光伏發(fā)電系統(tǒng)-畢業(yè)設(shè)計

1、武漢紡織大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計論文PAGE PAGE 251. 引言日常生活和社會生產(chǎn)都離不開能源。人們通過直接或間接利用某些自然資源得到能，因而，把具有某種形式能量資源以及由它加工或轉(zhuǎn)換得到的產(chǎn)品統(tǒng)稱為能源。前者叫自然能源或一次能源，如礦物燃料、植物燃料、太陽能、水能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮芎统毕艿?，后者通常又把可再生的自然資源稱為新能源，其范圍包括太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿?。礦物燃料（煤、石油、天然氣等）又稱為常規(guī)能源。值得注意，幾乎所有的自然資源，從廣義的角度看都來自太陽能。由大氣、陸地、海洋、生物等所接受的太陽能都是各種自然資源的源泉。礦物燃料是古生物長期沉積在地下形成的

2、，它的形成源自遠(yuǎn)古的太陽能。9水的蒸發(fā)和凝結(jié)，風(fēng)、雨、冰、雪等自然現(xiàn)象的動力也是靠太陽，因而水能、風(fēng)能歸根到底都來自太陽能。生物質(zhì)能是通過光合、光化作用轉(zhuǎn)化太陽輻射能取得的。由于太陽和月球?qū)Φ厍蛏虾Ｋ奈饔卯a(chǎn)生潮汐能。世界上最豐富的永久能源是太陽能。地球截取的太陽能輻射能通量為1.71014kW,比核能、地?zé)岷鸵δ軆α靠偤瓦€要大5000多倍。其中約30%被反射回宇宙空間；47%轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，以長波輻射形式再次返回空間；約23%是水蒸發(fā)、凝結(jié)的動力，風(fēng)和波浪的動能，植物通過光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接受的太陽能總量為11018kWh。這相當(dāng)于51014桶原油，是探明原油儲量的近千

3、倍，是世界年耗總能量的一萬余倍。太陽的能量是如此巨大，正如通常所說的“取之不盡、用之不竭”，但是太陽輻射能的通量密度較低，大氣層外為1353W/m2.太陽光通過大氣層時會進(jìn)一步衰減，還會受到天氣、晝夜以及空氣污染等因素的影響，因而，太陽能對地球又呈現(xiàn)間歇性質(zhì)，時高時低，時有時無。太陽能須加有儲熱裝置，這些都使太陽能利用系統(tǒng)的初期投資變得昂貴。綜上所述，太陽能利用具有以下明顯的特點：總能量很大，但太陽能通量密度較低；是可再生的能源，但又具有間歇性；無污染的清潔能源；太陽能本身是免費的，有效利用它的初期投資較高；太陽能熱利用較容易實現(xiàn)熱能能級的合理匹配，從而做到熱盡使用。隨著環(huán)境污染、生態(tài)破壞及資

4、源枯竭的日趨嚴(yán)重，近年來世界各國競相實施了可持續(xù)發(fā)展的能源政策，其中利用太陽提供能量的光伏發(fā)電最受矚目。光伏發(fā)電因其具有安全可靠、無污染、無需消耗燃料、無需機(jī)械轉(zhuǎn)動部件、故障率低、維護(hù)方便等獨特優(yōu)點，正受到各國的普遍重視。5迫于全球性日益嚴(yán)重的資源短缺和環(huán)境污染，使得光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅僅是一個經(jīng)濟(jì)問題，更是一個環(huán)境保護(hù)和能源替代的問題。目前光伏電池主要應(yīng)用在并網(wǎng)和未連網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)電領(lǐng)域，因此太陽能作為一種沒有任何污染的、易取的綠色能源，若能應(yīng)用到消費類產(chǎn)品中，對于改善地球的整體的能源狀況和環(huán)境有著非常重要的意義。便攜式電子設(shè)備進(jìn)入彩屏?xí)r代以后，隨著高分辨率屏幕、MP3MP4影音播放等配置功能的

5、普及，電池待機(jī)性能再次成為制約便攜式電子設(shè)備發(fā)展的瓶頸。太陽能移動電源是專門給便攜式電子設(shè)備充電的，與一般移動電源不同。目前，太陽能移動電源一般都內(nèi)置了大容量的蓄電池，在有陽光的時候，太陽能電池板吸收光能轉(zhuǎn)化電能儲存在蓄電池內(nèi)，同時可以給手機(jī)或者數(shù)碼產(chǎn)品充電，因此不需要任何普通電源給其供電。在沒有陽光時，蓄電池還可以繼續(xù)給數(shù)碼產(chǎn)品充電。2. 太陽移動電源方案設(shè)計2.1 整體方案設(shè)計太陽能移動電源系統(tǒng)，一種可利用太陽能為蓄電池進(jìn)行充電的設(shè)備，是外出旅行的重要電源之一，那么要求該移動電源為便攜式的。太陽能移動電源應(yīng)包括太陽能電池板、控制電路和內(nèi)部蓄電池等?，F(xiàn)在將移動電源設(shè)計為如圖2.1所示的形狀。

6、USB接口內(nèi)部鋰電池控制電路電源開關(guān)太陽能電池板適配器接口LED燈圖2.1 移動電源模型2.2 控制電路方案設(shè)計太陽能移動電源系統(tǒng)控制電路的設(shè)計思想，從負(fù)載鋰離子二次電池的恒流/恒壓充電控制出發(fā)，同時配有鋰離子蓄電池。當(dāng)在戶外無220V 交流電時采用太陽能對負(fù)載鋰離子直接充電同時對鋰離子蓄電池充電；當(dāng)陰雨天天氣或夜晚等陽光不足時，采用配置的鋰離子蓄電池對負(fù)載鋰離子電池充電，以保證任何情況下不間斷。即系統(tǒng)的設(shè)計以太陽能充電為主，在有足夠的陽光且蓄電池又有足夠供電能力的情況下，系統(tǒng)能夠以太陽能充電為主給負(fù)載充電，在無陽光或陽光弱時，以蓄電池充電為主給負(fù)載充電，太陽能為便攜式電子設(shè)備補電。為了與負(fù)載

7、鋰離子二次電池充電電路相匹配，系統(tǒng)的蓄電池也采用鋰離子蓄電池。鋰離子二次電池的容量是一般負(fù)載電池的2-3 倍，這里選擇3.7V、容量為5000mA的鋰電池。2由于鋰離子二次電池本身不允許過放電，因此系統(tǒng)中設(shè)計了保護(hù)電路以避免蓄電池深度過放電造成自身永久性傷害。蓄電池的充放電轉(zhuǎn)換可通過開關(guān)按鍵切換，這可遵從系統(tǒng)的充放電指示來實行。在系統(tǒng)無放電指示時，只要按下按鍵，系統(tǒng)立即切斷放電電路啟動充電電路，蓄電池充電；若負(fù)載同時也需要充電時，只要接上負(fù)載并切換開關(guān)，就能切換充電電路給負(fù)載充電。系統(tǒng)又配備了外接穩(wěn)壓電源輸入端口，在無陽光而蓄電池又無足夠容量時，外接交流電源能向負(fù)載充電，同時為了以防萬一，在外

8、出前可利用外接電源通過該端口給蓄電池充電，這樣就保證陰雨天外出攜式電子設(shè)備也能正常工作。太陽能移動電源系統(tǒng)的控制電路結(jié)構(gòu)如圖2.2所示：外接市電充電電路太陽能板充電電路保護(hù)電路內(nèi)部蓄電池負(fù)載充電電路圖2.2 太陽能移動電源控制電路結(jié)構(gòu)圖其中，外接市電充電電路可通過適配器和CN3068芯片對內(nèi)部蓄電池進(jìn)行恒流和恒壓充電；太陽能充電電路主要通過太陽能電池板和MC34063對電池充電，由于太陽能板的電壓隨光強(qiáng)的變化較大，因此采用MC34063芯片，這樣可以選用較大電壓的太陽能板，通過MC34063降壓的同時也起到了穩(wěn)壓的作用；手機(jī)充電電路也使用MC34063，既能升壓又能穩(wěn)壓，而且還能防過充；保護(hù)電

9、路則使用UCC3952，對內(nèi)部蓄電池起到了過電壓、過電流、過放電、短路保護(hù)等。3.容量計算及設(shè)備選型 3.1鋰電池的容量計算及選型 近年來，PDA、數(shù)字相機(jī)、手機(jī)、便攜式音頻設(shè)備和藍(lán)牙設(shè)備等越來越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為主要電源。鋰電池具有體積小、能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命高、高電壓電池和自放電率低等優(yōu)點。為了與鋰離子二次電池充電電路相匹配，系統(tǒng)的蓄電池也采用鋰離子蓄電池。鋰離子二次電池的容量是一般負(fù)載電池的2-3 倍，這里選擇4.2V、容量為5000mA的鋰電池。3.2 太陽能電池板功率計算及選材 HYPERLINK /search?word=%E9%94%82%E7%94%B5%E6%

10、B1%A0&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 鋰電池可以接受的最大充電電流通常是1C甚至更小，像 HYPERLINK /search?word=ThinkPad%E7%AC%94%E8%AE%B0%E6%9C%AC&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank ThinkPad筆記本電池最大 HYPERLINK /search?word=%E5%85%85%E7%94%B5%E7%8E%87&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 充電率為0.9C。 所謂1C HYPERLINK /search?word=%E

11、5%85%85%E7%94%B5%E7%8E%87&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 充電率指以容量的1 HYPERLINK /search?word=%E5%80%8D%E7%8E%87&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 倍率電流來充電，充電時間為1小時。實際上，要想電池壽命長，基本上是以0.30.5C充電42H。充電電流：5000mAh0.5C2.5A太陽能電池板功率： 2.5A3.7V7013w所以選用15w左右的單晶硅太陽能板，采用的 HYPERLINK /view/174762.htm t _blank 單晶硅太陽能

12、電池片轉(zhuǎn)換效率高采用的鋁合金邊框具有高強(qiáng)度，抗機(jī)械沖擊能力強(qiáng)。功率公差范圍(保證輸出功率在-3+3%的正負(fù)公差范圍內(nèi)4. 控制電路的設(shè)計太陽能移動電源系統(tǒng)的電路應(yīng)包括太陽能充電電路、市電充電電路、鋰電池保護(hù)電路和放電電路等幾個部分，每個部分完成其特定的功能，缺一不可。下面就對每個部分電路設(shè)計依次介紹。4.1 太陽能充電電路由于光照強(qiáng)度的變化，太陽能電池板的電壓是不斷變化的，其內(nèi)阻又比較高，因此其輸出電流也小，這就需要一個直流變換電路變壓后為電池充電。為了使太陽能移動電源能在較長的時間范圍內(nèi)工作，則應(yīng)選擇電壓較大的太陽能電池板（工作范圍5-7V）。然而，內(nèi)部鋰電池的充電限制電壓為4.2V。因此，

13、為了能夠安全的為內(nèi)部鋰電池充電，選用MC34063作為太陽能充電電路，通過MC34063降壓的同時也起到了穩(wěn)壓的作用。充電電路如圖4.1所示。圖4.1 太陽能充電電路該電路的輸入電壓在5-7V之間，要求輸出電壓為4.2V，輸出電流為500mA。那么MC34063應(yīng)該設(shè)定為降壓模式，如圖3.1。黃色發(fā)光二極管LED3用來顯示太陽能板是否有電壓，并能根據(jù)其明暗程度來判斷太陽能板的電壓大小，要求發(fā)光二極管的電流不超過30mA,那么限流電阻R3的大小為：R3=（57）V/30mA，取R3=300歐。4.1.1 設(shè)定充電電壓圖4.2 MC34063功能框圖根據(jù)圖4.2所示MC34063的功能框圖可知，引

14、腳FB為比較器的反向輸入端，當(dāng)電池電壓與參考電壓相等時，開關(guān)三極管關(guān)斷，此時終止對電池充電。因此，要使輸出電壓VOUT為4.2V，同時要求FB腳的電壓V5為1.25V，那么：V5=VOUTR5/R6=1.25解得 R5/R6=0.4取 R5=1.2K,R6=3K4.1.2 設(shè)定充電電流MC34063的輸出電流大小由與SC引腳相連的電阻R4來決定?，F(xiàn)要求輸出電流IOUT為500mA,而IOUT=2 Ic , R40.33Ic ,則R4=0.3。4.1.2 設(shè)定其它參數(shù)TC引腳外接電容C3為470PF，電感L1為200uH，那么其工作頻率為72KHz；C4取220UF，那么該電路的輸出電壓波紋系數(shù)

15、為8mV；快速開關(guān)二極管D3可選用普通二極管IN4001，也可選用肖特基二極管IN5821，此處為了提高效率，通常選用肖特基二極管IN5821。另外，二極管D2選擇IN4001即可，能防止反向電壓，而電容C2能夠?qū)斎胗袨V波的作用。值得注意的是，在實踐中，由于電容器等效串聯(lián)電阻和電路板布局的影響，理想的峰峰值輸出紋波電壓的計算值需要增加。那個紋波電壓應(yīng)保持在較小值，因為它將直接規(guī)律性的影響線路和負(fù)載。該充電電路的適用工作溫度范圍 0-70，不能在超過該溫度的環(huán)境中使用。4.2 市電充電電路在中國，市電為220V交流電，然而，要對蓄電池進(jìn)行充電就必須采用直流，因此，需要設(shè)計一個整流電路和一個充電

16、電路。在該充電器中，整流電路可作為適配器電路，充電電路可用鋰電池充電集成電路CN3068來實現(xiàn)。4.2.1適配器電路適配器電路如圖4.3所示。圖4.3 適配器電路圖220V交流輸入，一端經(jīng)過一個4007半波整流，另一端經(jīng)過一個10歐的電阻后，由10uF電容濾波。這個10歐的電阻用來做保護(hù)的，如果后面出現(xiàn)故障等導(dǎo)致過流，那么這個電阻將被燒斷，從而避免引起更大的故障。右邊的4007、4700pF電容、82K電阻，構(gòu)成一個高壓吸收電路，當(dāng)開關(guān)管13003關(guān)斷時，負(fù)責(zé)吸收線圈上的感應(yīng)電壓，從而防止高壓加到開關(guān)管13003上而導(dǎo)致?lián)舸?3003為開關(guān)管(完整的名應(yīng)該是MJE13003)，耐壓400V，

17、集電極最大電流1.5A，最大集電極功耗為14W，用來控制原邊繞組與電源之間的通、斷。當(dāng)原邊繞組不停的通斷時，就會在開關(guān)變壓器中形成變化的磁場，從而在次級繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。由于圖中沒有標(biāo)明繞組的同名端，所以不能看出是正激式還是反激式。不過，從這個電路的結(jié)構(gòu)來看，可以推測出來，這個電源應(yīng)該是反激式的。左端的510K為啟動電阻，給開關(guān)管提供啟動用的基極電流。13003下方的10電阻為電流取樣電阻，電流經(jīng)取樣后變成電壓(其值為10*I)，這電壓經(jīng)二極管4148后，加至三極管C945的基極上。當(dāng)取樣電壓大約大于1.4V，即開關(guān)管電流大于0.14A時，三極管C945導(dǎo)通，從而將開關(guān)管13003的基極電壓

18、拉低，從而集電極電流減小，這樣就限制了開關(guān)的電流，防止電流過大而燒毀(其實這是一個恒流結(jié)構(gòu)，將開關(guān)管的最大電流限制在140mA左右)。變壓器左下方的繞組(取樣繞組)的感應(yīng)電壓經(jīng)整流二極管4148整流，22uF電容濾波后形成取樣電壓。為了分析方便，我們?nèi)∪龢O管C945發(fā)射極一端為地。那么這取樣電壓就是負(fù)的(-4V左右)，并且輸出電壓越高時，采樣電壓越負(fù)。取樣電壓經(jīng)過6.2V穩(wěn)壓二極管后，加至開關(guān)管13003的基極。前面說了，當(dāng)輸出電壓越高時，那么取樣電壓就越負(fù)，當(dāng)負(fù)到一定程度后，6.2V穩(wěn)壓二極管被擊穿，從而將開關(guān)13003的基極電位拉低，這將導(dǎo)致開關(guān)管斷開或者推遲開關(guān)的導(dǎo)通，從而控制了能量輸入

19、到變壓器中，也就控制了輸出電壓的升高，實現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的功能。而下方的1K電阻跟串聯(lián)的2700pF電容，則是正反饋支路，從取樣繞組中取出感應(yīng)電壓，加到開關(guān)管的基極上，以維持振蕩。右邊的次級繞組就沒有太多好說的了，經(jīng)二極管RF93整流，220uF電容濾波后輸出6V的電壓。沒找到二極管RF93的資料，估計是一個快速回復(fù)管，例如肖特基二極管等，因為開關(guān)電源的工作頻率較高，所以需要工作頻率的二極管。這里可以用常見的1N5816、1N5817等肖特基二極管代替。同樣因為頻率高的原因，變壓器也必須使用高頻開關(guān)變壓器，鐵心一般為高頻鐵氧體磁芯，具有高的電阻率，以減小渦流。4.2.2充電電路充電電路如圖4.4所

20、示。圖4.4 充電電路圖4.5 CN3068功能框圖設(shè)定充電電壓根據(jù)圖4.5所示CN3068的功能框圖可知，引腳FB為電池電壓檢測輸入端。此引腳可以檢測電池正極的電壓，從而精確調(diào)制恒壓充電時電池正極的電壓，避免了從電池的正極到CN3068的BAT管腳之間的導(dǎo)線電阻或接觸電阻等寄生電阻對充電的影響。如果在FB管腳和BAT管腳之間接一個電阻，可以調(diào)整恒壓充電電壓。如圖4.6所示。圖4.6 調(diào)整恒壓充電電壓如果采用圖4.6中的連接方式，那么在電池的正極電壓Vbat為：Vbat 4.23.0410-6Rx其中，Vbat的單位是伏特Rx的單位是歐姆 由于該電路的輸入電壓為6V，要求輸出電壓為4.2V，那

21、么將FB腳和BAT腳直接相連（即Rx=0）時，輸出電壓為4.2V。設(shè)定充電電流CN3068利用芯片內(nèi)部的功率晶體管對電池進(jìn)行恒流和恒壓充電，充電電流由外部電阻編程設(shè)定，從IR引腳連接一個外部電阻到地端可以對充電電流進(jìn)行編程。在預(yù)充電階段，此管腳的電壓被調(diào)制在0.2V；在恒流充電階段，此管腳的電壓被調(diào)制在2V。在恒流模式，計算充電電流的公式為：ICH = 1800V / RIR其中，ICH 表示充電電流，單位為安培RIR 表示ISET管腳到地的電阻，單位為歐姆現(xiàn)在需要500毫安的充電電流，可按下面的公式計算：RIR = 1800V/0.5A = 3.6k為了保證良好的穩(wěn)定性和溫度特性，使用精度為

22、1%的金屬膜電阻。通過測量IR管腳的電壓可以檢測充電電流。充電電流可以用下面的公式計算：ICH = (VIR / RIR) 900三、充電狀態(tài)指示為了避免過長時間對電池充電，那么就需要顯示充電狀態(tài)，方便用戶在充電結(jié)束后切斷電源。CN3068有兩個漏極開路狀態(tài)指示端，STAT1和STAT2，這兩個狀態(tài)指示端可以驅(qū)動發(fā)光二極管。STAT2用來指示充電狀態(tài)，在充電時，STAT2為低電平；STAT1用來指示充電結(jié)束狀態(tài)，當(dāng)充電結(jié)束時，STAT1為低電平。當(dāng)電池的溫度處于正常溫度范圍之外超過0.15秒時，STAT1和STAT2管腳都輸出高阻態(tài)。當(dāng)電池沒有接到移動電源時，移動電源很快將輸出電容充電到恒壓充

23、電電壓值，由于電池電壓檢測輸入端FB管腳的漏電流，F(xiàn)B管腳和BAT管腳的電壓將慢慢下降到再充電閾值，這樣在FB管腳和BAT管腳形成一個紋波電壓為100mv的波形，同時STAT2輸出脈沖信號表示沒有安裝電池。當(dāng)電池連接端BAT管腳的外接電容C2為4.7uF時，脈沖的周期大約為10Hz。表4.1列出了兩個狀態(tài)指示端及其對應(yīng)的移動電源狀態(tài)，STAT2管腳接紅色LED，STAT1管腳接綠色LED。表4.1 充電狀態(tài)指示STAT2管腳電平（對應(yīng)的LED狀態(tài)）STAT1管腳電平（對應(yīng)的LED狀態(tài)）狀態(tài)說明低電平（紅色LED常亮）高電平（綠色LED滅）正在充電高電平（紅色LED滅）低電平（綠色LED常亮）充

24、電結(jié)束狀態(tài)脈沖信號（紅色LED閃爍）脈沖信號（綠色LED亮）電池沒有接好高電平（紅色LED滅）高電平（綠色LED滅）三種可能異常狀態(tài)： 輸入電壓低于電源低電壓鎖存閾值， 輸入電壓低于電池連接端BAT電壓， 電池溫度異常當(dāng)不用某個狀態(tài)指示功能時，將不用的狀態(tài)指示輸出端接到地。四、充電電路的穩(wěn)定性為了保證充電器正常工作，需要從電池端BAT到GND之間連接一個電容，電容值為4.7uF。在恒流模式，IR管腳連接的電阻，電容也會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常情況下，在IR管腳沒有外加電容時，在此管腳可以外接一個阻值高達(dá)50K的電阻。如果在IR管腳有外接的電容，則在此管腳允許外接的電阻值會減小。為了使充電器能正常

25、工作，IR管腳外接電阻，電容所形成的極點應(yīng)高于200KHz。假設(shè)IR管腳外接電容C，用下面的公式可以計算ISET管腳允許外接的最大電阻值：RIR 1(6.282105C)為了在IR管腳監(jiān)測充電電流，或者隔離IR管腳的電容負(fù)載，可以用一個RC濾波電路，如圖4.7所示，這樣系統(tǒng)的穩(wěn)定性不受影響。圖4.7 隔離ISET管腳的電容負(fù)載五、其它參數(shù)的設(shè)定TEMP引腳是電池溫度檢測輸入端。將TEMP腳接到電池的NTC傳感器的輸出端。如果TEMP管腳的電壓小于輸入電壓的47%或者大于輸入電壓的84%超過0.15秒，意味著電池溫度過低或過高，則充電將被暫停。如果TEMP在輸入電壓的47%和84%之間超過0.1

26、5秒，則電池故障狀態(tài)將被清除，充電將繼續(xù)。在本充電電路中，將TEMP引腳接地，電池溫度監(jiān)測功能被禁止。電源輸入端需要一個旁路電容，一般情況下，4.7uF的電容可以滿足要求，對電容的類型沒有限制，因此C1=4.7uF。4.3 鋰電池保護(hù)電路鋰離子電池保護(hù)電路包括過度充電保護(hù)、過電流/短路保護(hù)和過放電保護(hù)，要求過充電保護(hù)高精度、保護(hù)IC功耗低、高耐壓以及零伏可充電等特性。 近年來，PDA、數(shù)字相機(jī)、手機(jī)、便攜式音頻設(shè)備和藍(lán)牙設(shè)備等越來越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為主要電源。鋰電池具有體積小、能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命高、高電壓電池和自放電率低等優(yōu)點，與鎳鎘、鎳氫電池不太一樣，鋰電池必須考慮充電、放

27、電時的安全性，以防止特性劣化。針對鋰電池的過充、過度放電、過電流及短路保護(hù)很重要，所以通常都要求設(shè)計保護(hù)線路用以保護(hù)鋰電池。由于鋰離子電池能量密度高，因此難以確保電池的安全性。在過度充電狀態(tài)下，電池溫度上升后能量將過剩，于是電解液分解而產(chǎn)生氣體，因內(nèi)壓上升而發(fā)生自燃或破裂的危險；反之，在過度放電狀態(tài)下，電解液因分解導(dǎo)致電池特性及耐久性劣化，從而降低可充電次數(shù)。鋰離子電池的保護(hù)電路就是要確保這樣的過度充電及放電狀態(tài)時的安全性，并防止特性劣化。本設(shè)計選用UCC3952作為鋰離子電池保護(hù)電路， UCC3952鋰離子電池保護(hù)電路能加強(qiáng)單個充電電池組的使用壽命。該保護(hù)電路由內(nèi)部充電和放電電壓限制、帶有延

28、時關(guān)閉的放電電流限制、當(dāng)電池放電時的超低電流睡眠模式等組成。其他特征還包括片上一個為減少外部元件數(shù)量的MOSFET管和為減少功率損耗的電荷泵，同時還有低電壓充電和放電的電池組。此保護(hù)電路只需要一個外部電容，并能在短路狀態(tài)操作和安全關(guān)機(jī)。鋰電池保護(hù)電路如圖3.8所示。圖3.8 鋰電池保護(hù)電路鋰電池保護(hù)電路的外圍電路非常簡單，只需要在CBPS引腳和BNEG之間接一個0.1F外部電容。而BNEG腳連接電池負(fù)極，PACK+腳連接電池正極。TCLK腳是生產(chǎn)測試模式引腳，該引腳是在集成電路生產(chǎn)測試過程中用來提供一個高頻時鐘，在使用時該引腳可不連接或接BNEG。保護(hù)電路的功能如下：1過流的監(jiān)測和保護(hù)通過內(nèi)部

29、檢測電阻可以對放電電流不斷地進(jìn)行監(jiān)測。如果內(nèi)部出現(xiàn)高電流（超過3A ）并且存在超過1ms，那么就認(rèn)為是過流。這個延遲使得系統(tǒng)不會因旁路電容的影響而產(chǎn)生過流跳閘。在CBPS引腳上接一個0.1uF的電容來產(chǎn)生一個記憶時間，以保證芯片在一個極短時間內(nèi)電池電壓低于最低工作電壓時能正常工作。一旦達(dá)到過電流條件，內(nèi)部的MOSFET管將關(guān)閉，使其恢復(fù)正常運行的唯一方法是讓負(fù)載離開系統(tǒng)的正極PACK+。過流狀態(tài)將在其內(nèi)部電路將負(fù)極PACK和BENG引腳間的電壓降到50Mv以下時結(jié)束，從而恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。2充電/放電模式的控制當(dāng)芯片檢測到處于過電壓的情況下，它可以防止任何形式的充電，但允許放電。這是通過激活

30、線性控制回路，在其漏極到源終端的差動電壓的基礎(chǔ)上控制MOSFET管的柵極來實現(xiàn)。線性回路調(diào)節(jié)MOSFET與100mV的差分電壓。當(dāng)該部分適用于輕負(fù)載時，回路調(diào)節(jié)MOSFET的阻抗以保持100mV。當(dāng)負(fù)載增加時，降低MOSFET的阻抗來保持100mV。在重載（仍低于“過電流”限制級別）時，回路將不會保持控制，并且將MOSFET的柵極驅(qū)動到電池電壓（不是充電輸出電壓）。在過壓狀態(tài)該MOSFET管的RDS （ on ）將高于在正常工作時的RDS （ on ）。在此工作模式中，內(nèi)部MOSFET的壓降（和相關(guān)的功率損耗）仍然大大低于兩個外部背靠背的MOSFET，因為其中有體二極管在運行。當(dāng)芯片檢測到處于

31、欠壓的情況時，將從電池組上斷開負(fù)載，并且關(guān)閉本身，以最大限度地減少電池組的漏電流。幾個電路仍然供電，把電池組放在充電器中來檢測。一旦發(fā)現(xiàn)存在移動電源，線性回路將被激活，芯片將允許充電電流進(jìn)入電池。這種線性控制的工作模式，實際上是直到電池電壓達(dá)到一定程度的VUVR ，到那時就會恢復(fù)正常工作。4.4 放電電路經(jīng)測試，大多數(shù)便攜設(shè)備充電器的輸出電壓在5V-6V之間，輸出電流為500mA。因此，要求對外充電電路的輸出為5.5V/500mA 。無論使用太陽能板（4.2V）直接對負(fù)載充電，還是通過內(nèi)部蓄電池（3.7V）對負(fù)載充電，其電壓都低于手機(jī)要求的5.5V，那么就需要經(jīng)過電壓變換后對負(fù)載充電，選擇MC

32、34063作為控制電路，進(jìn)行升壓變換后對負(fù)載充電。MC34063在前面的太陽能充電電路中已經(jīng)介紹過了，此處不做重復(fù)說明。在本電路中，使用MC34063的升壓工作模式。圖4.9所示為負(fù)載充電電路。圖4.9 負(fù)載充電電路該電路的輸入電壓為3.5V-4.2V，要求輸出電壓為5.5V，輸出電流為500mA。MC34063設(shè)定為升壓模式，如圖3.9。根據(jù)前面對MC34063的介紹，要使輸出電壓為5.5V，則有VOUT =1.25 (1 + R12/R11)，現(xiàn)在取R11=1K，那么R12=3.6K；要求輸出電流為500mA,即IOUT=2 Ic , R90.33Ic ,則R9=0.3歐。TC引腳外接電容

33、C6為470PF，電感L2為200UH，那么其工作頻率為72KHz；C7取220UF，那么該電路的輸出電壓波紋系數(shù)為8mV。另外，D4能防止反向輸入電壓，電容C5具有濾波的作用。5. PCB板的設(shè)計在完成了控制電路的設(shè)計之后，需要繪制整個充電器的原理圖，并做出其對應(yīng)的PCB板。一般而言，PCB板的制作過程可分為三大步驟：原理圖的設(shè)計、產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表和PCB板的設(shè)計。在繪制原理圖和制作PCB時，都采用protel99se作為設(shè)計軟件。5.1 原理圖的設(shè)計在制作PCB板之前，首先應(yīng)繪制控制電路的原理圖。運行protel99se，新建一個設(shè)計庫，然后新建原理圖文件，由于控制電路中的CN3068、MC34

34、063、UCC3952以及USB接口、適配器接口等都不能在元件庫中找到，因此，就需要自己制作這些元件庫及其封裝庫。在制作好元件庫之后，就可以開始繪制原理圖了。先將需要的元件從元件庫中找到，然后放置在原理圖中，就可以繪制導(dǎo)線了。圖4.1所示為查找元件對話框。圖5.1 查找元件對話框值得注意的是，為了方便PCB板的設(shè)計，在繪制原理圖時，需要標(biāo)明元件的封裝形式，圖5.2所示為CN3068設(shè)定的封裝形式。圖5.2 設(shè)定元件的封裝形式在繪制原理圖的過程中，要充分利用protel99se所提供的原理圖繪圖工具和各種編輯功能，這樣就可得到正確、精美的電路原理圖。（見附圖一）圖5.3 控制電路原理圖5.2 產(chǎn)

35、生網(wǎng)絡(luò)表在繪制完成原理圖后，還要產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表。網(wǎng)絡(luò)表是原理圖設(shè)計和PCB板設(shè)計之間的一座橋梁，它是電路板自動的靈魂，可以從原理圖中得到。在繪制好的原理圖中單擊Design中的Create Netlist，在選項中選擇如圖4.4所示的選項，然后單擊OK就能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表。圖4.4 生成網(wǎng)絡(luò)表5.3 PCB板的設(shè)計在進(jìn)行PCB板設(shè)計時，首先應(yīng)該導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表。單擊Design中的Netlist,然后選擇前面產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)表，如圖4.5所示。圖4.5 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表在PCB圖中裝入的原理圖中的所有元件之后，就可以開始PCB板的設(shè)計了。6.結(jié)論本文研究和設(shè)計了一種太陽能移動電源，一種將利用太陽能為蓄電池進(jìn)行充電的設(shè)備，

36、在原有移動電源基礎(chǔ)上增加了太陽能充電功能，完善了鋰電池保護(hù)功能，在各種天氣下都能長時間使用，是外出旅行的重要電源之一。它具有使用方便、安全可靠、無污染等諸多優(yōu)點，同時還能應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、MP4 播放器、電子詞典等的充電。本設(shè)計的現(xiàn)實意義：1、太陽能移動電源在陽光下無需交流電源，直接將太陽光能轉(zhuǎn)化為直流電能。隨時隨地可對手機(jī)等小型電器充電，是喜愛出游人士、常出差人士、戶外運動人士、業(yè)務(wù)工作者的必備伴侶。2、太陽能移動電源是高效太陽能電池，內(nèi)置儲能鋰電池，可以閑時充好電急時使用。適用于多種型號手機(jī)及其它電器，徹底消除了缺電、停電、戶外活動偶爾用完電池時候的煩惱。3、太陽能移動電源充電快，無電時陽光

37、照射即可以對手機(jī)等充電，并可在對電池充電的同時對手機(jī)進(jìn)行充電。4、可以使用市電（220V交流）給電池充電或直接給用電器充電。但是，太陽能移動電源也存在一些不足：1、太陽能電池板價格較貴，一般為30元/W。而且電池板輸出電壓還很低，需要進(jìn)行升壓變換后才能對負(fù)載充電。2、太陽能移動電源對環(huán)境的要求高。太陽能電池板受陽光直射時與沒有陽光照射到時的輸出的電壓差別很大，在無陽光時幾乎無法使用。3、充電時，不能將負(fù)載與太陽能充電器放在相同的環(huán)境中(多數(shù)電器產(chǎn)品是不適宜陽光直曬的，容易造成內(nèi)部零件老化)。4、太陽能電池板的效率不高，一般為10%15%，即使控制電路的效率非常高，整個移動電源的效率還是很低。7

38、.參考文獻(xiàn)1秦昌勝，qcs畢業(yè)論文，百度文庫，20022曹振萍，曹振萍的論文，百度文庫，20033歐美已采用microUSB作為手機(jī)充電器標(biāo)準(zhǔn)，百度文庫，20034太陽能充電器使用說明書，百度文庫，20035太陽能充電電路資料，百度文庫，20036太陽能充電器（價格），百度文庫，20037如韻電子，太陽能充電器使用說明，百度文庫，20038王菊花，王菊花畢業(yè)設(shè)計1，百度文庫，20039電子技術(shù)論壇，開關(guān)電源原理及應(yīng)用，百度文庫，200310安森美公司，TL431中文數(shù)據(jù)手冊，百度文庫，200311南京拓徽集成電路有限公司，TP8350數(shù)據(jù)手冊，百度文庫，200312AUK半導(dǎo)體公司，S9013

39、三極管數(shù)據(jù)手冊，百度文庫，200313日富科技，太陽能充電器報價，百度文庫，2005致 謝歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師王曉晶老師，她對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，HYPERLINK /search?word=不厭其煩&fr=qb_search_exp&ie=utf8不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)

40、，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多素材，還在論文的撰寫和排版燈過程中提供熱情的幫助。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正！目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc27196 1. 引言 PAGEREF _Toc27196 1 HYPERLINK l _Toc24167 2. 太陽移動電源方案設(shè)計 PAGEREF _Toc24167 3 HYPERLINK l _Toc18560 2.1 整體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc18560 3

41、HYPERLINK l _Toc12441 2.2 控制電路方案設(shè)計 PAGEREF _Toc12441 3 HYPERLINK l _Toc22159 3.容量計算及設(shè)備選型 PAGEREF _Toc22159 5 HYPERLINK l _Toc5535 3.1鋰電池的容量計算及選型 PAGEREF _Toc5535 5 HYPERLINK l _Toc8840 4.1 太陽能充電電路 PAGEREF _Toc8840 6 HYPERLINK l _Toc18098 4.1.1 設(shè)定充電電壓 PAGEREF _Toc18098 7 HYPERLINK l _Toc8110 4.1.2 設(shè)定

42、充電電流 PAGEREF _Toc8110 7 HYPERLINK l _Toc3067 4.1.2 設(shè)定其它參數(shù) PAGEREF _Toc3067 7 HYPERLINK l _Toc6839 4.2 市電充電電路 PAGEREF _Toc6839 8 HYPERLINK l _Toc6921 4.2.1適配器電路 PAGEREF _Toc6921 8 HYPERLINK l _Toc24111 4.3 鋰電池保護(hù)電路 PAGEREF _Toc24111 14 HYPERLINK l _Toc11097 4.4 放電電路 PAGEREF _Toc11097 16 HYPERLINK l _T

43、oc5943 5. PCB板的設(shè)計 PAGEREF _Toc5943 17 HYPERLINK l _Toc21498 5.1 原理圖的設(shè)計 PAGEREF _Toc21498 17 HYPERLINK l _Toc27979 5.2 產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表 PAGEREF _Toc27979 19 HYPERLINK l _Toc120 5.3 PCB板的設(shè)計 PAGEREF _Toc120 20 HYPERLINK l _Toc5350 6.結(jié)論 PAGEREF _Toc5350 21 HYPERLINK l _Toc9261 7.參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc9261 22 HYPERLINK

44、l _Toc13095 致 謝 PAGEREF _Toc13095 23摘要太陽能移動電源系統(tǒng)，是一種可利用太陽能為蓄電池進(jìn)行充電的設(shè)備，其原理是太陽能充電器，是外出旅行的重要電源之一。它具有使用方便、安全可靠、無污染、成本低等諸多優(yōu)點，同時還能應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、MP4 播放器、電子詞典等的充電。太陽能移動電源包括太陽能電池板、控制電路和內(nèi)部蓄電池，為了使太陽能移動電源在任何天氣下都能使用，控制電路包括：當(dāng)在戶外無220V 交流電時采用太陽能對負(fù)載鋰離子電池直接充電同時對內(nèi)部蓄電池充電；當(dāng)陰雨天或夜晚等陽光不足時采用配置的內(nèi)部蓄電池對負(fù)載鋰離子電池充電，從而保證任何情況下不間斷。同時，為了使系統(tǒng)更加完善，還加入了市電充電電路，能夠使用220V交流電對內(nèi)部蓄電池充電。所以太陽能移動電源的控制電路包括四個部分：太陽能充電電路，市電充電電路，鋰電池保護(hù)電路以及放電電路。此外，還要繪制控制電路原理圖以及PCB設(shè)計。關(guān)鍵詞：太陽能，充電電路，保護(hù)電路，原理圖，