太陽能手機充電器報告.doc

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學院：電氣工程學院 班級：12電4 學生姓名：王建宙 武鑫 張路路 指導老師：劉麗萍 設(shè)計時間：2014年12月8日 太陽能手機充電器 數(shù)字電路課程設(shè)計報告  目錄 一、設(shè)計任務(wù)和要求 1 二、設(shè)計方案的選擇分析 1 三、電路設(shè)計與分析 4 四、設(shè)計總結(jié)及心得 5 五、反思與改進 5 六、附錄 6 （1） 元器件明細表 （2） 附圖 七、參考文獻 9 八、課程附加小設(shè)計—門鈴 10 一、 設(shè)計任務(wù)和要求 實現(xiàn)太陽能電池板給手機充電 具體要求：當按下總開關(guān)時，太陽能電池板開始給手機充電，并且LED燈亮表示太陽能電池板正在工作。 二、 設(shè)計方案的選擇與分析 MC34063芯片介紹 本設(shè)計需要用到的芯片是MC34063，下面是其功能介紹。 MC3 4 0 6 3是一單片雙極型線性集成電路專用于直流-直流變換器控制部分。片內(nèi)包含有溫度補償帶隙基準源、一個占空比周期控制振蕩器、驅(qū)動器和大電流輸出開關(guān)能輸出1 . 5 A的開關(guān)電流。它能使用最少的外接元件構(gòu)成開關(guān)式升壓變換器、降壓式變換器和電源反向器。 特點： *能在3 . 0 - 4 0 V的輸入電壓下工作 *短路電流限制 *低靜態(tài)電流 *輸出開關(guān)電流可達1 . 5 A無外接三極管 *輸出電壓可調(diào) *工作振蕩頻率從1 0 0 HZ到1 0 0 KHZ MC34063引腳圖見下圖一 圖一 MC34063的引腳說明 1腳：開關(guān)管T1集電極引出端 2腳：開關(guān)管T1發(fā)射極引出端 3腳：定時電容ct接線端；調(diào)節(jié)ct可使工作頻率在100—100kHz范圍內(nèi)變化 4腳：電源地 5腳：電壓比較器反相輸入端，同時也是輸出電壓取樣端；使用時應(yīng)外接兩個精度不低于1％的精密電阻；6腳：電源端； 7腳：負載峰值電流（Ipk）取樣端 6，7腳之間電壓超過300mV時，芯片將啟動內(nèi)部過流保護功能 8腳：驅(qū)動管T2集電極引出端。 MC34063電路原理 振蕩器通過恒流源對外接在CT 管腳( 3腳)上的定時電容不斷地充電和放電以產(chǎn)生振蕩波形。充電和放電電流都是恒定的振蕩頻率僅取決于外接定時電容的容量。與門的C 輸入端在振蕩器對外充電時為高電平D 輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時為高電平。當C 和D輸入端都變成高電平時觸發(fā)器被置為高電平 輸出開關(guān)管導通;反之當振蕩器在放電期間C輸入端為低電平觸發(fā)器被復位使得輸出開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 電流限制通過檢測連接在VCC即6腳和7 腳之間采樣電阻Rs c上的壓降來完成當檢測到電阻上的電壓降接近超過3 0 0 mV時電流限制電路開始工作這時通過CT 管腳( 3腳) 對定時電容進行快速充電以減少充電時間和輸出開關(guān)管的導通時間結(jié)果是使得輸出開關(guān)管的關(guān)閉時間延長。 DC/ DC轉(zhuǎn)換器3 4 0 6 3開關(guān)管允許的峰值電流為1 . 5 A超過這個值可能會造成3 4 0 6 3永久損壞。由于通過開關(guān)管的電流為梯形波所以輸出的平均電流和峰值電流間存在一個差值。如果使用較大的電感這個差值就會比較小這樣輸出的平均電流就可以做得比較大。例如輸入電壓為9 V輸出電壓為3 . 3 V，采用2 2 0μH的電感輸出平均電流達到9 0 0 mA峰值電流為1 2 0 0 mA。單純依賴3 4 0 6 3內(nèi)部的開關(guān)管實現(xiàn)比9 0 0 mA更高的輸出電流不是不可以做到但可靠性會受影響。要想達到更大的輸出電流必須借助外加開關(guān)管。 MC34063的應(yīng)用： 利用MC34063芯片可以進行升壓或降壓操作，在本設(shè)計中我們采取降壓操作，將太陽能電池板輸出的9V電壓降到5V，繼而對手機進行充電。由于MC34063輸出電流較大時可靠性會受到影響，故我們借助外加開關(guān)管對其進行擴流，降壓擴流接法有如下圖二兩種。 圖二 圖二中分別為MC34063的降壓型達林頓及非達林頓接法。采用非達林頓接法外接三極管可以達到飽和，當達到深度飽和時由于基區(qū)存儲了相當?shù)碾姾?，所以三極管關(guān)斷的延時就比較長，這就延長了開關(guān)導通時間影響開關(guān)頻率。達林頓接法雖然不會飽和，但開關(guān)導通時壓降較大所以效率也會降低。可以采用抗飽和驅(qū)動技術(shù)。本設(shè)計中我們采取非達林頓接法。 太陽能電池板介紹 在本設(shè)計中用到的是9V的太陽能滴膠板。下面是對它的介紹： 名稱：4.2W 9V單晶硅太陽能板 工作電壓：9V 工作電流：0—465ma 材質(zhì)： 1. 晶片：單晶/多晶（硅片） 2. 封裝材質(zhì)：高透光、固化后硬度，電氣性能特佳環(huán)氧樹脂 3. 封裝工藝：滴膠或稱灌膠 4. 底板材料：抗變形、高強度PCB板(玻纖底板酚醛紙板或鋁基板） 尺寸：200*130MM 實物見下圖三所示 圖三 太陽能電池板實物圖 這款太陽能板是滴膠板，滴膠板是太陽能電池板的一種，只是封裝方式不同。通過把太陽能電池片激光切割成小片，做出需求的電壓與電流，再進行封裝。因尺寸較小，一般不采用類似太陽能光伏組件那樣的封裝方式，而是用環(huán)氧樹脂覆蓋太陽能電池片，與PCB線路板粘結(jié)而成，具有生產(chǎn)速度快，抗壓耐腐蝕，外觀晶瑩漂亮，成本低等特點。滴膠板是太陽能產(chǎn)品的一個配件，可以給蓄電池充電，或直連負載，應(yīng)用于太陽能草坪燈，地坪燈，庭院燈，太陽能充電器，太陽能路牌，太陽能道釘，太陽能交通指示牌，太陽能手電筒，太陽能玩具禮品等電子電器產(chǎn)品。 光電轉(zhuǎn)換是將太陽能換成電能，途徑有二：一是熱發(fā)電，用聚熱器把太陽能變成熱能，再通過渦輪機將熱能轉(zhuǎn)成電能。二是光發(fā)電，利用太陽能電池的光電效應(yīng)，將太陽能直接轉(zhuǎn)變成電能。 發(fā)電原理： 當光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。它是利用電位差發(fā)電，無電磁波產(chǎn)生 太陽電池(solar cell)是以半導體制程的制作方式做成的，其發(fā)電原理是將太陽光照射在太陽電池上，使太陽電池吸收太陽光能透過圖中的p-型半導體及n-型半導體使其產(chǎn)生電子(負極)及電洞(正極)，同時分離電子與電洞而形成電壓降，再經(jīng)由導線傳輸至負載。簡單的說，太陽光電的發(fā)電原理，是利用太陽電池吸收0.2μm～0.4μm波長的太陽光，將光能直接轉(zhuǎn)變成電能輸出的一種發(fā)電方式。由于太陽電池產(chǎn)生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉(zhuǎn)換器，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，才能供電至家庭用電或工業(yè)用電。 三、 電路設(shè)計與分析 我們采用AD軟件畫的設(shè)計原理圖見圖四。 圖四 太陽能手機充電器原理圖 太陽能電池板輸出先接一個開關(guān)，然后接一個二極管防止太陽光不足時電池板輸出電壓低，手機反充電。之后按照圖二中的非達林頓接法接MC34063模塊，然后接一個LED燈，燈亮則表示當電池板的電壓降到5V。再接一個USB母頭，以方便手機充電線進行充電。 在用AD軟件進行畫圖時，由于元件庫中不存在MC34063這個器件，故用方框圖代替。MC34063芯片降壓后的輸出電壓計算公式為： 若想得到輸出電壓為5V則需要為3，在本電路設(shè)計中我們選取R2為3kΩ，R1為1KΩ。為保證轉(zhuǎn)換速度，在三極管處我們選用IN5819二極管。 對于USB母頭，我們只需將電路接其兩端即可，其兩端分別為電源線和地線。中間兩根線是傳送數(shù)據(jù)用途。見下圖五 圖五 USB母頭示意圖 四、 設(shè)計總結(jié)及心得 我們這次選的數(shù)電課設(shè)題目雖然簡單，但是明白了設(shè)計做一項工程的流程。在設(shè)計前期必要材料的收集和準備是必須的。只有把必要的材料準備好，在后續(xù)的實際操作中才可以得心應(yīng)手。 對于我們自動化專業(yè)來說，實際操作能力是很重要的，并且將來走入社會中團隊的合作能力是必不可少的。經(jīng)過這次數(shù)電課程設(shè)計，我們?nèi)齻€人相互協(xié)調(diào)分工，鍛煉了團隊合作能力和實際動手能力。經(jīng)過前期的材料收集準備，淘寶網(wǎng)上的太陽能電池板選購和三天的電路焊接和調(diào)試，成功的做出了產(chǎn)品。但是設(shè)計還有不足之處，由于未考慮到9V太陽能電池板的輸出基本上不可能達到1A，故本不需要采用MC34063芯片的擴流用法，這樣效率會更高。 雖然這是是數(shù)電課程設(shè)計，但我們主要用到的都是模電中的內(nèi)容，深刻認識到了學習過的知識要記得鞏固和實踐才可真正體會到。 當把線路連接完成后，百分之八十都不能正常工作，這就需要進行調(diào)試。經(jīng)過這次課程設(shè)計，有以下體會： 1.電路不工作或者出錯首先檢查線連接是否錯誤，切記注意公共端連地。 2.電路出錯檢查是否焊接時出錯，可能會兩個很近的焊點發(fā)生短路，或者導致滑動變阻器有兩端連上使其不能發(fā)揮作用。 3.當出錯調(diào)試的時候，用電壓表分別測量各個關(guān)鍵點處的電壓，逐個排除錯誤。不僅小項目是這樣調(diào)試，當以后做大項目時候調(diào)試原理也是如此。 4.在電路接二極管的時候，當電壓較高時必須串聯(lián)一個越500Ω的電阻，否則二極管會損壞不工作，由于此錯誤，我們組浪費了一個LED二極管。 五、 反思與改進 成功完成作品后，去室外進行了實地檢驗，成品圖片及效果圖見附錄。在陽光下9V的太陽能電池板能達到11V左右的電壓，經(jīng)過降壓后能穩(wěn)定的達到4.9V，可以實現(xiàn)對手機的充電。但是檢測電流發(fā)現(xiàn)，輸出電流200ma左右，充電較慢。并且當陰天或者陽光不充足時發(fā)現(xiàn)雖然手機顯示在充電進行中，但是經(jīng)過一段時間后電量基本沒長，分析原因后發(fā)現(xiàn)是由于電池板給手機沖進去的電等會或者小于在此期間手機消耗的電。由于本太陽能電池板的輸出電流最大是400ma，進行降壓后電流增大也超不過1A，故不需要采用MC34063擴流電路，所以本設(shè)計的擴流電路使效率稍微降低。 六、 附錄 （1） 元器件明細表 器件 數(shù)量 9V太陽能電池板 1個 MC34063 1個 LED燈 1個 100uH的電感 2個 二極管IN5819 1個 二極管IN4007 2個 三極管PNP 1個 Usb接口插頭 1個 導線 若干 電阻 3K，1K，0.33,330,100,470 電容 100uf,470pf 開關(guān) 1個 （2） 附圖 附圖一 太陽能電池板在陽光下的開路電壓 附圖二 太陽能電池板usb兩頭的輸出電壓 附圖三 太陽能電池板給手機進行充電電流 附圖四 產(chǎn)品效果圖 附圖五太陽能電池對手機充電效果圖 附圖六 太陽能充電器可以對本班其他同學產(chǎn)品進行供電 七、 參考文獻 1. 康華光《電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分（第五版）》.北京：高等教育出版社，2006 MC34063中英文PDF 2. http://baike.baidu.com/link?url=hcjwbkVk-kfrQu9vlfE_Oq9NLIvFICcGP-mQcZXlaIx40mMwLz5HirB_bc9H0pmlKRShqU9Gz836Ua85phPuYq 3. http://wenku.baidu.com/link?url=BmuqDkKy1aAno5icPvql24_zoSpzY9ZbvuQNgLuHC8HLBj3ZgMU6qxo-sSrAZf8sO2Gd8oXCdMyK7igmdKyjon2lq2a6ZzPJI8Hi4oA0G3u 課程附加小設(shè)計——門鈴 由于買太陽能電池板之后，郵寄的時間較長，故我們組利用這段時間做了一個雙音門鈴，作品見下圖六所示。采取USB母頭給其供應(yīng)5V的電，既可以和后來做的太陽能電池板連接使用，又可以使用電腦USB輸出供電。 圖六 門鈴產(chǎn)品圖 一、 NE555定時器管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖七 555定時器管腳圖 如上圖所示： 其中管腳1接地 管腳2觸發(fā)低電平 管腳6觸發(fā)高低平 管腳8接電源 管腳4接復位 管腳7放電三極管 管腳3輸出端 圖八 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 在本設(shè)計中需要將555定時器接成多諧振蕩器，需要將6、2端連接起來構(gòu)成施密特觸發(fā)器，然后再將V0經(jīng)RC積分電路接回輸入端就可以了。 當4端復位端為0，則輸出為0。 二、 555定時器的功能表 輸入 觸發(fā)輸入（V12） 觸發(fā)輸入（V12） 復位（RD） 輸出 （V0） 放電管T * * 0 0 導通 1 1 截止 1 0 導通 1 不變 不變 三、 門鈴原理 下圖九是門鈴原理圖 圖九 門鈴原理圖 本電路是以一塊以NE555時基電路為核心組成的“叮咚”門鈴。 電路圖中的NE555和R1、R2、R3、R4、D1、D2、C2構(gòu)成了一個多諧振蕩器，SW是叮咚門鈴的按鈕開關(guān)，在平日按鈕開關(guān)處于斷開的狀態(tài)，此時D2沒有導通，D1反向截止，R3接地，所以NE555的4號端口一直處于低電平，而NE555的4接口是復位端，當接入低電平時使其復位，所以3號端口無輸出，揚聲器不響。 當SW閉合時，D2正向?qū)?，通過R3向C1充電，C1兩端電壓升高，此時NE555的4號端處于高電平，無法使其復位，于此同時C2通過R4、R2進行充電，C2通過R2向NE555的7端口放電，它們以及NE555和C3構(gòu)成了一個多諧振蕩器。此時發(fā)出“?！钡穆曇?。 當SW又斷開時，D2沒有導通，D1反向截止，同時C2通過R1、R4、R2進行充電，C2通過R2向NE555的7端口放電，它們以及NE555和C3構(gòu)成了一個多諧振蕩器。此時發(fā)出“咚”的聲音。并且通過C1放電時間來控制4端高電平的時間進而控制“咚”聲的長短。 其中6端和2端需要用導線連接，以構(gòu)成施密特觸發(fā)器，然后再將V0經(jīng)RC積分電路接回輸入端就可以構(gòu)成多諧振蕩器。 四、 附錄 （1） 元器件明細表 器件 數(shù)量 無源蜂鳴器 1個 NE555定時器 1個 IN4007二極管 2個 按鍵開關(guān) 1個 USB母頭 1個 PNP三極管 1個 電容 100uf，0.1uf,0.01uf 電阻 10K,470Ω，5K，30K （2） 附圖 太陽能電池板與門鈴連接圖 五、 參考文獻 1、 閆石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 2、 http://baike.baidu.com/link?url=7d7KZaGShEZC8TSK8XCIQhfBoAQ3rCmw8DfORTjcu8UPvNKR8vVr0tXxSOegc3SYLkbm1h-pV4L_9cSg0IrmqK