太阳能手机充电器的设计

太阳能手机充电器的设计

摘要

手机越来越多的普及到世界范围，而使用手机的电池储能总是十分有限的，几乎所有人都有过这样的经历：外出时手机电池突然没有电了，因充电器不在身边或找不到可以充电的地方，影响了手机的正常使用，尤其是对于经常外出的工作人员来说，在电池耗尽的时候为通信带来了极大的麻烦。为了解决这一问题，本文介绍一种太阳能手机充电器，它使用太阳能电池板，经电路进行直流电压变换后给手机电池充电，并能在电池充电完成后自动停止。光能是无处不在的，只要有光就有能量，可以随时随地给手机、相机等的电池充电，大大的方便了我们的外出生活，也不用为手机没电而担心了。

太阳能是取之不尽的可再生资源，也是清洁资源不产生任何的环境污染，相比其他的能源来说太阳能也是我们比较方便实用的能源，用太阳能电池组件为基础做的手机充电器能直接完成太阳能辐射能到电能的转换，制作成本低。

本设计主要是利用光电效应现象利用将太阳能转换成电能，电路设计充电电路、振荡电路、稳压保护电路来实现太阳能转化成的电能转换成适当的电压给手机充电。

关键词：振荡电路限压电路稳压保护电路

目录

第一章选题背景与方案论证 ............................................................................................. - 1 -

1.1选题背景 .................................................................................................................. - 1 -

1.2方案论证 .................................................................................................................. - 1 -

1.2.1太阳能手机充电器的原理 ............................................................................ - 1 -

1.2.2设计方案与特点 ............................................................................................ - 2 - 第二章太阳能电池的介绍 ................................................................................................. - 3 -

2.1太阳能简介与定义 .................................................................................................. - 3 -

2.2太阳能电池的结构与发电原理 .............................................................................. - 3 -

2.3太阳能电池板的选择与应用 .................................................................................. - 4 - 第三章太阳能手机充电器电路介绍 ................................................................................. - 5 -

3.1 Protel硬件电路原理图与原件清单........................................................................ - 5 -

3.2电路工作原理简介 .................................................................................................. - 6 -

3.3过压保护电路 .......................................................................................................... - 7 -

3.4电路仿真结果 .......................................................................................................... - 7 -

3.5电路实际测量结果 ................................................................................................ - 10 - 第四章设计结果分析与结论 ........................................................................................... - 11 - 第五章谢辞 ....................................................................................................................... - 13 - 附录 ..................................................................................................................................... - 14 - 参考文献 ............................................................................................................................. - 17 -

第一章选题背景与方案论证

1.1选题背景

太阳能手机充电器设计的来源是将太阳能转换成电能，主要目的是为了解决外出工作手机没电的情况下可以随时随地的给手机充电，主要解决的技术问题是如何将太阳能转换成能够手机充电的电能。

化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度也在不断提高，寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种可再生能源它具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，因此有着广阔的应用前景，光伏发电技术也越来越受到人们的关注，随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。

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而消费类产品的应用实例非常少,如目前还没有真正有效的利用太阳能充电的手机电池.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的意义。

本文指导思想就是利用光电反应将太阳能转换成电能再利用振荡电路、稳压保护电路、限压限流电路处理成适合的电压为手机充电。

本设计的主要设计内容是太阳能板的选择、充电控制电路的设计、电压电流的控制。

1.2方案论证

1.2.1太阳能手机充电器的原理

手机充电器的原理是：在不充电时太阳能电池板在阳光下通过光伏效应将光能转换为电能并储存到内置蓄电池内，在对手机充电时将存储在太阳能电池板蓄电池内的电能通过设计的稳压保护电路、振荡电路电路、限压电路为手机的内置电池充电。也可以直接把光能产生的电能和存储在蓄电池内的电能同时对手机或其它电子数码产品充电。

1.2.2设计方案与特点

太阳能板不为手机充电时自行为太阳能电池充电，在充电时太阳能电池的电能与太阳光的能量同时为手机电池充电，本设计采用的太阳能板的输出电压为12V，而充电电池的最高输入电压不高于电池的最高输入电压，为了保护电池，本设计的输出电压为恒定电压并且保持不变，保证了能够为不同型号的手机电池稳定的充电。

第二章太阳能电池的介绍

2.1太阳能简介与定义

太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。

太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太阳能光伏发电的基础和核心。

2.2太阳能电池的结构与发电原理

太阳能电池的结构图、发电原理图如图2-1、图2-2所示。

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。在阳光下，通过光能转换为电能并通过控制电路储存到内置蓄电池，也可以直接把光能产生的电能对手机或其它电子数码产品充电，但必须依据太阳光的光度而定，在没有太阳光的情况下，可以通过交流电转化直流电并通过控制电路储存到内置电池.

太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。这次试验用的是光—电直接转换。

图2-1太阳能电池的结构

图2-2太阳能电池的发电原理

2.3太阳能电池板的选择与应用

在本设计中由于设计简单、成本低，所以选用硅太阳能电板。

上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手，如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。

第三章 太阳能手机充电器电路介绍

3.1 Protel 硬件电路原理图与原件清单

Protel 硬件电路原理图与电路原件清单表如图3-1、表3-1

所示。

图3-1 Protel 硬件电路原理图

表3-1元件清单 元件 型号

个数 封装 碳膜电阻器 10K

2个 AXIAL-0.3 4.7K

2个 2.2K

1个 1.2K

1个 瓷介电容

4700pf 1个 RAD-0.1 电解电容

100μf 1个 RB-.2/.4 晶体二极管

1N5820 1个 DIODE0.4 晶体二极管

1N746A 1个 DIODE0.4

晶体三极管PNP 2SC1008 1个 TO5 2SC945 1个

自制变压器

1个 根据电板的尺寸而定 注：变压器的制作

变压器的材料有E16的磁芯两个、直径为0.21mm 的漆包线、变压器支架一个、绝缘胶布。制作过程：变压器一共分三层，第一层是Np 有二十六匝，第二层是Ns 有8匝，第三层是Nb 有15匝。第一层Np 、第二层Ns 是一级线圈，第三层Nb 是二级线圈。缠绕时Np 、Ns 按顺时针方向缠绕，Nb 按逆时针方向缠绕并且均匀分布在磁芯外面，各层线圈用绝缘胶布隔开。