一種多功能太陽(yáng)能移動(dòng)電源箱的設計方案

本方案先利用太陽(yáng)能供電并結合人們日常生活所需而設計出多功能太陽(yáng)能移動(dòng)電源箱，然后利用Multisim仿真軟件，對設計中的穩壓模塊、過(guò)充過(guò)放保護和輸出端口等電路進(jìn)行仿真測試，仿真測試結果符合理論依據。并對設計實(shí)物進(jìn)行搭建和檢測，各方面輸出設備均可正常工作。測試結果表明該設計方案合理，可以進(jìn)行推廣使用。

0引言

太陽(yáng)能的設計應用在市場(chǎng)上已經(jīng)司空見(jiàn)慣，但立足于西藏地區生態(tài)環(huán)境的保護，結合當地人民生活現狀的太陽(yáng)能產(chǎn)品并不多見(jiàn)。本文從環(huán)境保護和西藏地區人們的生活習慣的角度出發(fā)，結合太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，設計了一款環(huán)?？煽康奶?yáng)能多功能移動(dòng)電源箱?？梢哉f(shuō)，本設計將解決西藏邊遠地區人民的用電難問(wèn)題。

1方案設計的理念

太陽(yáng)能是天然可再生能源。它資源豐富，既可無(wú)限制的免費使用，又無(wú)需運輸，對環(huán)境無(wú)任何污染。目前雪域高原是我國污染最輕、環(huán)境保護最好的地區，西藏作為我國乃至亞洲重要的生態(tài)安全屏障，生態(tài)環(huán)境的保障至關(guān)重要。本設計基于西藏地區豐富的太陽(yáng)能資源和藏區人們的生活現狀的的考慮，利用太陽(yáng)能供電并結合人們日常生活所需而設計。既符合環(huán)保要求又方便攜帶，解決了西藏地區人民基本的日常用電需要，可作為綠色環(huán)保產(chǎn)品推廣，具有一定的市場(chǎng)價(jià)值。

2硬件電路設計

2.1硬件框圖結構設計

本文整體設計硬件框圖結構如圖1所示，電源箱有太陽(yáng)光和常規市電兩路能量來(lái)源。當蓄電池饋電時(shí)，在陽(yáng)光充足的情況下首先利用太陽(yáng)能充電，其次通過(guò)220 V電源給蓄電池充電。兩種輸入方式相結合，方便而且環(huán)保。將兩種輸入能量通過(guò)濾波穩壓電路，然后給蓄電池進(jìn)行充電。其中的過(guò)充過(guò)放保護電路主要是利用繼電器電路模塊檢測蓄電池的電量；當過(guò)充的時(shí)候斷開(kāi)充電主回路；當蓄電池電壓降到一定范圍的時(shí)候接通充電回路；當檢測到過(guò)放的時(shí)候斷開(kāi)用電器電路，防止過(guò)充過(guò)放，起到對蓄電池保護的作用，整個(gè)電路都是由蓄電池供電。該系統有多路輸出端口，既可供LED照明和為手機、MP3、收音機等多種數碼產(chǎn)品充電還可輸出220 V交流電壓供小功率家用電器工作。

2.2市電供電模塊

本設計所有電路均基于Multisim仿真軟件的應用。

圖2為市電充電模塊電路，當電源接通后紅色指示燈LED1點(diǎn)亮，否則熄滅。此電路通過(guò)變壓器和電橋電路將220 V市電轉為28.4 V直流電壓，再經(jīng)過(guò)RC振蕩電路進(jìn)行濾波穩壓后送入LM7815三端穩壓模塊，輸出穩定的直流15 V電壓，然后通過(guò)過(guò)沖保護電路給蓄電池充電。開(kāi)關(guān)Key1為供電模式手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，當開(kāi)關(guān)J1連接時(shí)為選擇市電充電，則紅色LED1亮。開(kāi)關(guān)J2連接時(shí)為選擇太陽(yáng)能充電，則紅色LED2亮，如1、2所示。



2.3太陽(yáng)能供電模塊

在圖3所示的太陽(yáng)能供電模塊電路中。當Key1接J2時(shí)，選擇太陽(yáng)能系統供電，此時(shí)紅色LED2點(diǎn)亮。電路首先通過(guò)整流二極管1N5404整流，然后經(jīng)RC濾波電路濾波，最后通過(guò)穩壓二極管1N47744將電壓穩定為直流15 V，再通過(guò)過(guò)充保護電路為蓄電池充電。其中1N5404硅整流二極管，其最大反向峰值電壓為400 V，最大半波整流電流為3 A.穩壓二極管1N4744最大功耗為1 mW，穩定電壓為15 V，最大電流是57 mA.

2.4過(guò)充過(guò)放電路

如圖所示為過(guò)充過(guò)放保護電路，本設計主要基于三端可調分流基準源TL431和繼電器的應用，實(shí)現對鉛蓄電池充放電保護。如圖4所示，為過(guò)充保護電路，供電模塊通過(guò)繼電器為蓄電池充電，當電路檢測到蓄電池電壓大于13 V時(shí)，綠色LED4亮，繼電器將開(kāi)關(guān)向下吸合，斷開(kāi)充電回路，實(shí)現過(guò)充保護。

如圖5所示，為過(guò)放保護電路，蓄電池電壓大于12 V時(shí)LED6燈亮，繼電器向下吸合為負載提供能量，當蓄電池電壓低于10.5 V時(shí)繼電器向上斷開(kāi)放電回路，實(shí)現過(guò)放保護。

2.5輸出端口

圖6所示為電源箱的輸出端口部分設計圖，其主要采用LM78XX系列三端集成穩壓器來(lái)得到穩定電壓的輸出。當LM78XX系列三端集成穩壓器輸出電流較大或工作時(shí)間較長(cháng)，LM78XX散熱較大，應加散熱器。

圖6（a）是輸出穩定9 V供收音機工作。圖6（b）為USB接口電路，實(shí)際電源箱將輸出多個(gè)不同類(lèi)型的接口供數碼產(chǎn)品充電，例如圖6（b）手機USB充電部分，三端集成穩壓器LM7805得到穩定直流5 V輸出，由于手機充電需要的電壓為（5±0.5）V，此時(shí)剛好適合手機進(jìn)行充電，當紅色LED3亮起時(shí)說(shuō)明此時(shí)可以為手機充電了。圖6（c）和（d）均接照明負載，當開(kāi)關(guān)Key2和Key3接通時(shí)，通過(guò)調節滑動(dòng)變阻器R2，R3可改變光照強弱，進(jìn)而達到使用者所需的光照強度，增加了設計的人性化。3電路仿真分析

3.1 LM7815穩壓模塊仿真

圖7為三端穩壓集成電路LM7815的仿真結果，C1，C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，R1，R2分別為輸入輸出端保護電阻。

當輸出電流較大時(shí)，LM7815散熱較大，應加散熱器。LM7815三端穩壓IC來(lái)組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過(guò)流、過(guò)熱及調整管的保護電路，使用可靠、方便。由于三端固定集成穩壓電路的使用方便，電子電路中經(jīng)常采用。當三端穩壓集成電路LM7815輸入電壓大于15 V時(shí)，通過(guò)LM7815穩壓模塊可輸出穩定的15 V電壓。

3.2市電供電模塊仿真

由圖8中可以看出，由于變壓和穩壓模塊連接后，電氣互相影響，測得輸入到LM7815穩壓模塊的電壓為28.4 V左右，輸出15 V穩定電壓通過(guò)過(guò)沖電路為蓄電池充電。

3.3太陽(yáng)能供電模塊仿真

太陽(yáng)能供電模塊仿真見(jiàn)圖9，利用25 V直流電壓源和5 V，20 Hz的交流電源串聯(lián)來(lái)模擬太陽(yáng)能板輸出電壓，模擬信號在18~32 V之間變化，其波形如圖9中示波器所示，經(jīng)電路濾波穩壓輸出穩定的15