太阳能移动电源设计

赵静

(广东松山职业技术学院，广东松山,512123)

0 前言

太阳能是一种新型能源，具有很多优点：清洁无污染、开发方便、无需运输、取之不尽等优点[1]。近几年来，国家越来越重视环境污染和能源过渡开采等问题，太阳能与其它能源相比较清洁，在利用太阳光时不会产生废气、废水、废渣等污染性的物质，因此选择利用太阳能来解决现存能源不足的问题。由于每一个太阳能片的电流太小，不能满足人们的需求，所以为了得到大的电流，我们通常会把太阳能片并联起来获得大的电流；或者为了得到大的电压，将它们串联起来。太阳能板可以把它表面接受到的光能转化为电能，所以正是利用了这一点，太阳能的运用变得越来越普遍。本设计将太阳能转化为电能储存在锂电池中给用电器充电。从长远看来利用太阳能给锂电池充电是最合适不过的。

1 系统设计

如图1 所示系统框图，本设计主要是利用光能转换成电能，通过一个充电板给蓄电池充电。在充电的过程成会有二极管指示灯，来提示充电状况。开始充电是采用恒流快速充电，达到一定电压值后，采用恒压式充电。充电过程中保护板进行保护以防电压过高或电流过大对蓄电池造成损害等保护措施。给蓄电池完成充电以后，升压到5V 输出，给相应的用电器进行充电。升压芯片采用的是LM2577。它具有较大的输出电流，效率比较高。

图1 系统框图

对于太阳能移动电源的设计不仅可以利用太阳光可以直接充电，而且还在设计中加入了常规的充电方式。它可以用市电220V 降压到5V 直接给充电板进行充电，整个设计方案不仅加入了新的创意而且又具有传统的充电方式，使它更加的完善，更加的方便。由于太阳光随处可见，开发起来比较容易，而且不存在交通运输问题，所以在一些贫穷、落后、不发达的地方更具有开发价值。

2 电路模块设计

2.1 充电模块

充电电路主芯片选用TP4056，它以恒定电流或恒定电压线性方式充电，结合USB 电源和适配器电源工作，底部带有散热片的SOP8 封装，且构建充电电路只需较少的外部元器件。充电电路的充电电流可达1A，且充电电流可以通过编程来调节，因此TP4056 芯片得到普遍运用。TP4056 芯片充电电压在4.2V 左右。若TP4056 的输入电流小于设定值时，会自动停止充电循环处于待机模式，此时供电电流为55uA。该芯片还具有温度检测、欠压闭锁、自动再充电和指示充电状态等功能。[2]

TP4056 有4.2V 的预设充电电压、充电电流可达1A、电池温度监测功能、待机模式下的供电电流为55uA、软启动限制浪涌电流、和2.9V 涓流充电器件版本，无需MOSFET、检测电阻或隔离二极管[3]。

该电路的输入电压在4-8V 之间，输出电压为4.2V，输出电流为500mA。蓝色发光二极管LED1 用来显示太阳能板是否接有锂电池，七彩灯用来显示正在进行充电，待充满时七彩灯会自动灭掉，蓝灯会亮起提示已完成充电。如果电路的温度过高或者过低，充电将会暂停。充电电路如图2 所示。

图2 充电电路图

对于TP4056 芯片组成的充电电路，它是采用恒流、恒压式充电。在不另加二极管和电流检测电阻的情况下，充电电流可达1A，而且充电电流可以通过编程来进行调节。芯片内部的温度管理在超过115 度时自动降低充电电流，所以不用担心芯片过热而损坏芯片。在充电循环时，如果将CE 端置为低电平，充电循环截至。TP4056 芯片的1 脚是电池温度检测输入端，所以温度过高或低都会对电池造成损坏。它的8 脚是芯片输入使能端，当输入电压大于它的阈值电压和使能端为高电平时，芯片开始进入充电状态[4]，TP4056 引脚和功能框图如图3 所示。

图3 TP4056 引脚

2.2 保护模块

当接上充电电路时，随着时间的增长，充电芯片的电压开始不断的升高，当达到4.4V 时，DW01 认为已经处于过压充电状态，因此会立即断开3 脚，8205A 内的开关管因为4脚没有电压而关闭，充电回路断开，停止充电状态。当充电电压低于4.3V 时，DW01 的3 脚再次输出高电平，使8205A 内的过充电控制管导通，使电路又能够重新进行放电。短路保护相当于加了一个电阻使保护板的负载电流立即达到一个大的电流值时，保护板就会立即起到保护作用。[5]

保护电路的芯片是有DW01 和8205A 两个芯片构成的。当芯片电压在2.5 伏到4.3 伏之间时，DW01 的第一脚、第三脚输出均为高电平，第二脚是低电平。将8205A 与DW01 相连构成保护电路。电路如图4 所示。

图4 保护电路图

2.3 升压模块

由于锂电池输出的电压在3.7V 附近，为了能够给手机等5V 用电器充电，需要采用升压电路，我选用的芯片是LM2577。LM2577 这款芯片的输入电压范围在3.5V 到40V 之间，满足设计的要求。它的外部电路搭建起来比较简单，内部有52KHZ的固定频率振荡器；此外它的效率比较高，具有过流、过热等保护功能。LM2577 输出级是NPN 型开关晶体管，它的耐压值是65V，额定电流达3A, 升压电路图如图5 所示：如果在测试的时候将两个输出端直接相连，由于LM2577 内部具有过流保护，所以没有明显的过热变化。

图5 升压电路图

3 总结

利用太阳能板把光能转换为电能给锂电池充电，经过LM2577 升压电路给5V 用电器进行放电。本设计利用太阳光的能量，节约电能，缓解能源紧张的问题，且太阳能比较清洁，没有污染等优点。在设计中加入锂电池，把过多的能量暂时存储在锂电池中，待需要用时，可以直接连接手机等用电器，比较方便，快捷，也解决了长期在户外不能及时充电的问题。

太阳能移动电源它不仅可以用太阳能板给锂电池蓄电，还可以在天气不好时，用市电转化为5V 通过充电电路给锂电池蓄电，以备手机等用电器电量过低时再用。

(1)太阳能电池板价格较贵，一般为30 元/W。而且电池板输出电压还很低，需要进行升压变换后才能对手机充电。

(2)太阳能移动电源主要是利用太阳能板吸收光能转化为电能，所以太阳能板放置的位置会影响其效果，因此在放置太阳能板时，尽量与光线垂直。

(3)一般充电是在阳光下，此时我们尽量不要让手机等电器在阳光下暴晒，防止它老化等。

(4)太阳能电池板的效率不高，一般为10%~15%，即使控制电路的效率非常高，整个充电器的效率还是很低。

改进方案建议：对于以上的不足，我采用了使用多块太阳能板并联来解决阳光不充足的问题，充分的利用太阳光，并联增大电流快速的对移动电源进行充电。