多功能太阳能移动电源的研制

谷建宁，张丽萍，伊陈雪，黄 波

(台州职业技术学院 电气信息学院，浙江 台州 318000)

多功能太阳能移动电源的研制

谷建宁，张丽萍，伊陈雪，黄 波

(台州职业技术学院 电气信息学院，浙江 台州 318000)

在户外，为解决数码产品续航/待机问题，设计一款多功能太阳能移动电源，使用典型芯片和常用元件设计控制电路，将太阳能充电和手摇充电合为一体。单晶硅太阳能PV板将光能转换为电能，经直-直流变换电路，在标准USB口输出DC 5 V，实现太阳能充电。手摇发电机将机械能转换为电能，经交-直流变换电路后稳压输出，实现手摇充电。选用LM2575代替传统三端集成稳压芯片设计稳压电路，经过电路调试和实验，太阳能和手摇模块均可供手机及其他5 V数码产品充电，充电可靠，成本低，体积小，另外增加照明和电量指示等辅助功能，更加实用。

太阳能；移动电源；手摇；LM2575

目前智能手机和MP3/P4、PAD等各种便携消费类电子产品的普及发展使得人们的生活进入了电子时代，移动数码产品的发展趋势一是外观追求小型化，二是功能追求多样化。外观小型化必然要减小电池体积即容量；功能多样化，会加速电池能量的消耗，大幅度缩短移动设备的工作时间，在未来相当长的时间内，要大幅度提高电池容量是很难实现的。因此，如何随时随地为移动数码产品充电、供电，解决数码产品续航/待机问题，是目前和未来移动数码产品用户所面临的最大问题。

在户外，移动电源是移动数码产品最常用的充电设备，随身携带很方便，但是一旦移动电源没电了，还是得到处寻找插座来充电，如何让移动电源摆脱插座？太阳能移动电源应运而生，将移动电源放在太阳光下直射即可进行充电，做到“有光就有电”[1-2]。本文设计多功能太阳能移动电源，不仅利用太阳能充电，还提供手摇充电功能，做到“有光无光都有电”，设计采用低功耗的原件更加环保节能，符合国家提倡的低碳节能生活。

1 系统组成

本文设计系统框图如图1所示。系统由太阳能板、12 V手摇发电机、锂电池、充放电控制电路、剩余电量指示电路、LED照明电路组成，充电方式多样，可用太阳能和手摇两种方式给外接设备充电，满足各种环境下充电需要。

图1 多功能太阳能移动电源组成框图Fig.1 Block diagram of multifunctional solar mobile power supply

移动电源表面覆盖一块单晶硅太阳能板，下面有充电控制器、蓄电池等[3]。太阳能PV板将光能转化为电能，为锂电池充电，本产品采用大小为14.5 cm*9.5 cm的单晶硅太阳能板，经测试输出电压6 V至9 V，功率1 W。太阳能板经防反二极管与锂电池相接，防反二极管防止锂电池反向放电，锂电池储电电压经稳压电路稳压后在标准USB口输出DC 5 V。手摇式充电是将机械能转化为电能的一种方式，在没有光照的环境下提供充电电源，手摇柄采用可折叠形式，收起后紧贴外壳不增加太阳能移动电源体积。此外，设计照明和剩余电量指示功能，使本项目更加实用。

2 电路设计

2.1 太阳能充电功能

本设计选用单晶硅太阳能板，以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，具有电池转换效率高，稳定性好等优点[4]。储电单元选用锂电池[5]，稳压电路选用美国国家半导体公司生产的1 A集成稳压电路LM2575，替代传统三端式稳压集成电路，它内部集成了一个固定的振荡器，只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路，在大多数情况下不需散热片；内部有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等。设计电路原理图如图2所示。

根据充电设备需要，在100～1 000 mA之间自动调节输出电流，自动检测手机电池的内阻，调节适当电流，让手机内阻高的电池，适当的减轻，达到延迟电池寿命的效果。

图2 太阳能充电电路Fig.2 Solar charging circuit

2.2 手摇充电功能

在移动电源上有一个可折叠手摇柄，连接一个小的发电机，通过齿轮转动带动电机转子做磁力切割产生交流电，经示波器测试，本设计选用的手摇发电机产生交流电峰-峰值10 V左右，交流电通过交-直流变换后得到一个稳定的直流电压。交-直流变换即整流滤波稳压电路，利用二极管半波整流，电容滤波，稳压管稳压和三极管放大电流，经实验达到充电要求，设计电路如图3所示。

图3 手摇充电电路Fig.3 Manual charging circuit

2.3 辅助功能

高亮LED照明电路，取出LM2575稳压电路输出的+5 V直流电压，为高亮LED灯供电。剩余电量指示电路主要使用升压芯片和电压比较器设计[6]，从锂电池采样的电压值经由MC34063升压芯片升压产生+12 V电压，12 V电压经电阻分压得到基准电压，作为电压比较器一路输入，另外一路输入为锂电池采样电压值，比较电路设计如图4所示，电压比较器比较两路电压，输出高、低电平，控制LED亮灭，以LED电量指示灯点亮个数来判断锂电池剩余电量。

3 实验结果

本项目设计电路经过实际调试，各功能均达到要求，太阳能光伏板实际输出电压波形如图5所示。手摇发电以每秒三圈的速度摇动手摇柄，摇动2分钟即可产生足以让手机待机6分钟的电量，摇动10分钟则可以让手机待机26分钟，手摇发电机输出交流电压峰峰值10 V波形如图6，交-直流变换电路实际输出直流电压波形如图7，稳压电路实际输出充电电压波形如图8，电压值5.05 V。

图4 比较电路Fig.4 Comparator circuit

图5 太阳能板实际输出电压波形Fig.5 Output voltage waveform of solar panels

图6 手摇发电机输出交流电压波形Fig.6 Output AC voltage waveform of hand generator

图7 交直流变换后实际输出电压波形Fig.7 Output voltage waveform of AC/DC converter

图8 LM2575稳压后实际输出电压波形Fig.8 Output voltage waveform of LM2575 regulator

4 结论

目前市场上早已有了太阳能充电及手摇充电，但将两者结合在一起的产品并不常见，很多厂家出于成本考虑，都会选择单一的充电功能，本设计将两种环保充电方式巧妙地结合在一起，出于户外考虑，真正做到永不断电。而且附加了LED照明，也可以根据户外需求增加其他附加功能，提高产品价值。随着人们对能源需求的不断增长，太阳能是取之不尽、用之不息的清洁能源之一，更适合户外应急使用，移动电源产品未来的市场潜量很大，但尚处于进入市场的导入期。一旦市场被启动，成长速度会很快，立即会进入高速成长期，在各国政府的政策推动下，特别是新兴市场的推动，环保移动电源产品市场前景广阔。

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LI Yong-feng,WANG Xiao-peng,HUANG Juan,et al.Design and implementation of solar multifunctional mobile power box[J].Modern Electronics Technique,2013,36(18)：157-159.

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CHEN Wei,SHEN Hui.Application research of storage batteries in photovoltaic system [J].Battery Bimonthly,2006,36(1):67-68.

[6]潘海燕.电子技术基础[M].北京：电子工业出版社，2011.

Research and development of a multifunctional solar mobile power supply

GU Jian-ning,ZHANG Li-ping,YI Chen-xue,HUANG Bo
(Institute of Electrical Information,Taizhou Vocational&Technical College,Taizhou 318000,China)

In order to solve the digital product range/standby problem in the open air,a multifunctional solar mobile power supply based on typical chips and common components was designed.It combined solar charging with manual charging.The monocrystalline silicon solar PV panels converts light energy into electrical,then DC-DC conversion circuit output DC 5 V at standard USB,solar charging has been realized.Hand generator converts mechanical energy to electrical,?after AC-DC conversion circuit generates voltage,manual charging has been realized.LM2575 chip instead of traditional three-terminal voltage chip,through circuit debugging and experiment,the solar and hand modules are available for mobile phones and other 5 V digital products,charging reliable,low cost,small size and more practical with the additional auxiliary functions such as lighting and power indicator.

solar;mobile power supply;manual charging;LM2575

TN702

A

1674-6236（2014）13-0165-03

2014-01-22 稿件编号：201401162

台州职业技术学院大学生科技创新项目(2013DKC05)

谷建宁（1995—），男，浙江宁波人。研究方向：应用电子技术。