节点的属性：在 Multisim9 电路图中，可以改变 赋予元件的标号与颜色。 3.给元件连线：Multisim9 提供了自动与手工两种连线方法。 4.为电路添加文本：其中包括添加标题栏（Title Block）和文本来 注释电路，方法是单击 Place 再分别选择 Title Block 或者 Text 菜单项。 5.保持电路：养成随时保存文件的良好习惯是十分有必要的，在 Multisim9 中保存文件的过程类似于其他 Windows 应用软件，具 体操作步骤如下。 单击 FileSave 菜单项，弹出保存文件对话框； 按照对话框提示，输入文件名“sample” ，单击“保 存”按钮即可。 Multisim9 提供一系列虚拟仪表，用户可以用这些仪表测试电路的行为。这 些仪表的使用和读数与真实的仪表相同，就像实验室中使用的仪器。使用虚拟仪 表显示仿真结果是检测电路行为最好、最简便的方法。 3.2.2 电路的仿真分析 1. 仿真电路 首先为仿真电路做好准备。可以使用前边已经建立的电路，或打开文件 夹中的电路文件（此电路中所有的元件、连线与仪表均已正确连接并设置好） 。 要仿真电路，可以通过以下几种途径： 单击设计工具栏中的 Main Toolbar 系统工具栏按钮； 单击 SimulateRun 菜单项； 仿真开关； 按 F5 键。 2. 观察仿真结果 根据具体电路图来观察结果。 3. 停止电路仿真 要停止仿真，可单击设计工具栏中的 Main Toolbar 系统工具栏按钮， 或按仿真开关。 28 3.3 元件创建与编辑 3.3.1 利用元件创建向导创建元件 在电路图仿真过程中，有时所要放置的元件在元器件库中没有，那么就需要 在 Multisim9 中创建和编辑。元器件向导是用于创建自定义元器件的主要工具， 它引导完成创建一个新元器件所需要的所有步骤。元器件细节包括符号与可选的 管脚、模型和管封装信息。某元器件创建过程包括以下步骤： 输入元器件信息 选择封装与元器件配置 选择和/或编辑元器件符号 配置管脚信息 设置符号与电路层封装之间的映射 选择仿真模型 建立符号管脚与模型节点对应关系 保存元件到元件库 测试元件 3.3.2 编辑仿真元件 1. 在 Multisim9 用户界面中，单击 ToolsDatabase Manager 菜单项，弹出 Database Manager 窗口，单击 Components 标签，打开 Components 选项卡。 2. 在数据库名称下拉列表中，选择要编辑的原件所在的数据库。 3. 在元件列表框中，选择要编辑的元件。 4. 单击 Edit 按钮，贪吃 Component Properties（元件属性）对话框。 5. 元件的各种特性已分门别类地放在 7 个标签中了，通过单击标签中打开的 相应选项卡中编辑这些内容，就可以创建一个新元件。 6. 最后单击“确定”按钮，弹出“保存元件”对话框。在该对话框中，可以 选择编辑后的新元件存放的数据库、库和系列。 7. 选择新元件存放的系列后，单击 OK 按钮，将自动返回到 Database Manager 对话框中。 29 第四章 太阳能充电系统设计介绍 4.1 系统基本组成简介 太阳能充电系统是由太阳能电池组、控制器、蓄电池组成。如果输出电源为 交流 220V 或者 110V，还需要配置逆变器。但因本设计重在实现充电过程，不涉 及输出是否用于交流负载，所以没有用到逆变器。 其中太阳能电池选用的是：20W 单晶硅太阳能电池 蓄电池选用的是：免维护铅酸蓄电池（12V 3Ah） 比较器选用的是：LM339 稳压器选用的是：TL431 升压芯片选用的是：TL3757 4.2 工作原理介绍 光电直接转换方式是利用光电效应，将太阳辐射直接转换成电能，该转换 的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由光伏 效应而将太阳光能直接 30 转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时， 光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并 联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。 简单的原理框图如下图所示： 图 4-1 升压模块是由 TL3757 的典型电路组成； 控制模块是检测电池的充电量、光伏电池的光强、控制 DC-DC 升压电路的 启动以及充电模块的充电量。 充电模块是根据蓄电池的性能选择合适的充电方式进行充电。 4.3 设计思路 4.3.1 方案陈述及比较 方案一： 简单的原理图如图所示： 图 4-2 在图中，T 是太阳能电池；X 是蓄电池；D 是晶体二极管；S 是升压电路： B 是过充保护电路；KL1 和 KL2 都是继电器开关。晶体二极管在这个电路中称 太阳能电池 充电模块 升压模块 控制模块 蓄电池 T 升压 保护 KL1 常开 KL1 常闭 KL2 常闭 X D S B 31 为防回流二极管，防止在弱光时，蓄电池对太阳能电池回流反充，造成不必要的 电能损失。它的作用原理是：当太阳能电池接收强光时，输出电压大于蓄电池电 压，二极管处于正向导通状态，对蓄电池进行充电；当太阳能电池接收弱光时， 蓄电池电压便高于太阳能电池电压，但由于二极管处于反向截止状态，所以避免 了反向回流。继电器开关的动断都是由相应的控制模块来决定的。KL1 决定了是 否对太阳能电池的输出电压进行升压；KL2 实现对蓄电池的过充保护。 图 4-3 方案一太阳能充电器电路图 1、比较电路 图 4-4 由采样电阻获得采样电压通过比较器 LM339 来判断太阳能电池输出电 压是否小于 12V。 当太阳能电池输出电压大于 12V 时，比较器的同相端输入大于基准电压 （反向端） ，Q1 导通，L1 得电流，使继电器常开开关闭合（常闭开关断开） ， 32 这时，太阳能电池直接向蓄电池充电。 当太阳能电池输出电压小于 12V 时，比较器的同相端输入小于基准电压 （反向端） ，Q1 截止，L1 没有电流通过，继电器没有动作，此时，太阳能电 池通过升压电路向蓄电池充电。 2、升压电路 升压电路是由 28V、PWM、升压型 DC-DC 转换器 MAX618 芯片来实 现。图 4-5 是 MAX618 芯片的典型工作电路，此电路也作为升压电路用于方 案一太阳能充电器电路。 图 4-5 3、控制电路 图 4-6 注：图 4-6 是在 Multisim9 中绘制，因 Multisim9 中没有三端可调稳压器 LM317，暂用 LM117 代替 LM317 绘制电路图。 该电路图实现对蓄电池的过充保护。正常充电时，LED1 亮指示充电；当蓄 33 电池电压超过 14.5V，即超过蓄电池的上限充电电压，LED1 熄灭指示过充。过 充判断是由稳压器 LM317 为 LM339 比较器提供基准电压，两个三极管 Q2、Q3 起开关作用。当蓄电池过充时，Q2、Q3 导通，L3 得电流，使继电器常闭开关 S3 断开，停止太阳能电池对蓄电池的充电，又因为发光二极管的单向导通，使 LED1 熄灭。 方案一电路简单，易于理解，控制器主要实现对升压模块的控制和过充保护。 经查阅相关资料和分析可知电路实际存在很多问题。 此电路采用直充，虽然成本低，但是这种简单的充电方式会严重损坏蓄 电池的使用寿命； DC-DC 升压芯片 MAX618 的输出电流较小，不足以充电，影响充电效率； 充电和放电（蓄电池的自放电）只有一个切换点。当光电池电压高于蓄 电池电压时，电路切到充电状态，低于这个点，就切回放电状态；当光 电池电压一定时，电池充满电之后，很快会放电。放电之后，电压又会 低于设定电压。这时，电路形成一种震荡（蓄电池成了电容） ，这种震荡 会造成负载供电的不稳定； 综上所述，方案一问题存在的关键在于未根据铅酸蓄电池的特性采用合适的 充电方式。 由第一章 1.3.4 可知，铅酸蓄电池目前的充电方式主要有恒流、恒压、恒压 限流、脉冲快速充电。一般情况下，对铅酸蓄电池的充电模式建议采用恒流均充 -恒压减流-浮充。 铅酸蓄电池是荷电出厂，由于自放电等原因，投入运行前要作补充充电和一 次容量试验。补充充电一般采用恒压限流充电。在 2.30-2.35V 电压下终点，同时 充电电流不超过 0.25C10，直到充电电流降到 0.006C10 以下 3 小时不变，就认为 电池充足。补充充电后，进行一次 10h 率容量检查。 浮充充电-浮充电压的原则： 1.浮充电流足以补偿电池的自放电损失； 2.当蓄电池放电后，能依靠浮充电很快地补充损失的电量，以备下一次放电； 3.选择在该充电电压下，电池极板生成的 PbO2较为致密，以保护板栅不致 于很快腐蚀； 4.尽量减少 O2与 H2析出，并减少负极盐化； 5.浮充电压的选择还要考虑其他的影响因素：电解液浓度对浮充电压的影响、 板栅合金对浮充电压的影响。 浮充电压选择原则与各种因素对浮充电压的影响，国外一般选择稍高的浮充 电压，范围可达 2.25-2.33V，国内稍低约为 2.23-2.27V。不同厂家对浮充电压的 具体规定不一样，要根据环境温度的变化，对浮充电压应作相应调整。 浮充电压的温度补偿：浮充充电与环境温度有密切关系，通常浮充电压时指 环境 25C 而言，所以当环境温度变化时，需按温度系数补偿，调整浮充电压。 再充电方法： 1.限流限压：即先限定电流，讲充电电流限制在 0.25C10 以下（一般用 0.1- 34 0.2C10 充电）带电池端电压上升到 2.30-2.35V 单体时，立即以 2.35V 电压恒压连 续充电，在充电电流降到 0.006C10，知道充电电流降到 0.006C10 以下 3 小时不 变，就认为电池充足。 2.恒压限流充电：以单体 2.30-2.35V 电压充电，同时充电电流不超过 0.25C10，直到充电电流降到 0.006C10 以下 3 小时不变，就认为电池充足。 12V 单体正常的浮充电压为 13.62V/单体，温度补偿系数为：18mV/C。当 蓄电池浮充运行时，蓄电池单体电压不应低于 13.2V，如有单体电压低于 13.2V，则需要进行均衡充电；6V 单体数值减半。 12V 单体均衡充电：一般采用恒压限流进行充电，充电电压按 14.4V/单体温 度补偿系数为：30mV/C。 （注：30mV/C 是温度每增加 1C，均充电压降低 30mV；6V 单体数值减半。 恒压限流充电：以单体 14.10-14.40V 电压充电，同时充电电流不超过 0.35C10， 直到充电电流降到 0.006C10） 铅酸蓄电池的自放电: 1、原因： 电池的自放电是指电池在存储器件容量降低的现象。电池开路时由于自放电 电池容量损失。自放电通常主要在负极，因为负极活性物质为叫活泼的海绵状铅 电极，在电解液中其电势比氢负，可发生置换反应。若在点击中存在着析氢过电 位低的金属杂质，这些杂质和负极活性物质能给成腐蚀微电池，结果负极金属自 溶解，并伴有氢气析出，从而容量减少。在电解液中杂质起着同样的有害作用。 一般正极的自放电不大。正极为强氧化剂，若在电解液中或隔膜上存在易于被氧 化的杂质，也会引起正极活性物质的还原，从而减少容量。 2、自放电率 自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。 放电= Ca CbCa %100T 式中 Ca=电池存贮前的容量（Ah） Cb-电池存贮后的容量（Ah） T-电池贮存的时间，常用天、月计算。 因此，选用的 12V 铅酸蓄电池的浮充电压为 13.8V，均充电压为 14.4V。 在方案一的基础上，设计了如图 4-7 的电路图（即方案二） 35 图 4-7 方案二太阳能充电器电路图 12V 的铅酸蓄电池，最高可以充电到 14.4V，停止充电时，很快降到 13.6V。 比较基准电压 2.5V，由 TL431 提供。DC-DC 升压芯片使用 LT3757，输出电压 16V，调节 R9、R10 可以改变输出电压，工作频率 300KHz(频率是由 TL3757RT 引脚内部决定，通过改变 R6 可以改变频率值)。U2C、U2B 控制电流。 1、维护充电 图 4-8 当电池电压较低时，电路预设在 9.5V 以下，充电器工作在小电流维护充电 状态下，工作原理为 U2C 的同相输入电位低于反相输入，U2C 输出低电平，把 36 U2B 参考电压拉低，此时 U2B 的同相输入电位约 117mV，U2B 反相输入电压高 于 117mV 时，U2B 输出低电平，三极管截止，控制充电电流约为 250mA。 117mV = 2422 24 5 . 2 )2422(23)242322(21 )2422(23 RR R V RRRRRRR RRR 250mA=（250mA 为 U2B 同相端电压=反相端电压 R29 1172mVBU同相输入电压 时的一个转折点） 三极管截止，充电过程停止，U2B 反相电压逐渐降低，当降到低于 117mV 时，U2B 输出截止，三极管导通，继续向蓄电池充电。 2、恒流充电 随着维护充电继续，电池电压逐渐升高，当电池电压超过 9.5V 时，充电器 转入大电流充电模式下，U2C 同相输入电位高于反相输入，U2C 输出截止，U2B 的同相输入电位为 329mV，充电器输出约 700mA 电流给电池充电。 329mV= 212224 24 RRR R V5 . 2 700mA 为设定值 3、限压浮充 当电池接近充足电时，自动转入限压浮充状态，此时的充电电流会由 700mA 逐渐下降，用以补充电池因自放电而损失的电量，至电池完全充足电。 上限压浮充电压设定为 14.4V；当电池电压高于 14.4V 时，U2A 反相输入电 压高于 2.5V 参考电压，U2A 输出低电平，三极管截止，电池因自放电，电压下 降。U2A 反相输入电压低于 2.5V，U2A 输出升高，三极管导通，再给电池充电。 4、DC 转换的启动条件 37 图 4-9 LT3757 设在太阳能电池输出 5V 以上才会启动工作，由第 9 脚电源检测输入 控制，高于 1.22V 工作，低于 1.22V 停止工作，调节 R3、R4 可以改变启动电压； 当太阳能电池输出电压比蓄电池电压高约 2V 时，U2D 反相输入电位就会比同相 输入电位高，U2D 输出低电平。LT33757 第 9 脚电源检测输入低于 1.22V，LT757 进入低电源模式停止工作，太阳能电池直接通过 L1、D1、Q1 向 电池充电。 三极管的工作方式：Q1 的发射极为 16V（LT3757 的输出电压设置值） ，经 过 R12、R13、R14 分压，控制 Q3 导通；Q3 导通，R15 把 Q1 对地，这时 Q1 的 基极有电流流出，Q1 导通。Q1、Q2 都导通则对蓄电池充电。 R29 的作用是用以检测蓄电池的电流。 太阳能电池与蓄电池刚好相差 2V 时，LT3757 刚好停止工作，蓄电池电压上 升，C11 检测太阳能输出电压，保持 U2D 的反向输入，太阳能电池输出稍有波 动，不会马上反应到 LT3757。 38 总结 能顺利完成这次毕业设计及论文的写作，我非常的欣慰。在此非常感谢我的 指导老师*老师，他给了我很大的鼓励和帮助，让我对论文的完成充满了信心。 在我查找资料和整理论文的过程中*老师给了我许多建设性的意见。再次表示感 谢！但是因工作原因时间紧、任务重。同时由于自身专业知识资质不足，资料搜 集不够全面，最终综合分析研究不足，相关测试、分析资料不全，难免有错漏之 处和认识上的肤浅。敬请答辩组专家老师的批评和指正！谢谢！ 39 参参 考考 文文 献献 1 周雪编著.模拟电子技术（修订版）. 西安：西安电子科技大学出版社，2005 2 吕芳、江燕兴、刘莉敏等编著.太阳能发电. 北京：化学工业出版社， 2009 3 李安定编著.太阳能光伏发电系统工程. 北京：北京工业出版社，2008 4 王长贵、王斯成等编著.太阳能光伏发电实用技术（第 2 版）. 北京：化学工业出版 社， 2009 5 S.R.WENHAM 等编著.应用光伏学. 上海：上海交通大学出版社，2008 6 陈红雨、熊正林、李中奇编著.先进铅酸蓄电池制造工艺. 北京：化学工业出版社， 2010 7 秦鸣峰编著.蓄电池的使用与维护. 北京：化学工业出版社，2009 8 王水平、于建国、宣宗强、史俊杰编著.DC/DC 变换器集成电路及应用：升压式 DC/DC 变换器. 西安：西安电子科技大学出版社，2006 9 何希才编著.新型集成稳压器应用实例. 北京：机械工业出版社，2006 10 孙余凯、项绮明编著.模拟集成电路基础与应用. 电子出版社，2006 10 郭锁利、刘延飞、李琪等编著.基于 Multisim9 的电子系统设计、仿真与综合应用. 人民邮电出版社，2008 40 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的 指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标 注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成 果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使 用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已 在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文） 的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本； 学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与 阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日