太阳能充电器的制作及原理

6、非原装充电器：使用非原装的充电器充电，导致手机发热，这样的充电器缺少保护电路，不能保证充电时电流的稳定，而且容易烧坏电池、缩短电池使用寿命，甚至有爆炸的危险。充电后不及时拔掉电源，会让电池一直维持着满电的状态，这样做会加快电池的损耗速度，很习惯晚上睡前充电，如果用原装的充电设备，充满电后会自动待机，这时候其实用的是充电器的电，不会使用电池，如果不是原装的话，持续充电则会损害电池。在科陆电子展示其明星产品cl5820c系列架式直流充电桩的现场，工作人员告诉记者，该产品由室内整流机柜与室外充电弓共同组成，集充电控制与保护、人机交互与通信、功率变换与输出等为一体，可提供直流超大功率充电服务，一次充电只需15分钟，支持手机app方式进行身份认证、充电控制、支付结算等功能。

工作原理

太阳能电池在使用时由于太阳光的变化较大，其内阻又比较高，因此输出电压不稳定，输出电流也小，这就需要用一个直流变换电路变换电压后供手机电池充电，直流变换电路见图1，它是单管直流变换电路，采用单端反激式变换器电路的形式。当开关管VT1导通时，高频变压器T1初级线圈NP的感应电压为1正2负，次级线圈Ns为5正6负，整流二极管VD1处于截止状态，这时高频变压器T1通过初级线圈Np储存能量；当开关管VT1截止时，次级线圈Ns为5负6正，高频变压器T1中存储的能量通过VD1整流和电容C3滤波后向负载输出。

电路工作原理简述如下：

三极管VT1为开关电源管，它和T1、R1、R3、C2等组成自激式振荡电路。加上输入电源后，电流经启动电阻R1流向VT1的基极，使VT1导通。

VT1导通后，变压器初级线圈Np就加上输入直流电压，其集电极电流Ic在Np中线性增长，反馈线圈Nb产生3正4负的感应电压，使VT1得到基极为正，发射极为负的正反馈电压，此电压经C2、R3向VT1注入基极电流使VT1的集电极电流进一步增大，正反馈产生雪崩过程，使VT1饱和导通。在VT1饱和导通期间，T1通过初级线圈Np储存磁能。

与此同时，感应电压给C2充电，随着C2充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，当VT1的基极电流变化不能满足其继续饱和时，VT1 退出饱和区进入放大区。

三极管q1和变压器t为其核心部件当+12v电源接通时，其正输入端经防反接二极管d1和滤波电容c1分两路输出，其一路接入串接于三极管q1集电极变压器t的初级线圈，另一路经电阻r2接q1的基极，使得q1导通，变压器t1的初级线圈有电流流过，并在其次级线圈产生感应电动势，由次级线圈a和电阻r3、r4、电容c3及二极管d5构成的正反馈电路将正反馈信号加在q1的基极，使q1很快饱和导通，q1饱和后电流不再增加，使a线圈的感应电压也减小为零，q1又退出饱和区，q1集电极电流减小，使的a线圈中产生的感应电势反相，即地端为正，非地端为负，此信号经正反馈电路耦合到q1的基极，使q1加速截止，同时在次级线圈b中产生振幅很高的脉冲电压。恒流输出电路再连接至霍姆赫兹线圈,从而圈内部得到均匀分布的电磁场.图 1中,uf为电压源输出电压反馈信号,ug为电压源输出电压的调节值,udsf为功率mosfet的漏源电压降反馈信号,uc为恒流输出驱动电路控制信号,if为采集的输出电流反馈信号,ig为电流给定值.所设计的霍姆赫兹线圈由一对匝数、边长、高度和厚度相同的共轴平行放置的正方形线圈组成,单个线圈的外形长宽均匀384mm,高度为150mm,匝数为150匝,厚度约为4mm,线圈阻值rl=2.5Ω.。随着Ｃ４４充电电压的上升，注入Ｑ１５的基极电流越来越少，Ｑ１５退出饱和而进入放大状态制作一个太阳能充电器，Ｌ１绕组的振荡电流减小，由于电感线圈中的电流不能跃变，Ｌ１绕组感应电势反相，Ｌ２绕组的反相感应电势经Ｒ７０、Ｃ４１、Ｄ４１回路向Ｃ４１充电，Ｃ４１正极接地，负极负电位，使ＺＤ３、Ｄ３０导通，Ｑ１５基极被迅速拉至负电位，Ｑ１５截止。

VT1截止后，变压器T1储存的能量提供给负载，次级线圈Ns产生的5负6正的电压经二极管VD1整流滤波后，在C3上得到直流电压给手机电池充电。

当锯齿波电容c16放电一段时间后(此时反向电动势已经消失)，电压比较器u3c的⑩脚(反相输入端)的电压又低于11脚(同相输入端)的电压，13脚翻转为高电平，使得igbt重新进入饱和导通状态。正向激励使q502饱和的同时向c525充电，在q502截止时，c525上所充的电压成为反向激励管的电源。 igbt进入饱和导通状态后，同步电路的电压比较器u3a的⑥脚(反相输入端)的电压高于⑦脚(同相输入端)的电压，①脚(输出端)翻转为低电平，+5v电压经电阻r11向锯齿波电容c16充电。

电路设计工作是设置进入快速充电的电压阈值，进入恒压充电的电压阈值，充电超时时间，恒流充电的电流值，恒压充电的电压值，充电结束的电流阈值，中断处理，提供sys接口给上层都充电的状态，包括电池的类型，电池最高电压，电池最低电压，电池当前电压，电池电量的百分比，电池的状态，充电电流和电池温度等等。针对镍镉或镍氢电池的特性,需要设计一个恒流的充电器.本电路实际上是一个恒流源.核器件是集成三端可调稳压器lm317t.它在电源电压足够的情况下可以保持其+vout端比其adj端电压高1.25v.请看图中的接法,adj端直接与待充电池相连.但adj端的内阻很大(正常情况下adj端的电流不会超过50μa),可近似看作开路,但它可以对电压进行取样.lm317t将+vout端的电压提高到比adj端高1.25v,那么跨接在+vout端与adj端的电阻上将有1.25v/25.5Ω=0.05a=50ma的电流流过(25.5Ω为开关打开时,r1与r2并联后的总阻值).这个电流便流过电池,对电池进行了恒流充电.。时间t1~t2时当开关脉冲加至q1的g极时,q1饱和导通,电流i1从电源流过l1,由于线圈感抗不允许电流突变.所以在t1~t2时间i1随线性上升,在t2时脉冲结束,q1截止,同样由于感抗作用,i1不能立即变0,于是向c3充电,产生充电电流i2,在t3时间,c3电荷充满,电流变0,这时l1的磁场能量全部转为c3的电场能量,在电容两端出现左负右正,幅度达到峰值电压,在q1的ce极间出现的电压实际为逆程脉冲峰压+电源电压,在t3~t4时间,c3通过l1放电完毕,i3达到最大值,电容两端电压消失,这时电容中的电能又全部转为l1中的磁能,因感抗作用,i3不能立即变0,于是l1两端电动势反向,即l1两端电位左正右负,由于阻尼管d11的存在,c3不能继续反向充电,而是经过c2、d11回流,形成电流i4,在t4时间,第二个脉冲开始到来,但这时q1的ue为正,uc为负,处于反偏状态,所以q1不能导通,待i4减小到0,l1中的磁能放完,即到t5时q1才开始第二次导通,产生i5以后又重复i1~i4过程,因此在l1上就产生了和开关脉冲f(20khz~30khz)相同的交流电流。

元器件选择和安装调试

VT1要求Icm＞0.5A，hEF为50-100，可用2SC2500、2SC1008等，VD1为稳压值为3V的稳压二极管。

高频变压器T1要自制，用E16的铁氧体磁芯，Np用φ0.21漆包线绕26匝，Nb用φ0.21漆包线绕8匝，Ns用φ0.41漆包线绕15匝。绕制时要注意各线圈的起始端不要搞错，以免电路不起振或输出电压不正常。组装时在两块磁芯间垫一层厚度约为0.03mm的塑料薄膜作磁芯气隙。

太阳能电池板使用4块面积为6cm×6cm的硅太阳能电池板，其空载输出电压为4V，当工作电流为40mA时输出电压为3V。由于直流变换器的工作效率随着输入电压的的增高而增高，因此4块太阳能电池板串联后使用，这时电路的输入电压为12V。读者可根据你能购到的太阳能电池板规格决定使用的数量和联接方法。

其它元件的参数见图1。

印刷电路板见图2，尺寸为45×26mm2。

r922、r941、r921为升压回路中电流检测电阻，当电路电流过大时，检测电阻上的压降也相应增大，这个电压送到n901的③脚，当这个电压大于1v时，芯片内保护电路动作，减小输出pwm脉冲波的占空比，让输出电压变低，电流减小。（3）一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升 高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变。电源总功率不变答案b解析由题意，增加光照强度，rt减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流i增大，电源的内电压增大，路端电压u减小，则a灯变暗，通过r0电流i0＝i－ia，i增大，而ia减小，则i0增大，r0两端电压u0增大，而r0、b的电压之和等于路端电压，路端电压减小制作一个太阳能充电器，则知，b的电压减小，b灯变暗。

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