使用超級電容的太陽能燈

1、設(shè)計使用超級電容器儲能的太陽能燈前言太陽能是一種綠色的能源，太陽能燈作為綠色照明的一種新的實現(xiàn)方式，有可能引領(lǐng)未來照明的變革。而超級電容作為一種新型的儲能元件，具有很多有優(yōu)點，如：允許很大充電放電電流、壽命長、內(nèi)阻小等。在學(xué)習(xí)了模擬電路以后，我們設(shè)計了一種可以利用太陽能的照明燈，其主要系統(tǒng)組成有充電穩(wěn)壓電路、升壓電路、控制電路、LED等。該燈可以實現(xiàn)在光線較強時由太陽能電池供電對超級電容充電同時關(guān)閉LED，在光線較弱時由超級電容供電驅(qū)動并點亮LED。該設(shè)備具有一定的實用價值，同時適合實驗。第一章 設(shè)計任務(wù)本設(shè)計主要是利用太陽能電池在光強時對超級電容進行充電，同時控制電路控制關(guān)閉LED燈。在光線

2、較暗時控制電路開啟LED燈。第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成整個系統(tǒng)由六個部分組成：太陽能電池、充電穩(wěn)壓電路、超級電容、升壓電路、控制電路、LED，其工作原理框圖如下：充電穩(wěn)壓電路超級電容升壓電路太陽能電池LED控制電路 首先由充電穩(wěn)壓電路控制太陽能電池給超級電容充電，然后超級電容連接升壓電路進行升壓給后續(xù)電路供電?？刂齐娐吠ㄟ^比較太陽能電池電壓與超級電容電壓，太陽能電池電壓與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓來決定是否開啟LED，以此來實現(xiàn)自動控制。第三章 電路設(shè)計 3.1元器件介紹 3.1.1 升壓芯片 BL8530 BL8530 系列是 PFM 控制的開關(guān)型DC/DC升壓穩(wěn)壓芯片。0.8V 的啟動

3、電壓、高達200mA的負(fù)載驅(qū)動能力（當(dāng) Vin=1.8V，Vout=3.3V時），極低的靜態(tài)功耗（ Iq<5.5uA ）使得BL8530 非常適合于做此實驗的升壓芯片。 3.1.2 集成運放 LM324 此實驗中利用LM324作為集成運放的較大差模電壓增益來作為電壓比較器。 LM324系列器件為帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。 3.1.3 超級電容 超級電容具

4、有體積小、容量大、溫度特性好、壽命超長等特點，廣泛應(yīng)用于電動汽車、大功率短時供能電源、太陽能儲能、智能儀表、電動玩具等領(lǐng)域、由于與普通電容相比，其容量很大，對外表現(xiàn)與電池相近，因此也被稱作“電容電池”。超級電容器單體容量范圍通常0.11000F，循環(huán)使用壽命可達幾十萬次，自放電電流較小。 3.2 單元電路設(shè)計3.2.1 充電及穩(wěn)壓電路 充電及穩(wěn)壓電路用于控制太陽能電池對超級電容充電，同時限制電容兩端的最高電壓以保護電容。此部分有一個肖特基二極管，一個穩(wěn)壓二極管。肖特基二極管用來防止在光線較弱時超級電容通過太陽能電池放電，穩(wěn)壓管用來限制電容量兩端的最高電壓。 3.2.2 升壓電路升壓電路用來給整

5、個后續(xù)電路提供一個穩(wěn)定的3.3V的電壓用于使后續(xù)電路如LED，比較器正常工作。包括一個BL8530芯片，一個電感，一個電解電容，一個肖特基二極管。 3.2.3 控制電路 控制電路用來控制LED在光強是關(guān)閉，光弱時開啟。包括兩個電壓比較器，比較器1，用來驗證電容是否有電，比較器2用來驗證外界光線是強是弱。只有外界光線足夠弱，弱到太陽能電池的電壓低于設(shè)定的基準(zhǔn)電壓同時低于超級電容的電壓時，控制電路才會開啟LED燈，上述兩個條件只要有一個不滿足LED都不會被點亮。3.3 電路總圖第四章 安裝與調(diào)試按照單元電路在面包板上進行測試后，開始在電腦上用PROTEL進行原理圖繪制，然后繪制PCB，接著進行制板

6、。制板結(jié)束后在電路板上插裝元件并且焊接。為了更有效的檢測電路連接的正確性，采取了邊連接邊測試的方法?？偣矞y試了兩個個部分：升壓電路：首先測試的是升壓電路，連接好升壓電路然后用萬用表測試其輸出電壓，得到的電壓值是3.3V，由此可知升壓電路工作正?？刂齐娐罚浩浯螠y量的是控制電路，在保證升壓電路工作正常且超級電容有電的情況下，用紙片之類的物體對太陽能電池板進行遮光，然后測量控制電路的輸出電壓（即Q1的基級電壓）得到的是2V，然后拿掉紙片，再次測試控制電路輸出電壓，得到的電壓是0V。由此證明控制電路工作正常。在測試了以上兩個部分以后，對總的電路進行測試，電路卻沒有正常工作，經(jīng)過多方檢查才發(fā)現(xiàn)是由于連焊

7、的緣故。這是焊接過程中經(jīng)常遇到的問題，不加以糾正將使電路無法工作，而且這個問題很難檢查出來，也只能利用萬用表檢查。在解決了連焊的問題后，整個電路終于正常工作，實現(xiàn)了原先設(shè)計的功能。第五章 結(jié)論 本次實驗總的來說比較成功，但在設(shè)計及操作過程中也有一些問題，現(xiàn)將發(fā)現(xiàn)問題及解決方法總結(jié)如下：1) 在手工紙板的情況下，PCB的線寬不能設(shè)置的太小，否則極易在腐蝕的過程中斷線。實際操作中發(fā)現(xiàn)1MM左右的線寬最為合適。2) 電路板制板時如果線距設(shè)置過小或腐蝕時間不足可能導(dǎo)致電路板不該連接的地方連接在一起。3) 元器件焊接時一些有極性的元件應(yīng)該嚴(yán)格區(qū)分正負(fù)極。第六章 心得體會 在這個實驗中，印象最深的是要設(shè)計

8、一個成功的電路，必須要選擇恰當(dāng)?shù)脑骷瑫r還要有一個好的設(shè)計。元件的選擇是重要的，元器件的原則不當(dāng)可能造成高性能元器件的低能使用，或是元器件無法完成指定的功能，甚至造成電路功能無法實現(xiàn)。設(shè)計思路是最重要的，只要設(shè)計思路是成功的，那設(shè)計已經(jīng)成功了一半。其次還要有耐心，有毅力。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的實現(xiàn)、電路的細(xì)節(jié)設(shè)計以及PCB的制板上。實驗過程中，我們深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路可能無法實現(xiàn)制定功能，那時心中未免有點灰心。此時更加需要靜下心，查找原因。此外，團隊精神和老師的指導(dǎo)對我們本次實驗的完成也是相當(dāng)重要，在此對各位合作伙伴和指導(dǎo)老師表示感謝?？傮w來說，這次實驗受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了設(shè)計思維，增加了實際操作能力，熟悉了PCB制版的過程。在體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更體會到成功的喜悅和快樂。附錄：元器件清單太陽能電池 1塊肖特基