便携式太阳能手机充电器

1、便携式太阳能手机充电器姓名： 班级： 学号：便携式太阳能手机充电器课题研究的背景及意义 能源是人类经济及文化活动的基础。在20世纪人类所利用的主要是一次能源如石油、天然气和煤炭等。这些化石能源是由数万年甚至更长时间以来太阳能辐射到地球上的一部分能源储存到古生物中，经过人类数千年，尤其是近百年的消耗，这些化石能源已被消耗了相当比例。随着经济的发展、人口的增加和社会生活水平的提高，未来世界能源消耗量将持续增长，世界上的化石能源消耗总量总有一天将达到极限。 此外，大量使用化石燃料已经为人类生存环境带来了严重的后果。由于大量使用化石能源，全世界每天产生约1亿吨温室效应气体，造成极为严重的大气污染。如不

2、加控制，温室效应将可能使两极的冰山融化，导致海平面上升，四分之一的人类生活空间将由此受到极大威胁。当前人类文明的高度发展与地球生存环境的快速恶化己经形成一对十分突出的矛盾。它向全世界能源工作者提出了严峻的命题和挑战。因此，开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展是人类必须采取的措施。从各种能源现实情况等诸多因素考虑，太阳能无疑是符合可持续发展战略的理想的绿色能源。全球能源专家们认定，太阳能将成为2l世纪最重要的能源之一。利用太阳能光伏发电的特点可概括为：（1) 储量的“无限性”：太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。（2) 存在的普遍性：虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太

3、阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。 (3)利用的清洁性：太阳能像风能、潮汐能等清洁能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，是人类理想的替代能源。 (4)利用的经济性：可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，可以随地取用；二是在目前的技术发展水平下，有些太阳利用已具经济性。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。(5)机动灵活性：发电系统可按需要以模块方式集成，可大可小、扩容方便； 便携式太阳能充电器工作原理 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

4、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，直流变换电路见图1，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1正2负，次级线圈Ns为5正6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5负6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。电路工作原理简述如下： 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

5、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Ic在Np中线性增长，反馈线圈Nb产生3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3负4正的感应电压，使VT1基极

6、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5负6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3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。 R5、R6、VD2、VT2等组成限压电路，以保护电池不被过充电，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

7、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Ic，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。元器件选择和安装调试 VT1要求Icm0.5A，hEF为50-100，可用2SC2500、2SC1008等，VD1为稳压值为3V的稳压二极管。 高频变压器T1要自制，用E16的铁氧体磁芯，Np用0.21漆包线绕26匝，Nb用0.21漆包线绕8匝，Ns用0.41漆包线绕15匝。绕制时要注意各线圈的起始端不要搞错，以免电路不起振或输出电压不正常。组装时在两块磁芯间垫一层厚度约为0.03mm的塑料薄膜

8、作磁芯气隙。 太阳能电池板使用4块面积为6cm6cm的硅太阳能电池板，其空载输出电压为4V，当工作电流为40mA时输出电压为3V。由于直流变换器的工作效率随着输入电压的的增高而增高，因此4块太阳能电池板串联后使用，这时电路的输入电压为12V。读者可根据你能购到的太阳能电池板规格决定使用的数量和联接方法。 其它元件的参数见图1。 印刷电路板见图2，尺寸为4526mm2。 安装完成后，接上太阳能电池板，并将其放在阳光下，空载时电路输出电压约为4.2V，当空载输出电压高于4.2V时可适当减小R5的阻值,反之增加R5的阻值。电路工作电流跟太阳光的强弱有关，正常时约为40mA，这时充电电流约为85mA。

9、总结与展望 关于此设计的一些缺点：根据锂电池的充电特性为三个阶段，分别为预充电，恒流充电，恒压充电，故充电器的设计应该满足可以实现此三个阶段，而本设计中因选取的太阳能电池板和手机电池相匹配故而直接采用的了恒流充电，虽然可以实现对电池的充电，但是不能对电池进行完全充电，因此，不能完全代替手机原装充电器使用。下一步可以设计保护电路，实现对锂电池的三段充电，从而对电池进行更好的充电。 关于太阳能使用的前景：随着我国国民经济的飞速发展和人民生活水平的提高，能源消费也越来越大，节能减排、改善能源结构已上升为当前的重要课题。我国有丰富的太阳能资源，为从战略上彻底改善能源结构和能源的可持续发展提供了有利条件。自1973年世界性的石油危机爆发以来，能源危机给人们敲响了警钟。1996年，联合国在津巴布韦召开了“世界太阳能高峰会议”，会后发表了哈拉雷太阳能与持续发展