【正文】 聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 : 小型太陽(yáng)能充電器 專 業(yè) : 應(yīng)用電子技術(shù) 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 4 論 文 摘 要 太陽(yáng)能作為可再生 能源和無(wú)污染能源已開(kāi)始被廣泛利用 。 本文簡(jiǎn)要介紹了 小型 太陽(yáng)能 充電器的設(shè)計(jì)，根據(jù)太陽(yáng)能電池的光伏特性，自動(dòng)控制光電池的輸出電壓以便對(duì)蓄電池進(jìn)行有效充電。就太陽(yáng)能充電器本身而言，十分具有價(jià)值。 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)充電電路，由 12V/1A 光伏電池向蓄電池（電壓 12V 容量 3Ah）充電。 關(guān)于太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)能電池的原理 太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置 。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。 太陽(yáng)能電池組件 一個(gè)太陽(yáng)能電池只能產(chǎn)生約 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于了實(shí)際應(yīng)用所需要的電 壓。太陽(yáng)能電池組件包含一定數(shù)量的太陽(yáng)能電池，這些太陽(yáng)能電池通過(guò)導(dǎo)線連接。 通過(guò)導(dǎo)線連接的太陽(yáng)能電池被密封 成的物理單元被稱為太陽(yáng)能電池組件，具有一定的防腐、防風(fēng)、防雹、防雨等的能力，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和系統(tǒng)。 組件的電氣特性主要是指電流 — 電壓輸出特性，也稱為 VI 特性曲線，如圖11 所示。 VI 特性曲線顯示了通過(guò)太陽(yáng)能電池組件傳送的電流 Im 與電壓 Vm 在特定的太陽(yáng)輻照度下的關(guān)系。太陽(yáng)能電池組件的輸出功率等于流經(jīng)該組件的電流與電壓的乘積，即 P=V I。太陽(yáng)能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性。 隨著太陽(yáng)能電池溫度的增加，開(kāi)路電壓減少，大約每升高 1℃每片電池的電壓減少 5mV，相當(dāng)于再最大功率點(diǎn)的典型溫度系數(shù) 為 %/176。也就是說(shuō)，如果太陽(yáng)能電池溫度每升高 1176。所以，太陽(yáng)直射的夏天，盡管太陽(yáng)輻射量比較大，如果通風(fēng)不好，導(dǎo)致太陽(yáng)電池溫度升過(guò)高，也可能不會(huì)輸出很大的功率。C 在該條件下，太陽(yáng)能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，表示為 Wp（ peak watt）。 太陽(yáng)能電池組件若被其它物體常 時(shí)間遮擋，被遮擋的組件將會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，這就是“熱斑效應(yīng)”。 硅太陽(yáng) 能 電池 太陽(yáng)能電池的種類較多，主要有硒光電池、砷化鎵電池、硅電池等 。目前世界上有 3 種已經(jīng)商品化的硅太陽(yáng)能電池：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池。由于它所使用的單晶硅材料與半導(dǎo)體工業(yè)所使用的材料具有相同的品質(zhì)，使單晶硅的使用成本比較昂貴。 產(chǎn)品化單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 13—— 15%。 以下是各類型太陽(yáng)能電池性征比較： 單晶體硅 多晶硅 非晶硅 薄膜 初級(jí)生產(chǎn)過(guò)程 長(zhǎng)形薄片狀 鑄成薄片 噴涂 特征 圓形芯片 方形芯片 在惰性基質(zhì)物料上加上涂層 損耗量 需要循環(huán) 廢棄物少 廢棄物有限 厚度 200 微米 240 微米 3 微米 生產(chǎn)周期時(shí)間 長(zhǎng) 中 短 光電轉(zhuǎn)換率 15~18% 13~16% 6~8% 總成本 /每 10 兆瓦 $35— 45mn $30— 40mn $15— 30mn 在高溫環(huán)境下的性能 差 差 好 在低光環(huán)境下性能 差 差 好 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要的是 12V/1A 的光伏電池，向 12V/3AH 的蓄電池充電。單晶硅太陽(yáng)能電池的最大功率有 5W、 10W、 15W、 20W、 25W、 30W 等。且 一個(gè)組件上，太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量是 36 片（ 10cm 10cm） ,這意味著一個(gè)太陽(yáng)能電池組件大約能產(chǎn)生 17V 的電壓，正好能為一個(gè)額定電壓為 12V的蓄電池進(jìn)行有效充電。以下是該太陽(yáng)能電池的相關(guān)參數(shù)信息。C 相對(duì)濕度： 100% 組件尺寸 L? W? H： 621? 281? 28（ mm） 孔徑尺寸： 4Φ （ mm） 重量： ~（ Kg） 標(biāo)稱功率 Wp： 20（ W） 最佳工作電壓 Vmp： 18（ V） 最佳工作電流 Imp： （ A） 短路電流 Isc： （ A） 開(kāi)路電壓 Voc： （ V） VI 特性曲線： 關(guān)于鉛酸蓄電池 蓄電池的概述 蓄電 池 是 一種化學(xué)電源 ， 也是一個(gè)可逆的低壓直流電源。 太陽(yáng)能電池充電對(duì)所用蓄電池的基本要求是： 1. 自放電率低； 2. 使用壽命長(zhǎng)； 3. 深放電能力強(qiáng)； 4. 充電效率高； 5. 少維護(hù)或免維護(hù)； Isc= Im= Pm Voc= Vm=18V I V 圖 11 11 6. 工作溫度范圍寬； 7. 價(jià)格低廉。其中，鉛酸蓄電池被廣泛采用的 原因是由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、內(nèi)阻小、可以再短時(shí)間供給起動(dòng)機(jī)強(qiáng)大的起動(dòng)電流。各種鉛酸蓄電池的特點(diǎn)見(jiàn)下表： 類 型 特 點(diǎn) 普通鉛蓄電池 新蓄電池的極板不帶電，使用前需按規(guī)定加注電解液并進(jìn)行初充電，初充電的時(shí)間較長(zhǎng)，使用中需要定期維護(hù)。在規(guī)定的保存期內(nèi)，如需使用，只需按規(guī)定加入電解液，靜置 20~30min 即可使用，使用中需要定期維護(hù)。在規(guī)定的保存期內(nèi)，如需使用，只需按規(guī)定加入電解液，靜置 20~30min 即可使用，使用中需要定期維護(hù)。 鉛酸電池 有 、 4V、 6V、 8V、 12V、 24V 系列，容量從 200mAh到 3000mAh。 采用了袋式微孔聚氯乙烯隔板， 將正極板裝在隔板袋內(nèi)，既可避免正極板上的活性物質(zhì)脫落，又能防止極板短路。 蓄電池內(nèi)部安裝有電解液密度計(jì)，可自動(dòng)顯示蓄電池的存電狀態(tài)和電解液液面的高低。 采用了新型安全通氣裝置和氣體收集器，在孔蓋內(nèi)部設(shè)置了一個(gè) 12 氧化鋁過(guò)濾器，可阻止水蒸氣和硫酸氣體通過(guò)，同時(shí)又可以使氫氣順利溢出。 鉛酸蓄電池雖因其制造成本低，容量大，價(jià)格低廉而被廣泛使用。影響鉛酸蓄電池壽命的因素有很多，而采用正確的充電方式能有效延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。也就是說(shuō)，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。） 鉛酸 蓄電池工作 結(jié)構(gòu)及 原理 鉛酸蓄電池的正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛（ PbO2），呈深棕色；負(fù)極板上的活性物質(zhì)是海綿狀的純鉛（ Pb），成青灰色。 將正、負(fù)極板各一片浸入電解液中，可獲得 2V左右的電動(dòng)勢(shì)。在每個(gè)單格電池中，正極板的片數(shù)要比負(fù)極板少一片，這樣每片正極板都處于兩片負(fù)極板之間，可以使正極板兩側(cè)放電均勻，避免因放電不均勻造成極板拱曲。其充 電和放電過(guò)程是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)完成的，電化學(xué)反應(yīng)式如下： 充電： 2PbSO4+2H2O＝ PbO2+Pb+2H2SO4（電解池） 陽(yáng)極： PbSO4 + 2H2O－ 2e === PbO2 + 4H+ + SO4 2 陰極 ： PbSO4 + 2e=== Pb + SO 4 2 放電： PbO2+Pb+2H2SO4＝ 2PbSO4+2H2O（原電池） 負(fù)極 ： Pb + SO4 2－ 2e === PbSO4 正極 ： PbO2 + 4H+ + SO4 2 + 2e=== PbSO4 + 2H2O 充電時(shí)，蓄電池的正、負(fù)極分別與直流電源的正、負(fù)極相連，當(dāng)充電電源的端電壓高于蓄電池的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，電流從蓄電池的正極流入，負(fù)極流出，這一過(guò)程成為充電。 充電時(shí)，正、負(fù)極板上的 PbSO4 還原成 PbO2 和 Pb，電解液中的 H 2SO4 增多，密度上升。 因此，鉛酸蓄電池需要定期補(bǔ)充蒸餾水。 當(dāng)蓄電池的正、負(fù)極板浸入電解液中時(shí)，在正、負(fù)極板間就會(huì)產(chǎn)生約 的靜止電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)若接入負(fù)載，在電動(dòng)勢(shì)的作用下，電流就會(huì)從蓄電池的正極經(jīng)外電路流向蓄電池的負(fù)極，這一過(guò)程稱為放電，蓄電池的放電過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程。電解液中 H2SO4不斷減少，密度下降。 放電終止電壓與放電電流的的大小有關(guān)。 鉛酸蓄電池的容量 電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，以符號(hào) C 表示。電池的容量可以分為理論容量，額定容量，實(shí)際容量。為了 比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，單位為 Ah/l或 Ah/kg。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為 Ah，其值小于理論容量。 鉛酸蓄電池的充電方式 鉛 酸蓄電池目前的充電方式主要有恒流、恒壓、恒壓限流、脈沖快速充電 。 可以將不同電壓值、容量相近的蓄電池串 聯(lián)起來(lái)充電。 為縮短充電時(shí)間按，充電過(guò)程通常分為兩個(gè)階段。 恒流充電的適應(yīng)性強(qiáng)，可任意選擇和調(diào)整充電電流的大小，有利于保持 14 蓄電池的技術(shù)性能和延長(zhǎng)使用壽命，其缺點(diǎn)是充電時(shí)間長(zhǎng)，要經(jīng)常調(diào)節(jié)充電電流。 2. 恒壓充電 恒壓充電是指充電過(guò)程中，充電電源電壓保持恒定的充電方法。 若充電電壓過(guò)高，將導(dǎo)致過(guò)充電；充電電壓過(guò)低，將導(dǎo)致充電不足。 在恒壓充電初期，充電電流較大， 4~5h 內(nèi)即可道道額定容量的90%~95%，因而充電時(shí)間較短，而且不需要照管和調(diào)整充電電流，適用于蓄電池的 補(bǔ)充充電。 3. 恒壓限流充電 恒壓限流法實(shí)際上是講恒壓充電和恒流充電相結(jié)合，又可稱為混合充電法。當(dāng)電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)，進(jìn)入恒壓充電方式。由于蓄電池充電電壓較低，充電后期電流很小。恒壓限流方式是一種很有效的充電方式，加上過(guò)充判斷、浮充控制、溫度補(bǔ)償?shù)染每梢孕纬梢粋€(gè)簡(jiǎn)單的充電管理系統(tǒng)，蓄電池可以再 這個(gè)系統(tǒng)下更好地工作。蓄電池中產(chǎn)生的極化現(xiàn)象會(huì)阻礙充電，并且使出氣率和溫升顯著升高。用周期性的脈動(dòng)電流給電池充電可以使電池有時(shí)間恢復(fù)其原來(lái)狀態(tài)，減小極化現(xiàn)象的影響，解決快速充電面臨的難題。 太陽(yáng)能電池與蓄電池的配接 選取蓄電池時(shí) ,應(yīng)該根 據(jù)太陽(yáng)能電池功率的大小來(lái)選用不同的種類的充電電池和蓄電池。在使用中電池的電壓可以通過(guò)串聯(lián)獲得加倍 ,電流(容量 )可以通過(guò)并聯(lián)加倍。 目前生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的商家的產(chǎn)品 、種類和規(guī)格都是多種多樣的。假如蓄電池的充電時(shí)率選擇在 C10,充電的補(bǔ)償值定位 倍 ,那么一個(gè)額 定 12V 電 壓的蓄電 池應(yīng)當(dāng)選 配的太陽(yáng) 能電池的 電壓應(yīng)該在12V= 左右的太陽(yáng)能電 池 ,這個(gè)電壓值已經(jīng)接近蓄電池的極限充電電壓。 用硅管 IN400 系列 (最大電流為 1A)或者 IN54 系列 (最大電流 3A),并聯(lián)使用二極管時(shí)注意選擇內(nèi)阻一致性的。為防止太陽(yáng)能電池在強(qiáng)光下由于遮擋受損 ,最好在太陽(yáng)能電池組件輸出端的兩極并聯(lián)一個(gè)旁路二極管 ,防止某塊電池組在得不到光照而成為負(fù)載產(chǎn)生嚴(yán)重發(fā)熱 ,旁路二極管的電流值不能低于該塊太陽(yáng)能組件的電流值。 LT3757 有兩個(gè)電壓反饋誤差 放大器 和基準(zhǔn)電壓。 LT3757 在 至 40V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作，實(shí)現(xiàn)高達(dá) 96%的效率，非常適用于工業(yè)、汽車、醫(yī) 療和電信應(yīng)用。固定頻率、電流模式控制可在寬電源和輸出電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作，加之全陶瓷電容器設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了更小的解決方案尺寸?？删幊誊泦?dòng)允許控制輸出電壓接通時(shí)間。 以 1000 片為單位批量購(gòu)買，每片價(jià)格為 美元。 FBX（ Pin 2）：正，負(fù)反饋引腳， 通過(guò)外部 電阻分壓器 收到反饋的輸出電壓 ，調(diào)節(jié)到 GND 的頻 率在啟動(dòng)和故障情況時(shí) FBX 被關(guān)閉 。該引腳電壓調(diào)節(jié)補(bǔ)償引腳（ VC）的鉗 位 。該引腳有一個(gè) 10μ A 的（典型）的上拉電流源 作 為內(nèi)部 的軌道。 RT（ Pin 4）： 開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)引腳。不允許這個(gè)引腳開(kāi)路。用于同步的開(kāi)關(guān)頻率到 一個(gè)外部時(shí)鐘。若 不使用此功能 則連接 SYNC 引腳到 GND。 SENSE（ Pin 6）：控制回路的電流檢測(cè)的輸入。檢測(cè)電阻負(fù)極的電流應(yīng)連接到