电能收集充电器毕业设计论文.docVIP

电能收集充电器 摘要：本系统可以自动收集电能，能快速高效的对电池进行充电，控制电路无需外加辅助电源而能自供电，具有周期性的间歇控制功能，所以监测和控制电路的功耗很低。此充电器具有调整速度快，精度高，充电效率高等优点。另外，系统由分立元件搭建而成，成本很低。此系统由电能收集电路，升压充电电路，振荡电路，监控电路组成。电能收集电路和升压电路为此系统的重点，它们通过收集太阳能并转变成电能，把分散的能量收集起来，给手机电池充电，还可以用于干电池给手机电池应急充电。 关键词：电能收集；升压；自供电；振荡 方案论证 本系统电路主要由两大部分组成，即电源变换和监测控制电路两部分，下面分别对其论证我们的实现方案。 1.1 电源变换方案选择 实现电源变换的方法有很多种，如变压器升压电路，并联开关电路，振荡自升压电路。同时DC-DC变换有隔离和非隔离两种，输入输出隔离对整个电路比较安全，这里我们应用了二极管的单向导通性对输入输出进行隔离，这样当系统不能充电时，电流不会反灌，且多余电流会消耗在 上，具体实施有以下几种方案： 方案一：变压器升压电路形式。本方案我们采用变压器耦合升压。变压器原边串联三极管，在基极用PWM控制三极管的通断，产生方波以耦合。副边经过整流，并用大容量二极管蓄电，然后间歇性放电以便有大的充电电流。这样就加入了变压器，控制器，能耗将增加，转换效率会大大降低。并且会增加成本，性价比不合适。（见图2）?  图2 变压器升压电路 方案二：并联开关电路形式。此电路为升压型电路，NPN三极管是开关作用，当以一定频率导通截止三极管时，就能实现电容电感谐振，能升高电压。这里我们应该用单片机发PWM波实现此控制，当频率达到一定值时，此电压能达到充电电压门限值，但由于加入的单片机监测控制电路需消耗一部分电能，不能最大限度的充电，充电效率就相对较低了。（见图3） 图3 并联开关电路 方案三：振荡自升压电路形式。此电路是在并联开关电路的启发下的改进型电路。这里的控制信号是用模拟器件搭建的一个自激振荡电路，让输入电压自身产生振荡控制信号，具体实现方法是：当输入电压大于0.7V时，三极管Q1导通控制三极管Q2导通，同时也对C2的独石电容充电，电路中L1电感蓄能，当C2电容充电到压差小于0.7V时，Q1截止就控制Q2截止，C2电容放电，同时L1所储存的电能通过D1给电解电容C3充电，当C2放电到一定程度时，压差大于0.7V三极管导通，停止给电解电容充电，L1电感蓄能，从而产生自激振荡，周期性的重复下去。（见图4） 图4 振荡自升压电路 方案四：间接直流变流电路。 因为变压器只能进行交流电变换，所以通过多次交流和直流互相变换，如图所示，可以实现DC/DC变换，但是变换次数多，电路中损耗太大，效率太低，结构复杂，不符合充电器降低成本要求。 直流 交流 交流 直流 图5 间接直流变流电路框图 鉴于上面分析，我们选用方案三。 1.2 监测控制方法的方案选择 方案一：采用单片机产生PWM波,控制三极管的导通与截止频率。控制电感给电解电容充电，在给定电阻上能产生较稳定直流电压，负载电压在取样电阻上的压降经A/D后送入单片机计算，通过程序判断充电电压的大小，当该电压达到门限值3.6V时开启固态继电器，给电池充电，当电压低于3.6V时关闭继电器，也能实现隔离的作用，蓄能电路继续蓄能，当检测到电压大于充电电压3.6V时，开启继电器给电池充电，这样周期性的动作就能给电池充电，由于有单片机控制器，整个系统的功耗是比较大的，不能实现最大利用，所以此方法是有很大缺陷的。 方案二：采用搭建模拟监测控制电路，用两个有一点压差的稳压管D2,D3，当电压大于D2的稳压值时，能使两三极管Q1,Q2导通，电解电容C1给电池充电，当电压小于D3的稳压值时，控制电路断开充电电路，电容C1蓄能，实现能量的收集，不需复杂的控制电路就能实现，可实现低功耗，振荡电路能够周期性的自动控制启动充电电路，控制电路简单易实现，具体原因后面硬件电路分析详解。 图8 监测控制充电电路 鉴于上面分析，选用方案二。 1.3整体设计方案 经过仔细研究分析，得出系统结构框图如下: 图9 框图结构 当电压输入在1.2V---3.6V时，电路切换到升压电路端，收集电路收集电能达到门限值时给电池充电。当输入电压在10V----20V时，电路切换到直接比较后对电池充电端，无需升压过程就能完成。 2 理论分析与计算 提高效率的分析及计算。根据题目所给的电路图，若按常规做法从Uo端能输出的最大的功率为 当Es为10V时，根据能量守恒上面的图中已经给出转换效率得达到92.16%，这里不算控制电