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1、项目类型 #大学行知学院大学生研究性学习与创新性实验项目结 题 报 告 书项目名称 太阳能充电器 项目负责人 分院 工学 专业班级 参与学生人数 3人 期数 二一三年 十一月 二十七日项目名称太阳能充电器项目类型研究性学习 创新性实验资助经费（元）项目成果形式实物作品项目负责人学 号专业班级联系电话（手机长号）联系电话（手机短号）E-mail指导教师姓 名职 称研究方向贡献比（%）注：所有指导教师的贡献比和为100%项目组成员（含负责人）姓 名学 号所在分院及专业班级承担的任务电路设计与分析，资料收集与调试资料收集与论文撰写电路设计与调试、分析一、项目研究内容简介、实施过程或技术路线以及完成情
2、况1、内容简介太阳能是一种便捷、环保、可再生的新能源。太阳能电池将光能转换成电能， 其等效电路如图1 所示。太 阳 能 电 池 输 出 电 压 电 流 I-V方 程 为(1)图1 太阳能电池等效电路其中I为PN结的电流，I0为反向饱和电流，V为外加电压，q为电子电荷(1.610-19C)，K为玻尔兹曼常数(1.3810-23J/K)，T为绝对温度，A为二极管因子（取值范围15 ）。太阳能电池电压电流为非线性的，日照条件不变的情况下，太阳能电池输出存在一个最大功率点，即在该点输出电压和输出电流下，能够将太阳能最大程度地转化充电电能。目前所采用的方法是在太阳能电池阵列和负载之间增加一个DC-DC变
3、换器，通过改变DC-DC变换器中功率开关管的导通率，使太阳能电池工作在最大功率点（MPPT），实现最大功率点跟踪。本设计从充分利用太阳能的转换能量角度，选用SPV1040DC-DC转换芯片，跟踪最大功率点，提高太阳能的转换效率；考虑到太阳能电池输出电压的变化范围以及锂电池的充电安全和充电器的自身工作状况，选用L6924D电源管理芯片，设计出以SPV1040和L6924D为主要芯片的太阳能锂电池充电器。2、技术路线2.1芯片介绍2.1.1 SPV1040 的结构与工作原理 SPV1040是ST公司生产的太阳能充电器IC 2，内置采用扰动观察法（Perturb&Observe algorithm）
4、的MPPT算法，可动态调整充电器的输入阻抗，确保充电器输入阻抗与太阳能电池完全匹配，最大限度地提高从充电器到电池的能量输送效率和系统的整体能效。温度、老化、灰尘等引起太阳能电池变化所造成的不匹配问题，都可通过MPPT技术加以解决，从而提高系统的能量转换效率。SPV1040内置MPP模块实现最大功率点跟踪。SPV1040内部通过模拟模块产生输入参考电压Vin_ref和VBG，对超低输入电压、输出过流、结温过高和输入反极性输入进行管理。1.1.2 L6924D 的结构和工作原理 L6924D是集成功率开关的锂电池充电芯片 3，内部产生1.8V参考电压，通过电阻分压，将温度变化传递到输入端，实现对电
5、池温度的监视；考虑到不同厂家锂电池输出电压的不同，可通过VOPRG端的设置，悬空时输出4.2V，接地时输出为4.1V；可通过SD端设置芯片的工作状态；通过VINSNS和VOSNS端监视输入电压、输出电压；在L6924D内部集成两个晶体管，通过集电极与ST1、ST2可驱动LED或与主机连接，显示充电器状态。2.2电路设计根据蜂窝电话用锂离子电池总规范(GB/T 18287 -2000) ，充电过程经历预充电、恒流充电和恒压充电 6。恒压充电的电压为充电限制电压。对于锂离子电池充电，需进行过充电保护、过电流保护短路保护。针对锂电池的太阳能充电器设计电路包括太阳能电池板升压电路和锂电池充电管理电路。
6、2.3参数选择2.3.1 限制电压设置 通过对VOPRG端的连接，设置输出电压。VOPRG悬空，输出为4.1V，VOPRG接地，输出电压为4.2V。2.3.2 恒流充电电流的设置 在IPRG端与GND之间加入电阻RPRG( 即图3 中R13),设置RPRG可改变恒流充电电流值ICHG，其大小由式（2）决定。RPRG=VBG(KPRGICHG)(2)其中KPRG=9500，VBG=1.23V。2.3.3 预充电电流的设置和预充电结束电压 VPRE端悬空，预充电电压取默认值2.8V。VPRE通过电阻RPRE接地，改变电阻RPRE值，改变预充电结束电压值。RPRE值由式（3）决定。RV PRE =R
7、PRG( VPRETHVPRETHdefault) (3)其中VPRETHdefault=2.8 V。默认预充电电流为恒流充电电流的10%，在IPRE和地或参考电压VREF间加入电阻，可设置预充电电流值。IPRE与地之间加入电阻， 预充电电流值较默认值高。接入阻RPRE由式（4）决定。RPRE= VBGIPRECHKPRG- VBGRPRG(4)IPRE与参考电压VREF间加入电阻，预充电电流值较默认值低。接入电阻RPRE由式（5）决定。RPRE=VREF-VBGVBGRPRG-IPRECHKPRE(5)其中VREF=1.8V，KPRE=950,VBG=1.23V。2.3.4 充电结束电流的设
8、置 恒压充电电流逐渐减少到IENDTH时可认为充电结束.IENDTH可通过在IEND端接入电阻REND，与GND 相连。REND的阻值由式（6）决定。IENDTH=VMIN( KENDREND) (6)其中VMIN为50 mV，KEND为常数1 050。3.完成情况 本项目根据相关设计方案，经过电路的设计、调试，已完成实物作品图，并撰写论文。二、项目研究取得成果（成效） 经过项目组的努力，资料收集、电路设计、电路调试，做出实物作品，并且可以实现充电功能。三、项目的创新点与特色太阳能作为一种新型的资源越来越多地被人们关注，它所带来的一系列的产业也逐渐成为目前非常具有开发潜力的产业。太阳能光伏发电
9、是太阳能应用的主要产业之一。在我国太阳能资源极其丰富，陆地每年接受的太阳辐射能相当惊人。如果将这些太阳能充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且可以有效地减少常规能源所带来的环境污染。太阳能手机充电器不仅能够解决这些令人头疼的问题，而且使用太阳能手机充电器更加的经济与环保。现今社会人们生活质量提高的同时，对于时尚的追求也成为了一种普遍的现象。所以一个小巧而又外型美观的太阳能手机充电器可以更多得到人们的青睐 能量的传送和信号的传输要求显然不同，后者要求其内容的完整和真实，不太要求效率，而前者要求的是功率和效率。虽然能量的无线传送的想法早已有之，但因为一直无法突破效率这个瓶颈，使它一直不能进
10、入实用领域。本充电器其传输效率可提高到满意的程度。四、项目组对完成课题的自我评价、体会与建议在项目的进行过程中，我们组的项目成员都能够积极地投入到项目中去，利用课余时间，到电工电子实验室研究电路方案、设计电路图、收集资料不断学习，一步一步地增加对项目相关知识的认识。项目的顺利完成，使每个成员努力的结果，在研究进行过程中，我们也遇到了很多困难，电路图初期设计不合理、资料缺乏、对项目有关知识的迷茫、电路调试中的错误，这些困难都需要我们一个一个去克服，通过向老师咨询，想学长们请教，我们一步一步，一个模块一个模块地去完成。经过这次课题，我们学到了很多关于太阳能和无线充电的知识，对我们的专业学习和动手能
11、力上都有很大的帮助。通过大家的分工合作，我们深刻的认识到团结就是力量，虽然我们在过程中也有过分歧，有过埋怨，但这也给即将踏入社会的我们上了深刻的一堂课。虽然我们对项目有了初期的完成，但是接下来我们还将继续研究钻研，太阳能延长蓄电时间方面和充电的距离将是我们继续跟进的方向。 五、项目经费使用情况（购置实验材料、试剂、药品、加工测试、发表论文、资料、复印、调研等开支数额，请如实填写） 用途经费（元）材料费620资料费60差旅费120 负责人（签名）： 六、指导教师意见 指导教师签名：年 月 日 七、学院评审专家组对项目完成质量、学术水平、结题答辩情况的具体评价评审等级： 优秀 良好 合格 不合格组长（签字）： 专家组成员（签字）： 年 月 日八、学院意见浙江师范大学行知学院年 月 日
