2 太陽能電池板的選用
　　太陽能電池板是太陽能供電系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，是該充電器的核心部分，其功能是將太陽光的輻射能量轉(zhuǎn)化為電能，它的光電轉(zhuǎn)化效率決定了供電系統(tǒng)的工作效率，故光電轉(zhuǎn)化率是一個重要的參數(shù)。目前太陽能電池主要分為單晶硅、多晶硅和非晶硅太陽能電池。其中單晶硅太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換率為15%～20%，甚至可達(dá)到24％，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。多晶硅電池板的轉(zhuǎn)化率約為12%左右，非晶硅約為10%左右，在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅、多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池^[1]，故本系統(tǒng)的太陽能電池板采用單晶硅電池。
　　如今的便攜式數(shù)碼設(shè)備種類較多，所需電壓電流不等，對于輸入功率較大的設(shè)備，必須采用面積較大的電池板，而這又給攜帶帶來不便。因此該設(shè)計采用模塊式組合，根據(jù)不同充電負(fù)載的需要，將太陽能板進(jìn)行組合以達(dá)到具有一定要求的輸出功率和輸出電壓的一組光伏電池。本文以手機(jī)、MP3等常用小功率用電設(shè)備為例，說明其太陽能充電器的設(shè)計過程。所選用的太陽能電池板技術(shù)參數(shù)指標(biāo)如下: 尺寸120mm×45mm，峰值電壓6V，峰值電流100mA，標(biāo)稱功率0.6W?？紤]被充電池的電流不同所需充電時間不等，采用四塊相同參數(shù)電池板進(jìn)行串、并聯(lián)，實測電池板的輸出電壓最大值為10.8V,電流最大可達(dá)212mA，總標(biāo)稱功率為2.4W左右,實際輸出可根據(jù)不同的被充電對象進(jìn)行平滑調(diào)整。
　　另外，由于在不同的時間、地點太陽光照強(qiáng)度不定,使太陽能電池輸出的電壓、電流不穩(wěn)定,故本設(shè)計加入相應(yīng)的升壓、穩(wěn)壓等控制環(huán)節(jié)。下面介紹充電控制電路的設(shè)計。
3 充電控制電路設(shè)計
3.1 升壓電路設(shè)計
　　直流升壓就是將電池提供的較低的直流電壓提升到需要的電壓值，本文采用BAU72集成升壓電路，該元件是電壓型PFM控制模式的DC-DC轉(zhuǎn)換元件，內(nèi)部包括輸出電壓反饋和修正網(wǎng)絡(luò)、啟動電路、振蕩電路、參考電壓電路、PFM控制電路、過流保護(hù)電路以及功率管。PFM控制電路是核心，該模塊根據(jù)其他模塊傳遞的輸入電壓信號、負(fù)載信號和電流信號來控制功率管的開關(guān)狀態(tài)，從而實現(xiàn)控制電路恒壓輸出的功能。在PFM 控制系統(tǒng)中，振蕩電路提供基準(zhǔn)振蕩頻率和固定的脈寬，參考電壓電路提供穩(wěn)定的參考電平，根據(jù)輸入-輸出電壓比例以及負(fù)載情況，通過消脈沖來調(diào)節(jié)在單位時間內(nèi)功率管導(dǎo)通時間，以實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。由于采用內(nèi)部的修正技術(shù)，保證輸出電壓精度達(dá)到±2%，同時由于參考電壓經(jīng)過精心的溫度補(bǔ)償設(shè)計考慮，使得芯片的輸出電壓的溫度漂移系數(shù)小于100ppm/℃。高增益的誤差放大器保證了在不同輸入電壓和不同負(fù)載電流情況下穩(wěn)定的輸出電壓。
??? 以BAU72集成升壓芯片為核心，其外圍電路較簡單，只需要一個電感、一個輸出電容和一個肖特基二極管，升壓電路如圖2所示，其中電感的寄生串聯(lián)電阻、肖特基二極管的正向?qū)▔航凳巧龎弘娐饭β蕮p耗的主要原因，電容和電感會影響輸出的紋波。所以為了獲得較高的轉(zhuǎn)換效率、較低的紋波與噪聲，選擇合適的電感、肖特基二極管和電容是關(guān)鍵。經(jīng)過反復(fù)實驗，本設(shè)計選擇47μF的電容，56μH的電感，二極管選用IN5819，實現(xiàn)輸出電壓為10.1V，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到80％，可滿足后續(xù)充電電路的工作需要。

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3.2 穩(wěn)壓電路設(shè)計
??? 穩(wěn)壓電路的設(shè)計以三端集成穩(wěn)壓器W7800為核心，它屬于串聯(lián)穩(wěn)壓電路，其工作原理與分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓電源相同。它由啟動電路、取樣電路、比較放大電路、基準(zhǔn)環(huán)節(jié)、調(diào)整環(huán)節(jié)和過流保護(hù)環(huán)節(jié)等組成，此外還有過熱和過壓保護(hù)電路^[2]，因此，其穩(wěn)壓性能要優(yōu)于分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。而且三端集成穩(wěn)壓器設(shè)置的啟動電路，在穩(wěn)壓電源啟動后處于正常狀態(tài)時，啟動電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路脫離聯(lián)系，這樣輸入電壓變化不直接影響基準(zhǔn)電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。
　　穩(wěn)壓電路如圖3所示，電路中Ci的作用是消除輸入連線較長時其電感效應(yīng)引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在0.1μF～1μF之間，本文Ci選用0.33μF；在輸出端接電容Co是用于消除電路高頻噪聲，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，一般取0.1μF左右，本文Co即選用0.1μF。一般電容的耐壓應(yīng)高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入端斷開時Co從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，造成穩(wěn)壓器的損壞，在穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，對W7800起保護(hù)作用。

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3.3 充電電路設(shè)計
　　鋰電池以其體積小、容量大、重量輕、無記憶效應(yīng)、無污染、電池循環(huán)充放電次數(shù)多（壽命長）等優(yōu)點，現(xiàn)已獲得廣泛應(yīng)用，諸多數(shù)碼產(chǎn)品均使用鋰電池。但鋰電池對充電條件要求嚴(yán)格，充電控制要求精度高，對過充電的承受能力差。因此，該充電電路包括電池充電控制電路和電池電量檢測控制電路兩部分。充電控制電路,用來控制前述升壓或穩(wěn)壓電路向鋰電池進(jìn)行充電,同時它也是鋰電池的充電電路；電池電量檢測電路,用以檢測充電電量的多少,當(dāng)電池充滿電時,充滿指示燈亮,于是邏輯電路控制充電電路斷開,停止充電，其電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。

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　　鋰電池的充電過程分兩階段進(jìn)行，第一階段為恒流充電，充電電流約為212.5mA，當(dāng)充電電壓達(dá)到4.2V+0.05V時轉(zhuǎn)入第二階段，即4.2V±0.05V的恒壓充電方式，恒壓充電電流會隨著時間的推移而逐漸降低，待充電電流降到0.1mA時，表明電池已充到額定容量的93%～95%，此時即可認(rèn)為基本充滿，如果繼續(xù)充下去，充電電流會慢慢降低到零，電池完全充滿。充電過程中，“充電”指示燈亮；充滿時，“充飽”指示燈亮，“充電”指示燈滅。
4 實驗測試數(shù)據(jù)
　　根據(jù)上述設(shè)計思路，系統(tǒng)已經(jīng)研制成功，并對實驗產(chǎn)品進(jìn)行了測試，各項測試結(jié)果良好，具體測試數(shù)據(jù)如下：
　　(1)電池板開路電壓：12.8V，輸出電流210mA～305mA；
　　(2)穩(wěn)壓電路輸出電壓：9.98V；
　　(3)升壓電路輸入電壓：6.68V；
　　(4)升壓電路輸出電壓：10.1V；
　　(5)充電電路輸入電壓：10.0V；
　　(6)蓄電池輸出電壓：6.2V；
　　(7)終端輸出電壓：4.3V。
　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，資源短缺、環(huán)境污染與社會需求的矛盾日益突出，加速推廣利用太陽能等可再生能源已成為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要條件。該太陽能充電器的電池板采用折疊式結(jié)構(gòu)，它可以像一本書那樣展開，增加電池板的受光面積，擴(kuò)大輸出容量，再采用模塊式組裝，既便于攜帶，使用靈活，又可擴(kuò)展其輸出范圍，增大輸出電壓，以滿足不同類型數(shù)碼產(chǎn)品的充電需求。

參考文獻(xiàn)
[1] 蔣鴻飛，胡淑婷.綠色能源——太陽能充電器.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，(2)：147-149.
[2] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社,1999.