太陽(yáng)能手機(jī)充電器報(bào)告.doc

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是一單片雙極型線性集成電路專用于直流-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接線端；調(diào)節(jié)ct可使工作頻率在100100kHz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 0H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。可以采用抗飽和驅(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：4.2W 9V單晶硅太陽(yáng)能板工作電壓：9V工作電流：0465ma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線路板粘結(jié)而成，具有生產(chǎn)速度快，抗壓耐腐蝕，外觀晶瑩漂亮，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0.2μm0.4μm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)充電線進(jìn)行充電。在用AD軟件進(jìn)行畫圖時(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3k，R1為1K。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和地線。中間兩根線是傳送數(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500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)MC340631個(gè)LED燈1個(gè)100uH的電感2個(gè)二極管IN58191個(gè)二極管IN40072個(gè)三極管PNP1個(gè)Usb接口插頭1個(gè)導(dǎo)線若干電阻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_bc9H0pmlKRShqU9Gz836Ua85phPuYq3. http:/wenku.baidu.com/link?url=BmuqDkKy1aAno5icPvql24_zoSpzY9ZbvuQNgLuHC8HLBj3ZgMU6qxo-sSrAZf8sO2Gd8oXCdMyK7igmdKyjon2lq2a6ZzPJI8Hi4oA0G3u 課程附加小設(shè)計(jì)門鈴由于買太陽(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*00導(dǎo)通11截止10導(dǎo)通1不變不變?nèi)?門鈴原理下圖九是門鈴原理圖圖九 門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“叮”的聲音。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,470，5K，30K（2） 附圖太陽(yáng)能電池板與門鈴連接圖五、 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