多功能充电器

扬州高等职业技术学校

学生毕业设计（论文）

题 目： 多功能充电器的设计构成 系 部： 电子工程系 专 业： 光电子

学 号： *********

班 级： G12102 * 名： *** 指导教师： ***

多功能充电器的设计构成

摘要：随着石油、煤炭等常规化能源供应的日益紧张以及其给社会带来的各种环境

危机与经济压力日益加重，我们要开发绿色能源，以减轻高价常规能源给社会带来的经济负担及环境压力。在绿色能源中,太阳能资源取之不尽、清洁安全,是最理想的一种绿色能源。利用太阳能光电转换特性设计出的多功能充电器,可以解决当下社会的各种环境压力与经济压力。多功能充电器主要通过太阳电池板将太阳能转化为电能,经过升压、稳压处理后,由充电电路为负载充电。

关键词：太阳能；太阳能电池板；锂电池；BAU72集成升压电路；W7800，LT3652

目 录

第一章 绪论 ......................................... 错误!未定义书签。

1.1课题背景及研究意义 ........................... 错误!未定义书签。 1.2课题的设计目的 ................................................ 1 1.3课题的主要工作 ................................................ 1 第二章 系统概述 ...................................................... 2

2.1系统设计原理 .................................................. 2 2.2系统组成 ...................................................... 2 2.3本章小结 ...................................................... 2 第三章 系统硬件设计及器件介绍 ........................................ 3

3.1 太阳能电池板的介绍 ............................................ 3 3.2 锂电池 ........................................................ 4 3.3.BAU72集成升压电路 ............................................ 5 3.4 W7800 ......................................................... 5 3.5 LT3652 ........................................................ 6 3.6本章小结 ...................................................... 7 第四章 电路设计 ...................................................... 7

4.1升压电路 ...................................................... 7 4.2稳压电路 ...................................................... 8 4.3充电电路 ...................................................... 9 4.4 LCD显示模块 ................................................. 10 4.5本章小结 ..................................................... 13 第五章 系统调试测试数据 ............................................. 14 结 论 .............................................................. 15 致谢 ................................................................ 16 参考文献 ............................................................ 17

第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

随着常规化石能源供应日趋紧张的石油、煤等常规能源价格不断攀升，国际油价更达到历史高位，造成能源供应形势愈加严峻，所以要开发并采用清洁无污染的绿色能源。在绿色能源中,太阳能资源取之不尽、清洁安全,是最理想的可再生能源。利用太阳能光电转换特性,设计多功能充电器,满足日常生活和户外的充电需求。

1.2课题的设计目的

巩固和应用所学的电路知识，并掌握一般电路的设计方法，巩固单片机，锻炼自己动手能力。

在整个过程中培养自己发现问题，分析问题，并解决问题的能力，达到学以自用的目的。

培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。

1.3课题的主要工作

设计一个多功能充电器，可实现的功能：可以利用太阳能给蓄电池充电、输出端可以提供多档输出电压。

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第二章 系统概述

2.1系统设计原理

利用太阳能板把太阳能转化为电能存储在蓄电池中，然后对所需要充电的的设备充电，在户外工作的时候可以提供所必要的照明。

2.2 系统组成

系统框图是由太阳能电池板、蓄电池、需充电设备、日常照明组成，如下图2-1所示

图2-1

太阳能：利用太阳能电池板把太阳能转化为电能然后存储在蓄电池中。 蓄电池：所用的蓄电池是用锂电池来存储电能。

需要充电的设备和日常照明通过充电电路通过蓄电池充电。

2.3本章小结

本章简述了多功能充电器的设计思路，设计方案的阐述，以及系统的组成、设计原理，并通过框图形式更直观、更形象地描述了系统的整体组成。

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第三章 系统硬件设计及器件介绍

3.1 太阳能电池板的介绍

太阳能电池板是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置，相对于普通电池和可循环充电电池来说，太阳能电池属于更节能环保的绿色产品。

太阳能电池板有大致可以分为八个部分组成：

钢化玻璃 其作用为保护发电主体（如电池片），透光其选用是有要求的， 1.透光率必须高（一般91%以上）；2.超白钢化处理

EVA主要是用来粘结固定钢化玻璃和发电主体，透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，EVA暴露在空气中易老化发黄，影响组件的透光率。

电池片主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣。晶体硅太阳能电池片,设备成本相对较低，但消耗及电池片成本很高，但光电转换效率也高，在室外阳光下发电比较适宜；薄膜太阳能电池，相对设备成本较高，但消耗和电池成本 很低，但光电转化效率相对晶体硅电池片一半多点，但弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，如计算器上的太阳能电池。

EVA最主要的作用就是粘结封装发电主体和背板

太阳能背板的作用主要是对太阳能板子起到保护作用，密封、绝缘和防水的作用。

铝合金保护层压件，对于太阳能板子能起一定的密封、支撑作用 接线盒保护整个发电体系，相当于电流中转站的效果，假如组件短

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路接线盒断开短路电池串，避免烧坏整个系统。接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同

硅胶是起到密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处。有些公司使用双面胶条、泡棉来替代硅胶，国内普遍使用硅胶，工艺简单，方便，易操作，而且成本很低

目前太阳电池主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳电池。其中单晶硅太阳电池板的光电转换率为15%一20%以上,最高可达24%;使用寿命一般为巧年左右,最高可达25年。多晶硅太阳电池板的转化率约为12%左右,非晶硅约为10%左右。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面,单晶硅、多晶硅太阳电池优于非晶硅太阳电池川,故本系统的太阳电池板采用单晶硅太阳电池。

3.2 锂电池

“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于

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锂离子电池。由于其自身的高技术要求，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

3.3.BAU72集成升压电路

BAU72是电压型PFM控制模式的DC一DC转换元件,内部包含了输出电压反馈和修正网络、启动电路、震荡电路、参考电压电路、PEM控制电路、过流保护电路以及功率管。PFM控制电路是核心,按照输人电压信号、负载信号和电流信号来控制功率管的开关状况,从而可以实现电路恒压输出。在PFM控制系统中,震荡电路供给基准震荡频率和一定的脉宽,标准电压电路供给的参考电平,按照输入-输出电压的比例和负载环境,经由过程消脉冲来调理在单元时候内功率管导通时候,以实现输出电压的稳定。因为采用内部修正技术,保证输出电压精度在士2%,同时由于参考电压经过精心的温度补偿设计考虑,使得芯片输出电压的温度漂移系数小于100ppm/℃。高增益的误差放大器使在不同的输入电压和不同负载电流情况下，有着稳定的输出电压。

3.4 W7800

W7800系列三端集成稳压器具使用方便、稳压效果优秀,但是W7800只有几个固定的稳压值并且不能调节,使其应用的时候具有局限性。当稳压值与电路所需要的电压不符合时,将三端集成稳压器7800的公共接地端3浮空,并且加之一个由三极管提供的垫高电压.输出端电压us一(Uxx+UB。)(l+Rw/R).Uxx为7800的2、3两端之间的基准电压,如W7812

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的Uxx一12V,使可调电阻Rw值发生变化便可改变输出电压U、一的大小。加入B(二后,使78xx芯片的工作电流除很小的I。外,不再流入Rw,大大减小了因工作电流波动对输出电压的。

3.5 LT3652

LT3652是一种由多种化学物质组分的电池,是一种中等功率的单片降压式充电管理芯片,使用了平均电流模式降压式的拓扑的构造. 特别的输入电压调节环路可以由电阻分压器来设定最低输入电压。

LT3652可设置最大充电电流高达2A,其内部恒定频率为 1MHZ的高频开关,可提高充电效率.芯片具有从4.95-32V宽输入电压范围,其浮充电压可由电阻分压器方便设置,最高可达14.4V,满足绝大多数充电电池的充电需求。

在电池充电的时候，当芯片检测到电池电压的低于0.7倍的浮充电压，充电器便会进入预置充电模式。提供 两 种 充电 终 止 模式 供 选 择：,C/10模 式 和TIMER模式.C/10 表示实际充电电流为最大充电电流的十分之一.在此模式下,当充电电流低于Imax的十分之一时，充电器就会停止充电，利用TIMER模式的话,充电器可以以低于C/10的电流为电池充电,当一个充电周期结束时,若电池充满，那么充电器停止充电,否则将会重新开始新的充电周期,直至电池充满,电池充满的标识为电池电压达到浮充电压的97.5%以上，在TIMER模式下,充电器支持坏电池检测功能,当充电器停留在预置模式的时间超过,FAULT引脚电平被拉低。

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3.6本章小结

本章重点介绍了设计中所用到的芯片，包括集成芯片BAU72、W7200稳压芯片、太阳能电池板、阀控密封铅酸蓄电池。通过本章的学习加深了对各种元器件的工作原理并加强了自己查阅资料和实际动手能力。

第四章 电路设计

4.1升压电路

本课题主要是以是BAU72集成升压芯片为核心,芯片外围电相对简单,只是需要电感、输出电容和肖特基二极管各一个,构成电路如图4-1所示。此中电感的寄生串联电阻、肖特基二极管的正向导通压降是升压电路功率消耗的主要原因,电容和电感改变会影响输出的纹波。因此为了获得较高的转换效率、较低的纹波与噪声,选择合适的电感、肖特基二极管和电容的选择是关键。经过反复实验,本设计选择47μF的电容,56μH的电感,二极管选用IN5819,实现输出电压为10.IV,转换效率达到80%,满足后续充电电路的工作需要。

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图4-1 升压电路

4.2稳压电路

本课题采用的稳压电路的设计以三端集成稳压器W7800为核心,它属于串联稳压电路,其工作原理与分立元件的串联稳压电源相同。由放大电路、取样电路、调整环节和过流保护环节等组成,另外还有过热和过压保护电路,所以,其稳压性能要优于分立元件的串联型稳压电路。并且三端集成稳压器设置的启动电路,在稳压电源启动后处于正常状态下,启动电路与稳压电源内部其他电路断开连接,这样的话输入电压变化不直接影响基准电路和恒流源电路,使输出电压的基本不发生变化。稳压电路如图4-2所示,电路中Ci的作用是消除输入连线较长时电感效应引起的自激振荡,减小纹波电压,取值范围在0.1~1μF之间;在输出端接电容C。是用于消除电路高频噪声,改善负载的瞬态响应,一般取0.1μ左右。另外Ci选用.033μF,C。选用0.1μF。一般电容的耐压应高于电源的输入电压和输电压。另外,为避免输人端断开时C。从稳压器输出端向稳压器放电,造成稳压器的损坏,在稳压器的输入端和输出端之间跨接二极管IN4007,对

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W7800起保护作用。

图4-2 稳压电路

4.3充电电路

充电电路如图4-3所示

图4-3 充电电路

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两节锂离子电池的浮充电压为8.2V肖特基二极管选用MBRS340，正向压降为0.5V,具体的元器件选择及其选材的大小如图4-3所示，该电路图可以很好的保证输出电压的稳定，而且LT3652内置了两种充电终止模式，可以根据使用充电器的充电大小来选择相应的模式，这样可以很精确的控制是需要充电设备充电时间，不会在充满了电之后蓄电池还在对外放电，这样也可以提高蓄电池的电能的使用率。

4.4 LCD显示模块

显示器是人与机器沟通的重要界面，早期以显像管(CRT/Cathode Ray Tube)显示器为主，但随着科技不断进步，各种显示技术如雨后春笋般诞生，近来由于液晶(LCD)显示器具有轻薄短小、耗电量低、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，在近年来价格不断下跌的吸引下，逐渐取代CRT之主流地位，显示器明日之星架势十足。

液晶是一种既具有液体的流动性又具有光学特性的有机化合物，它的透明程度和呈现的颜色受外加电场的影响，利用这特点便可做成字符显示器。

液晶显示器(LCD)英文全称为（Liquid Crystal Display），它一种是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。和CRT显示器相比，LCD的优点是很明显的。由于通过控制是否透光来控制亮和暗，当色彩不变时，液晶也保持不变，这样就无须考虑刷新率的问题。

显示接口用来显示系统的状态，命令或采集的电压数据。本系统显示部分用的是LCD液晶模块，采用一个16×1的字符型液晶显示模块。

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点阵图形式液晶由 M 行×N 列个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有行，每行有 128列，每 8列对应 1 个字节的 8 个位，即每行由 16 字节，共 16×8=128个点组成，屏上 ×16 个显示单元和显示 RAM 区 1024 个字节相对应，每一字节的内容和屏上相应位置的亮暗对应。一个字符由 6×8 或 8×8点阵组成，即要找到和屏上某几个位置对应的显示 RAM区的 8 个字节，并且要使每个字节的不同的位为‘1’，其它的为‘0’，为‘1’的点亮，为‘0’的点暗，这样一来就组成某个字符。但对于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可让控制器工作在文本方式，根据在LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。

工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行） 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。

1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。1602的管脚图如下图4-4所示

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图4-4 LCD1602管脚图

1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：VSS为电源地 第2脚：VCC接5V电源正极

第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。

第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。

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图4-5 LCD1602于单片机的接口电路

4.5 本章小结

本章主要是介绍了本课题的硬件电路设计，涉及到了主要元器件的选择，并通过实际的操作，进一步加深了对于太阳能充电器的了解和掌握程度。

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第五章 系统调试测试数据

1.电池板开路电压:1.28V,输出电流210-305mA; 2.太阳能给充电器内置电池充电时间10-15小时; 3.稳压电路输出电压:9.98v; 4.升压电路输出电压:10.Iv; 5.充电电路输人电压:10.05v; 6.蓄电池输出电压:6.25V;

7.终端输出电压:空载时三端口分别为4.3V、5.7V、7.9V;加载时三端口分别为:4.1V、5.5V、7.5V。

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结 论

本文设计的多功能充电器能在输出端提供三种充电电压，可以横好的满足日常的应用。

该系统采用的是太阳能来提供能源，通过电路的转化吧太阳能转化为电能，并且加装了一个蓄电池，把太阳能存储在蓄电池中，以备后续在没有太阳能的时候来充电使用，而且这样充电的过程更加稳定。如果在户外工作或者旅游，可以在输出端接个LED，来提供照明，很方便，既环保又安全。

对于太阳能的合理利用和怎么充分的利用自从21世纪以来已经成为人类的重大课题，特别是提出可持续的发展战略之后，更是成为了很多能源领域的重要课题了。

通过这几年对于电子信息类的学习，并且结合自己的所学知识和动手能力，接个实际，查阅大量的课外资料和文献，才确定用太阳能来作为多功能充电器的电源。太阳能作为绿色无公害而且是可持续能源，在各个领域都有着广阔的应用前景。

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致谢

通过这一阶段的努力，我的毕业论文《多功能充电器》终于完成了，这意味着大专生活即将结束。在大专阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

在我整个毕业设计的过程中，指导老师给我很多的知道和意见，并对实践中出现的问题给予耐心的解答，完稿之后在百忙之中仔细阅读，给出修改意见，在此对老师表示感谢。

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参考文献

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