可穿戴太阳能充电器

高学平　徐楠苏　范占利

摘要：本课题设计了一种可穿戴的太阳能充电器，在实现太阳能充电器的基本功能外，着重将系统设计成为用户的衣服或配件的一种便携式设备，通过太阳能这种无污染的清洁能源为用户提供便捷、安全、绿色的充电和有限时间的供电功能。本充电器具有双重充电方式，当无太阳能充电条件时可利用系统自带的锂电池为移动设备进行充电，因此本充电器也可作为应急充电器或电池使用。

关键词：低功耗；MSP430；太阳能

传统的太阳能充电器的太阳能充电板外形较大、质量大、不可弯曲折叠不方便携带，因此在日常生活中很少会有应用场合。可穿戴设备即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。如果将可穿戴属性和太阳能充电器相结合，将会大大提高太阳能充电器的使用场合及频率。本课题结合低功耗设计的可穿戴太阳能充电器更适合当下人们使用充电器的需求，并具有体积小、功耗低、性能可靠等优点。

一、可穿戴太阳能充电器系统设计

本课题设计了一种可穿戴的太阳能充电器，在实现太阳能充电器的基本功能外，着重将系统设计成为用户的衣服或配件的一种便携式设备，通过太阳能这种无污染的清洁能源为用户提供便捷、安全、绿色的充电和有限时间的供电功能。

可穿戴太阳能充电器系统框图如图1所示，由太阳能板、DC-DC升压电路、锂电池充电管理电路、电源切换电路、锂离子电池、USB充电接口和MSP430G2231控制单元及电源系统组成。

（一）系统接口设计

课题的系统电路主要功能偏重硬件电路，单片机只负责监测和管理。MSP430G2231可用的I/O数量为10个，且有8个I/O具有AD输入功能，不用外扩ADC即可实现对系统各个电压监测点进行电压采样。再加上工作指示灯和复位按键所需的I/O口，MSP430G2231完全可以满足系统工作的接口要求。

（二）系统工作流程

MSP430G2231控制单元负责控制协调整个太阳能充电器，DC-DC升压电路和锂电池充电管理电路都具有使能控制端（EN），单片机通过不断监测太阳能板和锂离子电池输出电压来决定最适合的充电路径，通过电源切换电路为USB充电接口供电。

上电后系统对太阳能板和锂离子电池的输出電压进行检测，如果此时太阳能板的输出电压太低，系统将切换到锂离子电池为USB充电接口供电；如果太阳能板的输出电压足够高，系统将控制锂电池充电管理电路对锂离子电池充电，同时将电能供应给USB充电接口供电。

二、结论

本文设计了一种基于MSP430的低功耗可穿戴太阳能充电器，系统整体设计偏重实际应用并植入低功耗设计思想。系统整体使用元器件较少且均采用低功耗芯片，制板后最大限度地缩小了系统体积并有效降低了系统功耗，使得系统稳定可靠，更方便使用和维护。

设计的可穿戴太阳能充电器可实现利用太阳能为手机或平板电脑进行充电，且在没有阳光的环境中亦可通过内置的锂电池进行有限时间的充电操作；充电器具有过冲保护、过放保护、过压保护、过流保护、短路保护、充电过热保护等智能电源管理功能。