太陽(yáng)能手機(jī)充電器報(bào)告.doc

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學(xué)院：電氣工程學(xué)院 班級(jí)：12電4 學(xué)生姓名：王建宙 武鑫 張路路 指導(dǎo)老師：劉麗萍 設(shè)計(jì)時(shí)間：2014年12月8日 太陽(yáng)能手機(jī)充電器 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告  目錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 1 二、設(shè)計(jì)方案的選擇分析 1 三、電路設(shè)計(jì)與分析 4 四、設(shè)計(jì)總結(jié)及心得 5 五、反思與改進(jìn) 5 六、附錄 6 （1） 元器件明細(xì)表 （2） 附圖 七、參考文獻(xiàn) 9 八、課程附加小設(shè)計(jì)—門(mén)鈴 10 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板給手機(jī)充電 具體要求：當(dāng)按下總開(kāi)關(guān)時(shí)，太陽(yáng)能電池板開(kāi)始給手機(jī)充電，并且LED燈亮表示太陽(yáng)能電池板正在工作。 二、 設(shè)計(jì)方案的選擇與分析 MC34063芯片介紹 本設(shè)計(jì)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(xiàn)性集成電路專(zhuān)用于直流-直流變換器控制部分。片內(nèi)包含有溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源、一個(gè)占空比周期控制振蕩器、驅(qū)動(dòng)器和大電流輸出開(kāi)關(guān)能輸出1 . 5 A的開(kāi)關(guān)電流。它能使用最少的外接元件構(gòu)成開(kāi)關(guān)式升壓變換器、降壓式變換器和電源反向器。 特點(diǎn)： *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(kāi)關(guān)電流可達(dá)1 . 5 A無(wú)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(jiàn)下圖一 圖一 MC34063的引腳說(shuō)明 1腳：開(kāi)關(guān)管T1集電極引出端 2腳：開(kāi)關(guān)管T1發(fā)射極引出端 3腳：定時(shí)電容ct接線(xiàn)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(shí)也是輸出電壓取樣端；使用時(shí)應(yīng)外接兩個(gè)精度不低于1％的精密電阻；6腳：電源端； 7腳：負(fù)載峰值電流（Ipk）取樣端 6，7腳之間電壓超過(guò)300mV時(shí)，芯片將啟動(dòng)內(nèi)部過(guò)流保護(hù)功能 8腳：驅(qū)動(dòng)管T2集電極引出端。 MC34063電路原理 振蕩器通過(guò)恒流源對(duì)外接在CT 管腳( 3腳)上的定時(shí)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(shí)電容的容量。與門(mén)的C 輸入端在振蕩器對(duì)外充電時(shí)為高電平D 輸入端在比較器的輸入電平低于閾值電平時(shí)為高電平。當(dāng)C 和D輸入端都變成高電平時(shí)觸發(fā)器被置為高電平 輸出開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通;反之當(dāng)振蕩器在放電期間C輸入端為低電平觸發(fā)器被復(fù)位使得輸出開(kāi)關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)。 電流限制通過(guò)檢測(cè)連接在VCC即6腳和7 腳之間采樣電阻Rs c上的壓降來(lái)完成當(dāng)檢測(cè)到電阻上的電壓降接近超過(guò)3 0 0 mV時(shí)電流限制電路開(kāi)始工作這時(shí)通過(guò)CT 管腳( 3腳) 對(duì)定時(shí)電容進(jìn)行快速充電以減少充電時(shí)間和輸出開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間結(jié)果是使得輸出開(kāi)關(guān)管的關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)。 DC/ DC轉(zhuǎn)換器3 4 0 6 3開(kāi)關(guān)管允許的峰值電流為1 . 5 A超過(guò)這個(gè)值可能會(huì)造成3 4 0 6 3永久損壞。由于通過(guò)開(kāi)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(gè)差值。如果使用較大的電感這個(gè)差值就會(huì)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(dá)到9 0 0 mA峰值電流為1 2 0 0 mA。單純依賴(lài)3 4 0 6 3內(nèi)部的開(kāi)關(guān)管實(shí)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(huì)受影響。要想達(dá)到更大的輸出電流必須借助外加開(kāi)關(guān)管。 MC34063的應(yīng)用： 利用MC34063芯片可以進(jìn)行升壓或降壓操作，在本設(shè)計(jì)中我們采取降壓操作，將太陽(yáng)能電池板輸出的9V電壓降到5V，繼而對(duì)手機(jī)進(jìn)行充電。由于MC34063輸出電流較大時(shí)可靠性會(huì)受到影響，故我們借助外加開(kāi)關(guān)管對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)流，降壓擴(kuò)流接法有如下圖二兩種。 圖二 圖二中分別為MC34063的降壓型達(dá)林頓及非達(dá)林頓接法。采用非達(dá)林頓接法外接三極管可以達(dá)到飽和，當(dāng)達(dá)到深度飽和時(shí)由于基區(qū)存儲(chǔ)了相當(dāng)?shù)碾姾?，所以三極管關(guān)斷的延時(shí)就比較長(zhǎng)，這就延長(zhǎng)了開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間影響開(kāi)關(guān)頻率。達(dá)林頓接法雖然不會(huì)飽和，但開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)壓降較大所以效率也會(huì)降低?？梢圆捎每癸柡万?qū)動(dòng)技術(shù)。本設(shè)計(jì)中我們采取非達(dá)林頓接法。 太陽(yáng)能電池板介紹 在本設(shè)計(jì)中用到的是9V的太陽(yáng)能滴膠板。下面是對(duì)它的介紹： 名稱(chēng)：4.2W 9V單晶硅太陽(yáng)能板 工作電壓：9V 工作電流：0—465ma 材質(zhì)： 1. 晶片：?jiǎn)尉?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(shù)脂 3. 封裝工藝：滴膠或稱(chēng)灌膠 4. 底板材料：抗變形、高強(qiáng)度PCB板(玻纖底板酚醛紙板或鋁基板） 尺寸：200*130MM 實(shí)物見(jiàn)下圖三所示 圖三 太陽(yáng)能電池板實(shí)物圖 這款太陽(yáng)能板是滴膠板，滴膠板是太陽(yáng)能電池板的一種，只是封裝方式不同。通過(guò)把太陽(yáng)能電池片激光切割成小片，做出需求的電壓與電流，再進(jìn)行封裝。因尺寸較小，一般不采用類(lèi)似太陽(yáng)能光伏組件那樣的封裝方式，而是用環(huán)氧樹(shù)脂覆蓋太陽(yáng)能電池片，與PCB線(xiàn)路板粘結(jié)而成，具有生產(chǎn)速度快，抗壓耐腐蝕，外觀(guān)晶瑩漂亮，成本低等特點(diǎn)。滴膠板是太陽(yáng)能產(chǎn)品的一個(gè)配件，可以給蓄電池充電，或直連負(fù)載，應(yīng)用于太陽(yáng)能草坪燈，地坪燈，庭院燈，太陽(yáng)能充電器，太陽(yáng)能路牌，太陽(yáng)能道釘，太陽(yáng)能交通指示牌，太陽(yáng)能手電筒，太陽(yáng)能玩具禮品等電子電器產(chǎn)品。 光電轉(zhuǎn)換是將太陽(yáng)能換成電能，途徑有二：一是熱發(fā)電，用聚熱器把太陽(yáng)能變成熱能，再通過(guò)渦輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)成電能。二是光發(fā)電，利用太陽(yáng)能電池的光電效應(yīng)，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變成電能。 發(fā)電原理： 當(dāng)光線(xiàn)照射太陽(yáng)電池表面時(shí)，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(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。它是利用電位差發(fā)電，無(wú)電磁波產(chǎn)生 太陽(yáng)電池(solar cell)是以半導(dǎo)體制程的制作方式做成的，其發(fā)電原理是將太陽(yáng)光照射在太陽(yáng)電池上，使太陽(yáng)電池吸收太陽(yáng)光能透過(guò)圖中的p-型半導(dǎo)體及n-型半導(dǎo)體使其產(chǎn)生電子(負(fù)極)及電洞(正極)，同時(shí)分離電子與電洞而形成電壓降，再經(jīng)由導(dǎo)線(xiàn)傳輸至負(fù)載。簡(jiǎn)單的說(shuō)，太陽(yáng)光電的發(fā)電原理，是利用太陽(yáng)電池吸收0.2μm～0.4μm波長(zhǎng)的太陽(yáng)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(yáng)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(jì)與分析 我們采用AD軟件畫(huà)的設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)圖四。 圖四 太陽(yáng)能手機(jī)充電器原理圖 太陽(yáng)能電池板輸出先接一個(gè)開(kāi)關(guān)，然后接一個(gè)二極管防止太陽(yáng)光不足時(shí)電池板輸出電壓低，手機(jī)反充電。之后按照?qǐng)D二中的非達(dá)林頓接法接MC34063模塊，然后接一個(gè)LED燈，燈亮則表示當(dāng)電池板的電壓降到5V。再接一個(gè)USB母頭，以方便手機(jī)充電線(xiàn)進(jìn)行充電。 在用AD軟件進(jìn)行畫(huà)圖時(shí)，由于元件庫(kù)中不存在MC34063這個(gè)器件，故用方框圖代替。MC34063芯片降壓后的輸出電壓計(jì)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(jì)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(duì)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(xiàn)和地線(xiàn)。中間兩根線(xiàn)是傳送數(shù)據(jù)用途。見(jiàn)下圖五 圖五 USB母頭示意圖 四、 設(shè)計(jì)總結(jié)及心得 我們這次選的數(shù)電課設(shè)題目雖然簡(jiǎn)單，但是明白了設(shè)計(jì)做一項(xiàng)工程的流程。在設(shè)計(jì)前期必要材料的收集和準(zhǔn)備是必須的。只有把必要的材料準(zhǔn)備好，在后續(xù)的實(shí)際操作中才可以得心應(yīng)手。 對(duì)于我們自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，實(shí)際操作能力是很重要的，并且將來(lái)走入社會(huì)中團(tuán)隊(duì)的合作能力是必不可少的。經(jīng)過(guò)這次數(shù)電課程設(shè)計(jì)，我們?nèi)齻€(gè)人相互協(xié)調(diào)分工，鍛煉了團(tuán)隊(duì)合作能力和實(shí)際動(dòng)手能力。經(jīng)過(guò)前期的材料收集準(zhǔn)備，淘寶網(wǎng)上的太陽(yáng)能電池板選購(gòu)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(jì)還有不足之處，由于未考慮到9V太陽(yáng)能電池板的輸出基本上不可能達(dá)到1A，故本不需要采用MC34063芯片的擴(kuò)流用法，這樣效率會(huì)更高。 雖然這是是數(shù)電課程設(shè)計(jì)，但我們主要用到的都是模電中的內(nèi)容，深刻認(rèn)識(shí)到了學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)要記得鞏固和實(shí)踐才可真正體會(huì)到。 當(dāng)把線(xiàn)路連接完成后，百分之八十都不能正常工作，這就需要進(jìn)行調(diào)試。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，有以下體會(huì)： 1.電路不工作或者出錯(cuò)首先檢查線(xiàn)連接是否錯(cuò)誤，切記注意公共端連地。 2.電路出錯(cuò)檢查是否焊接時(shí)出錯(cuò)，可能會(huì)兩個(gè)很近的焊點(diǎn)發(fā)生短路，或者導(dǎo)致滑動(dòng)變阻器有兩端連上使其不能發(fā)揮作用。 3.當(dāng)出錯(cuò)調(diào)試的時(shí)候，用電壓表分別測(cè)量各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)處的電壓，逐個(gè)排除錯(cuò)誤。不僅小項(xiàng)目是這樣調(diào)試，當(dāng)以后做大項(xiàng)目時(shí)候調(diào)試原理也是如此。 4.在電路接二極管的時(shí)候，當(dāng)電壓較高時(shí)必須串聯(lián)一個(gè)越500Ω的電阻，否則二極管會(huì)損壞不工作，由于此錯(cuò)誤，我們組浪費(fèi)了一個(gè)LED二極管。 五、 反思與改進(jìn) 成功完成作品后，去室外進(jìn)行了實(shí)地檢驗(yàn)，成品圖片及效果圖見(jiàn)附錄。在陽(yáng)光下9V的太陽(yáng)能電池板能達(dá)到11V左右的電壓，經(jīng)過(guò)降壓后能穩(wěn)定的達(dá)到4.9V，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)的充電。但是檢測(cè)電流發(fā)現(xiàn)，輸出電流200ma左右，充電較慢。并且當(dāng)陰天或者陽(yáng)光不充足時(shí)發(fā)現(xiàn)雖然手機(jī)顯示在充電進(jìn)行中，但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后電量基本沒(méi)長(zhǎng)，分析原因后發(fā)現(xiàn)是由于電池板給手機(jī)沖進(jìn)去的電等會(huì)或者小于在此期間手機(jī)消耗的電。由于本太陽(yáng)能電池板的輸出電流最大是400ma，進(jìn)行降壓后電流增大也超不過(guò)1A，故不需要采用MC34063擴(kuò)流電路，所以本設(shè)計(jì)的擴(kuò)流電路使效率稍微降低。 六、 附錄 （1） 元器件明細(xì)表 器件 數(shù)量 9V太陽(yáng)能電池板 1個(gè) MC34063 1個(gè) LED燈 1個(gè) 100uH的電感 2個(gè) 二極管IN5819 1個(gè) 二極管IN4007 2個(gè) 三極管PNP 1個(gè) Usb接口插頭 1個(gè) 導(dǎo)線(xiàn) 若干 電阻 3K，1K，0.33,330,100,470 電容 100uf,470pf 開(kāi)關(guān) 1個(gè) （2） 附圖 附圖一 太陽(yáng)能電池板在陽(yáng)光下的開(kāi)路電壓 附圖二 太陽(yáng)能電池板usb兩頭的輸出電壓 附圖三 太陽(yáng)能電池板給手機(jī)進(jìn)行充電電流 附圖四 產(chǎn)品效果圖 附圖五太陽(yáng)能電池對(duì)手機(jī)充電效果圖 附圖六 太陽(yáng)能充電器可以對(duì)本班其他同學(xué)產(chǎn)品進(jìn)行供電 七、 參考文獻(xiàn) 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(jì)——門(mén)鈴 由于買(mǎi)太陽(yáng)能電池板之后，郵寄的時(shí)間較長(zhǎng)，故我們組利用這段時(shí)間做了一個(gè)雙音門(mén)鈴，作品見(jiàn)下圖六所示。采取USB母頭給其供應(yīng)5V的電，既可以和后來(lái)做的太陽(yáng)能電池板連接使用，又可以使用電腦USB輸出供電。 圖六 門(mén)鈴產(chǎn)品圖 一、 NE555定時(shí)器管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖七 555定時(shí)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(fù)位 管腳7放電三極管 管腳3輸出端 圖八 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 在本設(shè)計(jì)中需要將555定時(shí)器接成多諧振蕩器，需要將6、2端連接起來(lái)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(dāng)4端復(fù)位端為0，則輸出為0。 二、 555定時(shí)器的功能表 輸入 觸發(fā)輸入（V12） 觸發(fā)輸入（V12） 復(fù)位（RD） 輸出 （V0） 放電管T * * 0 0 導(dǎo)通 1 1 截止 1 0 導(dǎo)通 1 不變 不變 三、 門(mén)鈴原理 下圖九是門(mén)鈴原理圖 圖九 門(mén)鈴原理圖 本電路是以一塊以NE555時(shí)基電路為核心組成的“叮咚”門(mén)鈴。 電路圖中的NE555和R1、R2、R3、R4、D1、D2、C2構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器，SW是叮咚門(mén)鈴的按鈕開(kāi)關(guān)，在平日按鈕開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)的狀態(tài)，此時(shí)D2沒(méi)有導(dǎo)通，D1反向截止，R3接地，所以NE555的4號(hào)端口一直處于低電平，而NE555的4接口是復(fù)位端，當(dāng)接入低電平時(shí)使其復(fù)位，所以3號(hào)端口無(wú)輸出，揚(yáng)聲器不響。 當(dāng)SW閉合時(shí)，D2正向?qū)?，通過(guò)R3向C1充電，C1兩端電壓升高，此時(shí)NE555的4號(hào)端處于高電平，無(wú)法使其復(fù)位，于此同時(shí)C2通過(guò)R4、R2進(jìn)行充電，C2通過(guò)R2向NE555的7端口放電，它們以及NE555和C3構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器。此時(shí)發(fā)出“?！钡穆曇簟? 當(dāng)SW又?jǐn)嚅_(kāi)時(shí)，D2沒(méi)有導(dǎo)通，D1反向截止，同時(shí)C2通過(guò)R1、R4、R2進(jìn)行充電，C2通過(guò)R2向NE555的7端口放電，它們以及NE555和C3構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器。此時(shí)發(fā)出“咚”的聲音。并且通過(guò)C1放電時(shí)間來(lái)控制4端高電平的時(shí)間進(jìn)而控制“咚”聲的長(zhǎng)短。 其中6端和2端需要用導(dǎo)線(xiàn)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(xì)表 器件 數(shù)量 無(wú)源蜂鳴器 1個(gè) NE555定時(shí)器 1個(gè) IN4007二極管 2個(gè) 按鍵開(kāi)關(guān) 1個(gè) USB母頭 1個(gè) PNP三極管 1個(gè) 電容 100uf，0.1uf,0.01uf 電阻 10K,470Ω，5K，30K （2） 附圖 太陽(yáng)能電池板與門(mén)鈴連接圖 五、 參考文獻(xiàn) 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