光伏发电系统-毕业设计

1、. . 1. 引言 日常生活和社会生产都离不开能源。人们通过直接或间接利用某些自然资 源得到能，因而，把具有某种形式能量资源以及由它加工或转换得到的产品统 称为能源。前者叫自然能源或一次能源，如矿物燃料、植物燃料、太阳能、水 能、风能、海洋能、地热能和潮汐能等，后者通常又把可再生的自然资源称为 新能源，其范围包括太阳能、生物质能、风能、地热能和海洋能等。矿物燃料 （煤、石油、天然气等）又称为常规能源。 值得注意，几乎所有的自然资源，从广义的角度看都来自太阳能。由大气、 陆地、海洋、生物等所接受的太阳能都是各种自然资源的源泉。矿物燃料是古 生物长期沉积在地下形成的，它的形成源自远古的太阳能。9水

2、的蒸发和凝结， 风、雨、冰、雪等自然现象的动力也是靠太阳，因而水能、风能归根到底都来 自太阳能。生物质能是通过光合、光化作用转化太阳辐射能取得的。由于太阳 和月球对地球上海水的吸水作用产生潮汐能。 世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球截取的太阳能辐射能通量为 1.71014kW,比核能、地热和引力能储量总和还要大 5000 多倍。其中约 30%被 反射回宇宙空间；47%转变为热，以长波辐射形式再次返回空间；约 23%是水蒸 发、凝结的动力，风和波浪的动能，植物通过光合作用吸收的能量不到 0.5%。 地球每年接受的太阳能总量为 11018kWh。这相当于 51014桶原油，是探明 原油储量的近千

3、倍，是世界年耗总能量的一万余倍。 太阳的能量是如此巨大，正如通常所说的“取之不尽、用之不竭” ，但是太 阳辐射能的通量密度较低，大气层外为 1353W/m2.太阳光通过大气层时会进一步 衰减，还会受到天气、昼夜以及空气污染等因素的影响，因而，太阳能对地球 又呈现间歇性质，时高时低，时有时无。太阳能须加有储热装置，这些都使太 阳能利用系统的初期投资变得昂贵。综上所述，太阳能利用具有以下明显的特 点： （1） 总能量很大，但太阳能通量密度较低； （2） 是可再生的能源，但又具有间歇性； （3） 无污染的清洁能源； （4） 太阳能本身是免费的，有效利用它的初期投资较高； . . （5） 太阳能热利用

4、较容易实现热能能级的合理匹配，从而做到热尽使用。 随着环境污染、生态破坏及资源枯竭的日趋严重，近年来世界各国竞相实 施了可持续发展的能源政策，其中利用太阳提供能量的光伏发电最受瞩目。光 伏发电因其具有安全可靠、无污染、无需消耗燃料、无需机械转动部件、故障 率低、维护方便等独特优点，正受到各国的普遍重视。5迫于全球性日益严重 的资源短缺和环境污染，使得光伏产业的发展不仅仅是一个经济问题，更是一 个环境保护和能源替代的问题。目前光伏电池主要应用在并网和未连网的大规 模发电领域，因此太阳能作为一种没有任何污染的、易取的绿色能源，若能应 用到消费类产品中，对于改善地球的整体的能源状况和环境有着非常重要

5、的意 义。 便携式电子设备进入彩屏时代以后，随着高分辨率屏幕、MP3MP4影音 播放等配置功能的普及，电池待机性能再次成为制约便携式电子设备发展的瓶 颈。太阳能移动电源是专门给便携式电子设备充电的，与一般移动电源不同。 目前，太阳能移动电源一般都内置了大容量的蓄电池，在有阳光的时候，太阳 能电池板吸收光能转化电能储存在蓄电池内，同时可以给手机或者数码产品充 电，因此不需要任何普通电源给其供电。在没有阳光时，蓄电池还可以继续给 数码产品充电。 . . 2. 太阳移动电源方案设计 2.1 整体方案设计 太阳能移动电源系统，一种可利用太阳能为蓄电池进行充电的设备，是外 出旅行的重要电源之一，那么要求

6、该移动电源为便携式的。太阳能移动电源应 包括太阳能电池板、控制电路和内部蓄电池等。现在将移动电源设计为如图2.1 所示的形状。 图2.1 移动电源模型 2.2 控制电路方案设计 太阳能移动电源系统控制电路的设计思想，从负载锂离子二次电池的恒流/ 恒压充电控制出发，同时配有锂离子蓄电池。当在户外无 220V 交流电时采用 太阳能对负载锂离子直接充电同时对锂离子蓄电池充电；当阴雨天天气或夜晚 内部锂电池 控制电路 太阳能电池板 适配器接口 LED 灯 USB 接口 电源开关 . . 外接市电充 电电路 太阳能板 充电电路 保护电路 内部蓄电池 负载充电 电路 等阳光不足时，采用配置的锂离子蓄电池对

7、负载锂离子电池充电，以保证任何 情况下不间断。即系统的设计以太阳能充电为主，在有足够的阳光且蓄电池又 有足够供电能力的情况下，系统能够以太阳能充电为主给负载充电，在无阳光 或阳光弱时，以蓄电池充电为主给负载充电，太阳能为便携式电子设备补电。 为了与负载锂离子二次电池充电电路相匹配，系统的蓄电池也采用锂离子 蓄电池。锂离子二次电池的容量是一般负载电池的 2-3 倍，这里选择 3.7V、容 量为 5000mA 的锂电池。2由于锂离子二次电池本身不允许过放电，因此系统中 设计了保护电路以避免蓄电池深度过放电造成自身永久性伤害。蓄电池的充放 电转换可通过开关按键切换，这可遵从系统的充放电指示来实行。在

8、系统无放 电指示时，只要按下按键，系统立即切断放电电路启动充电电路，蓄电池充电； 若负载同时也需要充电时，只要接上负载并切换开关，就能切换充电电路给负 载充电。系统又配备了外接稳压电源输入端口，在无阳光而蓄电池又无足够容 量时，外接交流电源能向负载充电，同时为了以防万一，在外出前可利用外接 电源通过该端口给蓄电池充电，这样就保证阴雨天外出携式电子设备也能正常 工作。 太阳能移动电源系统的控制电路结构如图 2.2 所示： 图2.2 太阳能移动电源控制电路结构图 其中，外接市电充电电路可通过适配器和 CN3068 芯片对内部蓄电池进行恒 流和恒压充电；太阳能充电电路主要通过太阳能电池板和 MC34

9、063 对电池充电， 由于太阳能板的电压随光强的变化较大，因此采用 MC34063 芯片，这样可以选 . . 用较大电压的太阳能板，通过 MC34063 降压的同时也起到了稳压的作用；手机 充电电路也使用 MC34063，既能升压又能稳压，而且还能防过充；保护电路则 使用 UCC3952，对内部蓄电池起到了过电压、过电流、过放电、短路保护等。 3.容量计算及设备选型 3.1 锂电池的容量计算及选型 近年来，PDA、数字相机、手机、便携式音频设备和蓝牙设备等越来越 多的产品采用锂电池作为主要电源。 锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电 池和自放电率低等优点。 为了与锂离

10、子二次电池充电电路相匹配，系统的蓄电池也采用锂离子蓄 电池。锂离子二次电池的容量是一般负载电池的 2-3 倍，这里选择 4.2V、容量 为 5000mA 的锂电池。 3.2 太阳能电池板功率计算及选材 锂电池可以接受的最大充电电流通常是 1C 甚至更小，像 ThinkPad 笔记 本电池最大充电率为 0.9C。 所谓 1C 充电率指以容量的 1 倍率电流来充电，充电时间为 1 小时。 实际上，要想电池寿命长，基本上是以 0.30.5C 充电 42H。 充电电流： 5000mAh0.5C2.5A 太阳能电池板功率： 2.5A3.7V7013w 所以选用 15w 左右的单晶硅太阳能板， 采用的单晶

11、硅太阳能电池片转换效率高 采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。 功率公差范围 (保证输出功率在 -3+3%的正负公差范围内 4. 控制电路的设计 . . 太阳能移动电源系统的电路应包括太阳能充电电路、市电充电电路、锂电 池保护电路和放电电路等几个部分，每个部分完成其特定的功能，缺一不可。 下面就对每个部分电路设计依次介绍。 4.1 太阳能充电电路 由于光照强度的变化，太阳能电池板的电压是不断变化的，其内阻又比较 高，因此其输出电流也小，这就需要一个直流变换电路变压后为电池充电。为 了使太阳能移动电源能在较长的时间范围内工作，则应选择电压较大的太阳能 电池板（工作范围 5-7V） 。然

12、而，内部锂电池的充电限制电压为 4.2V。因此， 为了能够安全的为内部锂电池充电，选用 MC34063 作为太阳能充电电路，通过 MC34063 降压的同时也起到了稳压的作用。 充电电路如图 4.1 所示。 图4.1 太阳能充电电路 该电路的输入电压在 5-7V 之间，要求输出电压为 4.2V，输出电流为 500mA。 那么 MC34063 应该设定为降压模式，如图 3.1。 黄色发光二极管 LED3 用来显示太阳能板是否有电压，并能根据其明暗程度 来判断太阳能板的电压大小，要求发光二极管的电流不超过 30mA,那么限流电 阻 R3 的大小为：R3=（57）V/30mA，取 R3=300 欧。

13、 . . 4.1.1 设定充电电压 图4.2 MC34063功能框图 根据图 4.2 所示 MC34063 的功能框图可知，引脚 FB 为比较器的反向输入端， 当电池电压与参考电压相等时，开关三极管关断，此时终止对电池充电。因此， 要使输出电压 VOUT 为 4.2V，同时要求 FB 脚的电压 V5 为 1.25V，那么： V5=VOUTR5/R6=1.25 解得 R5/R6=0.4 取 R5=1.2K,R6=3K 4.1.2 设定充电电流 MC34063 的输出电流大小由与 SC 引脚相连的电阻 R4 来决定。现要求输出 电流 IOUT 为 500mA,而 IOUT=2 Ic , R40.3

14、3Ic ,则 R4=0.3。 4.1.2 设定其它参数 . . TC 引脚外接电容 C3 为 470PF，电感 L1 为 200uH，那么其工作频率为 72KHz；C4 取 220UF，那么该电路的输出电压波纹系数为 8mV；快速开关二极管 D3 可选用普通二极管 IN4001，也可选用肖特基二极管 IN5821，此处为了提高 效率，通常选用肖特基二极管 IN5821。另外，二极管 D2 选择 IN4001 即可，能 防止反向电压，而电容 C2 能够对输入有滤波的作用。 值得注意的是，在实践中，由于电容器等效串联电阻和电路板布局的影响， 理想的峰峰值输出纹波电压的计算值需要增加。那个纹波电压应

15、保持在较小值， 因为它将直接规律性的影响线路和负载。该充电电路的适用工作温度范围 0- 70，不能在超过该温度的环境中使用。 4.2 市电充电电路 在中国，市电为 220V 交流电，然而，要对蓄电池进行充电就必须采用直流， 因此，需要设计一个整流电路和一个充电电路。在该充电器中，整流电路可作 为适配器电路，充电电路可用锂电池充电集成电路 CN3068 来实现。 4.2.1 适配器电路 适配器电路如图4.3所示。 . . 图4.3 适配器电路图 220V交流输入，一端经过一个4007半波整流，另一端经过一个10欧的电阻 后，由10uF电容滤波。这个10欧的电阻用来做保护的，如果后面出现故障等导

16、致过流，那么这个电阻将被烧断，从而避免引起更大的故障。右边的 4007、4700pF电容、82K电阻，构成一个高压吸收电路，当开关管13003关断 时，负责吸收线圈上的感应电压，从而防止高压加到开关管13003上而导致击穿。 13003为开关管(完整的名应该是MJE13003)，耐压400V，集电极最大电流1.5A， 最大集电极功耗为14W，用来控制原边绕组与电源之间的通、断。当原边绕组不 停的通断时，就会在开关变压器中形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感 应电压。由于图中没有标明绕组的同名端，所以不能看出是正激式还是反激式。 不过，从这个电路的结构来看，可以推测出来，这个电源应该是反激式的

17、。左 端的510K为启动电阻，给开关管提供启动用的基极电流。13003下方的10电 阻为电流取样电阻，电流经取样后变成电压(其值为10*I)，这电压经二极管 4148后，加至三极管C945的基极上。当取样电压大约大于1.4V，即开关管电流 . . 大于0.14A时，三极管C945导通，从而将开关管13003的基极电压拉低，从而集 电极电流减小，这样就限制了开关的电流，防止电流过大而烧毁(其实这是一个 恒流结构，将开关管的最大电流限制在140mA左右)。变压器左下方的绕组(取样 绕组)的感应电压经整流二极管4148整流，22uF电容滤波后形成取样电压。为了 分析方便，我们取三极管C945发射极一

18、端为地。那么这取样电压就是负的(-4V 左右)，并且输出电压越高时，采样电压越负。取样电压经过6.2V稳压二极管后， 加至开关管13003的基极。前面说了，当输出电压越高时，那么取样电压就越负， 当负到一定程度后，6.2V稳压二极管被击穿，从而将开关13003的基极电位拉低， 这将导致开关管断开或者推迟开关的导通，从而控制了能量输入到变压器中， 也就控制了输出电压的升高，实现了稳压输出的功能。而下方的1K电阻跟串 联的2700pF电容，则是正反馈支路，从取样绕组中取出感应电压，加到开关管 的基极上，以维持振荡。右边的次级绕组就没有太多好说的了，经二极管RF93 整流，220uF电容滤波后输出6

19、V的电压。没找到二极管RF93的资料，估计是一个 快速回复管，例如肖特基二极管等，因为开关电源的工作频率较高，所以需要 工作频率的二极管。这里可以用常见的1N5816、1N5817等肖特基二极管代替。 同样因为频率高的原因，变压器也必须使用高频开关变压器，铁心一般为高频 铁氧体磁芯，具有高的电阻率，以减小涡流。 4.2.2充电电路 充电电路如图4.4所示。 . . 图4.4 充电电路 图4.5 CN3068功能框图 一、设定充电电压 根据图4.5所示CN3068的功能框图可知，引脚FB为电池电压检测输入端。此 . . 引脚可以检测电池正极的电压，从而精确调制恒压充电时电池正极的电压，避 免了从

20、电池的正极到CN3068的BAT管脚之间的导线电阻或接触电阻等寄生电阻对 充电的影响。如果在FB管脚和BAT管脚之间接一个电阻，可以调整恒压充电电压。 如图4.6所示。 图4.6 调整恒压充电电压 如果采用图4.6中的连接方式，那么在电池的正极电压Vbat为： Vbat 4.23.0410-6Rx 其中，Vbat的单位是伏特 Rx的单位是欧姆 由于该电路的输入电压为6V，要求输出电压为4.2V，那么将FB脚和BAT脚直 接相连（即Rx=0）时，输出电压为4.2V。 二、设定充电电流 CN3068利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电，充电电流 由外部电阻编程设定，从IR引脚连接一个外

21、部电阻到地端可以对充电电流进行 编程。在预充电阶段，此管脚的电压被调制在0.2V；在恒流充电阶段，此管脚 的电压被调制在2V。 在恒流模式，计算充电电流的公式为： ICH = 1800V / RIR 其中，ICH 表示充电电流，单位为安培 RIR 表示ISET管脚到地的电阻，单位为欧姆 现在需要500毫安的充电电流，可按下面的公式计算： . . RIR = 1800V/0.5A = 3.6k 为了保证良好的稳定性和温度特性，使用精度为1%的金属膜电阻。 通过测量IR管脚的电压可以检测充电电流。充电电流可以用下面的公式计 算： ICH = (VIR / RIR) 900 三、充电状态指示 为了避

22、免过长时间对电池充电，那么就需要显示充电状态，方便用户在充 电结束后切断电源。CN3068有两个漏极开路状态指示端，STAT1和STAT2，这两 个状态指示端可以驱动发光二极管。STAT2用来指示充电状态，在充电时， STAT2为低电平；STAT1用来指示充电结束状态，当充电结束时，STAT1为低电平。 当电池的温度处于正常温度范围之外超过0.15秒时，STAT1和STAT2管脚都输出 高阻态。 当电池没有接到移动电源时，移动电源很快将输出电容充电到恒压充电电 压值，由于电池电压检测输入端FB管脚的漏电流，FB管脚和BAT管脚的电压将慢 慢下降到再充电阈值，这样在FB管脚和BAT管脚形成一个纹

23、波电压为100mv的波 形，同时STAT2输出脉冲信号表示没有安装电池。当电池连接端BAT管脚的外接 电容C2为4.7uF时，脉冲的周期大约为10Hz。 表4.1列出了两个状态指示端及其对应的移动电源状态，STAT2管脚接红色 LED，STAT1管脚接绿色LED。 表4.1 充电状态指示 STAT2管脚电平（对应的LED 状态） STAT1管脚电平（对应的LED 状态） 状态说明 低电平（红色LED常亮）高电平（绿色LED灭）正在充电 高电平（红色LED灭）低电平（绿色LED常亮）充电结束状态 脉冲信号（红色LED闪烁）脉冲信号（绿色LED亮）电池没有接好 高电平（红色LED灭）高电平（绿色L

24、ED灭）三种可能异常状态： 输入电压低于电源低电 压锁存阈值， 输入电压低于电池连接 端BAT电压， 电池温度异常 当不用某个状态指示功能时，将不用的状态指示输出端接到地。 四、充电电路的稳定性 . . 为了保证充电器正常工作，需要从电池端BAT到GND之间连接一个电容，电 容值为4.7uF。 在恒流模式，IR管脚连接的电阻，电容也会影响系统的稳定性。通常情况 下，在IR管脚没有外加电容时，在此管脚可以外接一个阻值高达50K的电阻。如 果在IR管脚有外接的电容，则在此管脚允许外接的电阻值会减小。为了使充电 器能正常工作，IR管脚外接电阻，电容所形成的极点应高于200KHz。假设IR管 脚外接电

25、容C，用下面的公式可以计算ISET管脚允许外接的最大电阻值： RIR 1(6.282105C) 为了在IR管脚监测充电电流，或者隔离IR管脚的电容负载，可以用一个RC 滤波电路，如图4.7所示，这样系统的稳定性不受影响。 图4.7 隔离ISET管脚的电容负载 五、其它参数的设定 TEMP引脚是电池温度检测输入端。将TEMP脚接到电池的NTC传感器的输出端。 如果TEMP管脚的电压小于输入电压的47%或者大于输入电压的84%超过0.15秒， 意味着电池温度过低或过高，则充电将被暂停。如果TEMP在输入电压的47%和84%之 间超过0.15秒，则电池故障状态将被清除，充电将继续。在本充电电路中，将

26、 TEMP引脚接地，电池温度监测功能被禁止。 电源输入端需要一个旁路电容，一般情况下，4.7uF的电容可以满足要求， 对电容的类型没有限制，因此C1=4.7uF。 . . 4.3 锂电池保护电路 锂离子电池保护电路包括过度充电保护、过电流/短路保护和过放电保护， 要求过充电保护高精度、保护 IC 功耗低、高耐压以及零伏可充电等特性。 近年来，PDA、数字相机、手机、便携式音频设备和蓝牙设备等越来越多的 产品采用锂电池作为主要电源。锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、 循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点，与镍镉、镍氢电池不太一样， 锂电池必须考虑充电、放电时的安全性，以防止特性劣化。

27、针对锂电池的过充、 过度放电、过电流及短路保护很重要，所以通常都要求设计保护线路用以保护 锂电池。 由于锂离子电池能量密度高，因此难以确保电池的安全性。在过度充电状 态下，电池温度上升后能量将过剩，于是电解液分解而产生气体，因内压上升 而发生自燃或破裂的危险；反之，在过度放电状态下，电解液因分解导致电池 特性及耐久性劣化，从而降低可充电次数。锂离子电池的保护电路就是要确保 这样的过度充电及放电状态时的安全性，并防止特性劣化。 本设计选用 UCC3952 作为锂离子电池保护电路， UCC3952 锂离子电池保护 电路能加强单个充电电池组的使用寿命。该保护电路由内部充电和放电电压限 制、带有延时关

28、闭的放电电流限制、当电池放电时的超低电流睡眠模式等组成。 其他特征还包括片上一个为减少外部元件数量的 MOSFET 管和为减少功率损耗的 电荷泵，同时还有低电压充电和放电的电池组。此保护电路只需要一个外部电 容，并能在短路状态操作和安全关机。 锂电池保护电路如图 3.8 所示。 图3.8 锂电池保护电路 . . 锂电池保护电路的外围电路非常简单，只需要在 CBPS 引脚和 BNEG 之间接 一个 0.1F 外部电容。而 BNEG 脚连接电池负极，PACK+脚连接电池正极。TCLK 脚是生产测试模式引脚，该引脚是在集成电路生产测试过程中用来提供一个高 频时钟，在使用时该引脚可不连接或接 BNEG

29、。 保护电路的功能如下： 1过流的监测和保护 通过内部检测电阻可以对放电电流不断地进行监测。如果内部出现高电流 （超过 3A ）并且存在超过 1ms，那么就认为是过流。这个延迟使得系统不会因 旁路电容的影响而产生过流跳闸。在 CBPS 引脚上接一个 0.1uF 的电容来产生一 个记忆时间，以保证芯片在一个极短时间内电池电压低于最低工作电压时能正 常工作。 一旦达到过电流条件，内部的 MOSFET 管将关闭，使其恢复正常运行的唯一 方法是让负载离开系统的正极 PACK+。过流状态将在其内部电路将负极 PACK 和 BENG 引脚间的电压降到 50Mv 以下时结束，从而恢复到正常工作状态。 2充电

30、/放电模式的控制 当芯片检测到处于过电压的情况下，它可以防止任何形式的充电，但允许 放电。这是通过激活线性控制回路，在其漏极到源终端的差动电压的基础上控 制 MOSFET 管的栅极来实现。线性回路调节 MOSFET 与 100mV 的差分电压。当该 部分适用于轻负载时，回路调节 MOSFET 的阻抗以保持 100mV。当负载增加时， 降低 MOSFET 的阻抗来保持 100mV。在重载（仍低于“过电流”限制级别）时， 回路将不会保持控制，并且将 MOSFET 的栅极驱动到电池电压（不是充电输出电 压） 。在过压状态该 MOSFET 管的 RDS （ on ）将高于在正常工作时的 RDS （ o

31、n ） 。在此工作模式中，内部 MOSFET 的压降（和相关的功率损耗）仍然大大低于 两个外部背靠背的 MOSFET，因为其中有体二极管在运行。当芯片检测到处于欠 压的情况时，将从电池组上断开负载， 并且关闭本身，以最大限度地减少电池 组的漏电流。几个电路仍然供电，把电池组放在充电器中来检测。一旦发现存 在移动电源，线性回路将被激活，芯片将允许充电电流进入电池。这种线性控 制的工作模式，实际上是直到电池电压达到一定程度的 VUVR ，到那时就会恢复 正常工作。 . . 4.4 放电电路 经测试，大多数便携设备充电器的输出电压在 5V-6V 之间，输出电流为 500mA。因此，要求对外充电电路的

32、输出为 5.5V/500mA 。无论使用太阳能板 （4.2V）直接对负载充电，还是通过内部蓄电池（3.7V）对负载充电，其电压 都低于手机要求的 5.5V，那么就需要经过电压变换后对负载充电，选择 MC34063 作为控制电路，进行升压变换后对负载充电。 MC34063 在前面的太阳能充电电路中已经介绍过了，此处不做重复说明。 在本电路中，使用 MC34063 的升压工作模式。 图 4.9 所示为负载充电电路。 图4.9 负载充电电路 该电路的输入电压为 3.5V-4.2V，要求输出电压为 5.5V，输出电流为 500mA。 MC34063 设定为升压模式，如图 3.9。 根据前面对 MC34

33、063 的介绍，要使输出电压为 5.5V，则有 VOUT =1.25 (1 + R12/R11)，现在取 R11=1K，那么 R12=3.6K；要求输出电流为 500mA,即 IOUT=2 Ic , R90.33Ic ,则 R9=0.3 欧。TC 引脚外接电容 C6 为 470PF，电 感 L2 为 200UH，那么其工作频率为 72KHz；C7 取 220UF，那么该电路的输出电 压波纹系数为 8mV。另外，D4 能防止反向输入电压，电容 C5 具有滤波的作用。 . . 5. PCB 板的设计 在完成了控制电路的设计之后，需要绘制整个充电器的原理图，并做出其 对应的 PCB 板。一般而言，P

34、CB 板的制作过程可分为三大步骤：原理图的设计、 产生网络表和 PCB 板的设计。在绘制原理图和制作 PCB 时，都采用 protel99se 作为设计软件。 5.1 原理图的设计 在制作 PCB 板之前，首先应绘制控制电路的原理图。 运行 protel99se，新建一个设计库，然后新建原理图文件，由于控制电路 中的 CN3068、MC34063、UCC3952 以及 USB 接口、适配器接口等都不能在元件库 中找到，因此，就需要自己制作这些元件库及其封装库。 在制作好元件库之后，就可以开始绘制原理图了。先将需要的元件从元件 库中找到，然后放置在原理图中，就可以绘制导线了。图 4.1 所示为查

35、找元件 对话框。 图5.1 查找元件对话框 值得注意的是，为了方便 PCB 板的设计，在绘制原理图时，需要标明元件 . . 的封装形式，图 5.2 所示为 CN3068 设定的封装形式。 图5.2 设定元件的封装形式 在绘制原理图的过程中，要充分利用 protel99se 所提供的原理图绘图工具 和各种编辑功能，这样就可得到正确、精美的电路原理图。 （见附图一） . . 图5.3 控制电路原理图 5.2 产生网络表 在绘制完成原理图后，还要产生网络表。网络表是原理图设计和 PCB 板设 计之间的一座桥梁，它是电路板自动的灵魂，可以从原理图中得到。 在绘制好的原理图中单击 Design 中的 C

36、reate Netlist，在选项中选择如 图 4.4 所示的选项，然后单击 OK 就能产生网络表。 图4.4 生成网络表 . . 5.3 PCB板的设计 在进行 PCB 板设计时，首先应该导入网络表。单击 Design 中的 Netlist, 然后选择前面产生的网络表，如图 4.5 所示。 图4.5 导入网络表 在 PCB 图中装入的原理图中的所有元件之后，就可以开始 PCB 板的设计 了。 . . 6.结论 本文研究和设计了一种太阳能移动电源，一种将利用太阳能为蓄电池进行 充电的设备，在原有移动电源基础上增加了太阳能充电功能，完善了锂电池保 护功能，在各种天气下都能长时间使用，是外出旅行的

37、重要电源之一。它具有 使用方便、安全可靠、无污染等诸多优点，同时还能应用于数码相机、MP4 播 放器、电子词典等的充电。 本设计的现实意义： 1、太阳能移动电源在阳光下无需交流电源，直接将太阳光能转化为直流电 能。随时随地可对手机等小型电器充电，是喜爱出游人士、常出差人士、户外 运动人士、业务工作者的必备伴侣。 2、太阳能移动电源是高效太阳能电池，内置储能锂电池，可以闲时充好电 急时使用。适用于多种型号手机及其它电器，彻底消除了缺电、停电、户外活 动偶尔用完电池时候的烦恼。 3、太阳能移动电源充电快，无电时阳光照射即可以对手机等充电，并可在 对电池充电的同时对手机进行充电。 4、可以使用市电（

38、220V 交流）给电池充电或直接给用电器充电。 但是，太阳能移动电源也存在一些不足： 1、太阳能电池板价格较贵，一般为 30 元/W。而且电池板输出电压还很低， 需要进行升压变换后才能对负载充电。 2、太阳能移动电源对环境的要求高。太阳能电池板受阳光直射时与没有阳 光照射到时的输出的电压差别很大，在无阳光时几乎无法使用。 3、充电时，不能将负载与太阳能充电器放在相同的环境中(多数电器产品 是不适宜阳光直晒的，容易造成内部零件老化)。 4、太阳能电池板的效率不高，一般为 10%15%，即使控制电路的效率非常 高，整个移动电源的效率还是很低。 . . 7.参考文献 1秦昌胜， qcs 毕业论文 ，

39、百度文库，2002 2曹振萍， 曹振萍的论文 ，百度文库，2003 3欧美已采用 microUSB 作为手机充电器标准 ，百度文库，2003 4太阳能充电器使用说明书 ，百度文库，2003 5太阳能充电电路资料 ，百度文库，2003 6太阳能充电器（价格） ，百度文库，2003 7如韵电子， 太阳能充电器使用说明 ，百度文库，2003 8王菊花， 王菊花毕业设计 1 ，百度文库，2003 9电子技术论坛， 开关电源原理及应用 ，百度文库，2003 10安森美公司， TL431 中文数据手册 ，百度文库，2003 11南京拓徽集成电路有限公司， TP8350 数据手册 ，百度文库，2003 12

40、AUK 半导体公司， S9013 三极管数据手册 ，百度文库，2003 13日富科技， 太阳能充电器报价 ，百度文库，2005 . . 致 谢 历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了 无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论 文指导老师王晓晶老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助 进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也 给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最 中心的感谢！ 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如 果没有各位学者的研究成果的帮助和

41、启发，我将很难完成本篇论文的写作。 感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文 的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。 由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友 批评和指正！ . . . . 目 录 1. 引言.1 2. 太阳移动电源方案设计.3 2.1 整体方案设计.3 2.2 控制电路方案设计.3 3.容量计算及设备选型.5 3.1 锂电池的容量计算及选型.5 4.1 太阳能充电电路.6 4.1.1 设定充电电压.7 4.1.2 设定充电电流.7 4.1.2 设定其它参数.7 4.2 市电充电电路.8 4.2.1 适配器电路.8 4.3 锂电池保

42、护电路.14 4.4 放电电路.16 5. PCB 板的设计.17 5.1 原理图的设计.17 5.2 产生网络表.19 5.3 PCB 板的设计.20 . . 6.结论.21 7.参考文献.22 致 谢.23 . . 摘要 太阳能移动电源系统，是一种可利用太阳能为蓄电池进行充电的设备，其原理 是太阳能充电器，是外出旅行的重要电源之一。它具有使用方便、安全可靠、 无污染、成本低等诸多优点，同时还能应用于数码相机、MP4 播放器、电子词 典等的充电。太阳能移动电源包括太阳能电池板、控制电路和内部蓄电池，为 了使太阳能移动电源在任何天气下都能使用，控制电路包括：当在户外无 220V 交流电时采用太阳能对负载锂离子电池直接充电同时对内部蓄电池充电；当阴 雨天或夜晚等阳光不足时采用配置的内部蓄电池对负载锂离子电池充电，从而 保证任何情况下不间断。同时，为了使系统更加完善，还加入了市电充电电路， 能够使用 220V 交流电对内部蓄电池充电。所以太阳能移动电源的控制电路包括 四个部分：太阳能充电电路，市电充电电路，锂电池保护电路以及放电电路。 此外，还要绘制控制电路原理图以及 PCB 设计。 关键词：关键词：太阳能，充电电路，保护电路，原理图，PCB . . Abstract Solar mobile power supply system, which