1、本 科 毕 业 设 计手机充电器的设计与制作所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘要手机的普及给人们生活带来了很大的便利，但手机在使用上却受电池容量的限制。如何为手机充电已经越来越成为大家关注的话题。太阳能手机充电器，在有光照的前提下，可以随时随地的为手机充电，很好的解决了手机充电这一问题，且太阳能手机充电器的能量来源太阳能，作为一种新型能源，具有普遍、巨大、洁净、广泛等等优点。本文设计了一款太阳能手机充电器，以太阳能为能源来源，转化为电能为手机提供能量。设计共分为五个部分。前言主要阐述了设计的研究背景和主要工作。第 1 章主要阐述了手机充电
2、器的相关知识，包括手机充电器的发展历程，手机充电的工作原理及充电方式，指出了太阳能充电作为手机充电的新型方式比起其他方式来有什么优势。第 2 章主要阐述了太阳能电池板的工作原理、类型、转换效率，以及太阳能充电系统的效率分析。分析了一款好的太阳能手机充电器需要具备的几个条件。根据资料分析可行方案，定下设计的总体方案，预先构思出充电器的整体结构框架。第 3 章按照前文预定的结构框架图，设计电路，将太阳能电池板、 型滤波电路、DC-DC 升压电路、限压电路、升压输出滤波电路、恒流充电电路、充电完成指示电路总共七部分模块电路进行逐一设计分析，并详细说明其结构功能和元件参数的计算与确定。第 4 章给出具
3、体电路图及 PCB 图，以及实物的制作和调试。关键词：太阳能；充电器；升压；恒流充电IIAbstractPopularity of mobile phones to peoples lives has brought great convenience, but the phone is in use by the limited battery capacity. How to charge the phone has increasingly become a topic of concern. Solar cell phone charger, the premise in a ligh
4、t, you can charge for mobile phones anytime, anywhere, a good solution to the problem of mobile phone charger, solar mobile phone charger and solar energy sources, as a new energy, with common Huge, clean, wide and so on merit.In this paper the design of a solar cell phone charger, solar-energy sour
5、ces, into electricity to provide energy for mobile phones. Design is divided into five chapters. The first chapter describes the design of the main background and the main work. The second chapter describes the relevant knowledge of mobile phone chargers, including cell phones and the development pr
6、ocess of mobile phone charger, cell phone charger and charging method works, and points out a new type of solar energy as a way to charge their cell phones than any other way to have any advantage. The third chapter describes the working principle of solar panels, the type of conversion efficiency a
7、nd the efficiency of a solar charging system. Analysis of a good solar cell phone charger requires several conditions. According to the information of possible options, set the overall program design, pre-conceived framework of the overall structure of the charger. Chapter 3, the structure in accord
8、ance with the framework previously scheduled plans, circuit design, the solar panels, -type filter circuit, DC DC step-up circuit, voltage limiter circuit, the boost output filter circuit, the current charging circuit, charging circuit to complete instructions A total of seven parts each module circ
9、uit design analysis, and details of its structure and function and the calculation and determination of device parameters.Chapter V gives the detailed circuit diagram and PCB diagrams, and physical production and debugging.Keywords: Solar energy; charger; boost; constant current chargingIII目 录前言 .1第
10、 1 章 手机充电器 .21.1 手机充电器的发展历程 .21.2 手机充电器的工作原理 .21.2.1 手机电池的工作机理 .21.2.2 手机充电方式 .31.3 太阳能在手机充电器中的应用和优势 .3第 2 章 太阳能手机充电器的设计方案 .42.1 太阳能手机充电器的工作原理 .42.1.1 太阳能电池板 .42.1.2 太阳能电池板的种类 .42.1.3 太阳能电池板的工作原理 .42.2 太阳能充电系统效率分析 .52.3 太阳能手机充电器的主要指标 .62.4 本设计的设计方案选择 .62.4.1 基本思路 .62.4.2 方案确定 .7第 3 章 太阳能手机充电器的设计电路 .
11、93.1 太阳能电池电路 .93.2 型滤波电路 .103.2.1 型滤波电路的结构与功能 .103.2.2 型滤波电路各个元件的数值 .103.3 DC-DC 升压电路 .103.3.1 DC-DC 升压电路 .103.3.2 升压振荡器的结构与功能 .113.3.3 升压振荡器各元件数值计算 .123.4 限压电路 .133.4.1 限压电路的结构和功能 .13IV3.4.2 限压电路各个器件的阻值 .143.5 升压电路输出的滤波电路 .143.5.1 滤波电路的结构与功能 .143.5.2 升压输出滤波电路各元件数值确定 .153.6 恒流充电电路 .153.6.1 恒流充电电路的结构
12、与功能 .153.6.2 恒流充电电路各元件的阻值 .173.7 充电完成指示电路 .20第四章 电路图的制作与调试 .214.1 总电路图 .214.2 总电路 PCB 图的绘制 .224.3 电路的制作 .234.4 实物图 .234.5 电路的调试 .24结论 .26致谢 .27参考文献 .281前言随着全球经济的快速发展，能源问题已经越来越被人们重视。煤炭、石油等不可再生能源的频频告急，已经促使人们不断去寻找新的可利用能源。随着经济发展而产生的环境污染问题，也迫使人们对新能源的要求不仅仅是丰富，更应该是洁净、无污染。太阳能，作为一种新型的能源已经越来越被人们关注。太阳能光伏发电是太阳能
13、应用的主要产业之一。全球的太阳能资源极其丰富，每年可接收太阳辐射相当惊人，并且太阳能发电是利用太阳光和材料互相作用直接将太阳能转换成电能，在使用过程中不释放任有害物质。是对环境无污染的可再生能源。本设计的主要目的是利用太阳能为手机电池充电。利用太阳能电池板将太阳能直接转换为电能，并且为储电池储能充电。为了从尽可能低的输入电压中获取能量进行充电，该充电器需要用到直流电源变换器。本设计所用的直流变压器为 DC-DC 变压器。 【2】 但由于太阳能电池板的输出很大程度上取决于太阳光照的强弱，输出的电压可能会很不稳定，要求DC-DC 变换器工作能在很宽的输入电压范围。当太阳能电池板输出较低时，系统需要
14、通过电路控制来使输入电压经过升压、稳压等一系列操作输出比较稳定、比较高的电压；当太阳能电池板输出较高时，系统不需要进行升压工作。并且太阳能电池板不可无尽止的为手机电池充电，过充易引起手机电池的损坏，所以需要控制电路来判断电池是否充满。当电池充满时，要求控制电路停止充电，并予以信号提示。2第 1 章 手机充电器1.1 手机充电器的发展历程手机的使用离不开手机充电器，伴随着手机的发展，手机充电器也经历了很多发展。手机都会标配“两电两充” ，一个是与手机插接的直冲，另一个是装入电池的座充。座式充电器携带方便，使用便利。一般分为两相固定插脚和两相/三相可变插脚。 其功能主要取决其使用的智能芯片 IC。
15、目前 IC 已经发展到第三代，经过前两代 IC 的改进，使用第三代 IC 制造的座式充电器功能较为完善，可直接为手机使用充电。但由于手机品种繁多，充电器类型不尽相同，一旦遗失或损坏，会给手机的使用带来很大的麻烦。针对这种情况，万能充电器出现了。万能充通过调整输出电源触点，用夹钳夹住电池已达到给不同手机充电的目的。 而当人们外出手机突然没电时，以上几种充电器皆因需要电源的无法使用，所以旅行充电器、车载充电器、太阳能充电器等等不直接需要电源的充电器就应运而生了。旅行充电器体积小巧、便于携带。其接口线是固定在变压器或者将变压器和接线分开。变压器和接线分开的旅行充电器只需简单的更换接口线就可以为不同型
16、号的手机充电。并且，旅行充电器一般都设有防过载保护电路。车载充电器用汽车点烟器作为电源直接为手机充电。提高电压较低，车载充电器内部只需有过载保护电路即可。太阳能手机充电器。利用太阳能转化成电能直接对手机进行充电。 【1】1.2 手机充电器的工作原理1.2.1 手机电池的工作机理手机的工作离不开电池。现代技术中，将能够产生、电能的便携、独立的化学反应叫做电池。电池从使用次数上来分，可以分为一次电池和二次电池。一次电池又可叫做不可充电电池或者原电池，从电池单向化学反应中产生电能，电池的放电导致电池化学成分永久和不可逆转的改变。二次电池又叫充电电池，在用中可以不断地进行充电和放电，重复利用。最早的手
17、机电池是镉镍电池。镉镍电池有记忆效应，即每次在充电前要确定将电量使用完。由于镉镍电池的记忆效应和对环境的污染已经被逐渐淘汰。镍氢电池待机时间比镉镍电池长，记忆效果也不明显，且电池具有储电量较大，价格实惠，故而得到广泛的应用。但镍氢电池在使用次数上有限，且最好在电池用完后在充电，才能延长电池的寿命。目前，在手机电池应用中，由于锂电池重量轻、储能大、性能好且没有记忆3效果，使用寿命长，绿色环保而得到广泛的应用。所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。锂离子电池是靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作，故此被称为“摇椅式电池” ，俗称“锂电” 。
18、锂离子电池是由正极、隔膜、负极、邮寄电解液和电池外壳构成的。正极活性物质一般为锰酸钾或者钴酸锂组成的：隔膜式一种特殊的复合膜，可以让离子通过，但却是电子的绝缘体；负极是由石墨或者近似石墨结构的活性物质组成：有机电解液是溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂；电池外壳多为铝壳、镀镍铁壳、铝塑膜等。当锂离子电池充电时，加在电池两级的电势迫使正极的化合物释放出锂离子，嵌入负极疯子排雷呈片层结构的碳中。充电过程一般分为两个阶段：恒流快充阶段和恒压电流递减阶段。恒流快充阶段电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在外界电路的控制下转入恒压阶段，电压不在升高一确定不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到设定的值
19、，最终完成充电。放电时，锂离子从片层结构的碳中析出，重新和正极中的化合物结合。 【7】 锂离子在移动过程中产生了电流。1.2.2 手机充电方式随着手机的发展，充电方式也越来越多样化。传统的充电方式包括直充、座充、万能充等等。这类充电器都是直接连接手机与电源，通过自身的转化设置为手机充电。当身边无电源可用时，这类充电器将无法工作，且除了万能充外，其他两种都只能为固定的某类手机充电，在使用上有很大的局限性。除去传统的充电方法，近年来各种新颖的充电方式层出不穷。一、利用运动产生的能量为手机充电。例如，将动能转换电能设备直接安装在自行车上，通过骑车者运动时产生的能量直接为手机座提供电力为手机充电。二、
20、利用电能为手机充电。可以利用 USB 接口连接电视、电脑等为手机充电。三、利用自然界的能源为手机充电。比如近年来太阳能、风能的利用已经日益成熟，将太阳能、风能转化为电能给手机充电。以上的这些充电方式都是已经较成熟、实用的方法。近年来，不少新颖的方法正不断地被提出。例如利用人体运动时产生的热量、利用人体心脏跳动产生的动能、利用开合手机时产生的能量等等为手机提供电能。但目前这些方法都还处于理论研究阶段。1.3 太阳能在手机充电器中的应用和优势随着太阳能利用技术的不断成熟，太阳能应用领域也在不断扩大。太阳能光伏发电技术已经成为各个国家研究的重点，太阳能也广泛的应用在手机充电这一方面。近年来，市场出现
21、了形形色色的太阳能手机充电器。这一新型的充电器也逐4渐的被人们所接受。归咎原因，是因为太阳能手机充电器可以随时随地的使用，只要有光照的地方，充电器即可工作，不受地域的限制，也不会因为身边没有电源而无法充电，消费者可以购买太阳能手机充电器直接为手机充电。而太阳能充电器所利用的能源太阳能，作为一种新能源,与常规能源相比，有以下几点优势。一、普遍性：几乎地球的每一个角落都可以接收到太阳光照，没有低于限制，可直接开发和利用，且无需开采运输。二、无害性：开发利用太阳能是一个全清洁的过程，不会污染环境，是最清洁的能源之一。在当今这个时代里，石油煤炭等主要能源的使用会给地球带来很大的伤害，太阳能的无害性可以
22、很好的解决这一问题。三、巨大性：据统计，每年到达地球表面上的太阳能辐射能约相当于 130 万亿吨煤，器总量是现今世界上可开发的最大能源。四、长久性：根据目前太阳产生的核能速率估算，人们的使用量不足总能量的 2%，氢的储量足够维持百年，而地球的寿命有几十亿年，从这点上看，太阳能可以说是用之不竭。5第 2 章 太阳能手机充电器的设计方案2.1 太阳能手机充电器的工作原理太阳能手机充电器主要是利用太阳能电池板将太阳能转换为电能，再通过系统设计将太阳能电池板输出电压转换成适合于手机电池的电压，从而实现充电。2.1.1 太阳能电池板太阳能电池板是太阳能供电系统中心的核心部分，其转换率和使用寿命是决定太阳
23、能电池是否具有使用价值的重要因素。其功能是将太阳能的辐射能量转化为电能，能量转化率是一个重要的参数。电池板受光照强度影响，电压、功率呈显著变化；一种光照强度，太阳能电池板也有一个输出功率点，应电压也不尽相同。为保证较高的转换效率，电池板应尽量工作在其最大功率点附近，也就需要根据实际情况，选择合适的工作电压。太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相同光照条件下的输出功率也越大。太阳能电池板的优劣主要由开路电压和短路电流这两项指标来衡量。太阳能电池板提供的电力是一种电流有限的电压电源。我们可在系统和电池充电
24、所需的总电流超过太阳能电池板提供的电流时，通过降低充电电流并在 MPP 附近调节系统总线电压，从而使太阳能电池板给锂离子电池充电提供最大电力。 【9】 系统电源和电池充电电源控制架构是设计可靠的太阳能电池板供电系统的关键组成部分。2.1.2 太阳能电池板的种类太阳能电池板种类很多，主要分为分为:单晶硅，多晶硅和非晶硅电池板三种。单晶硅太阳能电池的光电转换效率为 15%左右，最高的达到 24，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大。另外单晶硅太阳能电池板寿命很长，可达 1525 年。多晶硅太阳能电池板光电转换效率约 12左右 。 制作成本上比较便宜，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低。其使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。非晶硅太阳能电池工艺过程简单，硅材料消耗少，电耗低。它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳能电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为 10左右，并且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。综合来看，三种电池板的转换效率都比较低。太阳能光伏发电若想再进一步
