第10组小型太阳能充电宝设计DOC.docx
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第10组小型太阳能充电宝设计DOC
小型太阳能充电宝的设计
院（系）名称信息工程学院
专业班级12普本电信一班
学号
学生姓名
指导教师
2012年6月17日
小型太阳能充电宝的设计
摘要
21世纪随着能源危机的日益加剧我们完全有必要在更多的领域运用新能源，如太阳能、风能、水能等新型能源，而太阳能作为丰富易获得的更应该好好的去利用。
近年互联的发展带来了智能终端井喷式的爆发，同时3G、4G的逐步成熟，5G即将兴起，加之手机屏幕来越大，耗电量越来越高，安卓系统带来的硬件大战等，这些都导致了手机耗电量的显著增加，如今的智能手机，基本上最多也只能达到1天的续航时间。
所以可携带的移动电源充电宝应运而生，但是对于那些在野外作业和喜欢旅游的人，他们则不仅仅需要一个普通的充电宝，他们需要的一个有太阳能供电的充电宝。
关键词：
LM2575,LM3420,LM358,
目录
1绪论1
1.1课题描述1
1.2基本工作原理及框图1
2太阳能充电宝的前期调查1
2.1太阳能充电宝的特点1
2.2太阳能充电宝的发展2
2.3太阳能充电宝的选择分析3
2.4充电宝的目标消费群4
2.5市场前景4
3相关芯片及硬件电路设计6
3.1LM2575芯片6
3.1.1LM2575的功能特性6
3.1.2LM2575ADJ的主要性能参数6
3.2LM34207
3.2.1LM3420的功能特性7
3.3LM3588
3.3.1LM358功能特性8
4太阳能充电宝设计过程的图9
4.1总原理图9
4.2太阳能充电宝PCB图9
4.3太阳能充电宝实物图10
总结11
1绪论
1.1课题描述
随着通信技术的迅猛发展，化石能源被日益消耗甚至即将面临枯竭，全球能源问题日益严重。
另外人们的环境保护意识越来越强烈，寻找各种清洁能的源来代替化石能源变得尤为重要。
太阳能作为一种可再生资源有取之不尽用之不竭的有点，并且清洁安全。
因此太阳能有着广泛的应用前景。
还有经常进行野外作业业务的人来说，要在野外的环境下长时间的使用手机、平板电脑、数码相机等电子产品进行通讯或娱乐，那就必须要有充足的电能，当然可以携带移动电源，但是必须要事前冲好电，但是可能还是不够。
这样的情况下，太阳能移动电源的优势就显示出来了。
可以随时进行充电，户外实用性更强。
1.2基本工作原理及框图
图是由LM2575ADJ和LM3420等构成的充电电路，LM3420监视充电电器的电压，其输入加至开关集成稳压器LM2575ADJ的反馈端（FB）。
当检测到用电器满充电电压时，电路停止对电池充电，另外，A1（LM358）放大器用于增强LM3420的检测能力。
图1基本工作原理框图
2太阳能充电宝的前期调查
2.1太阳能充电宝的特点
太阳能充电器是一种新型高科技太阳能系列产品,拥有智能调节功能,可以调节不同的输出电压及电流。
可以对不同的充电产品充电，调节电压从3.7-6V范围内,可以对MP3.MP4.PDA，数码相机，手机等产品充电。
具有五颗高亮5LED，可用于日常照明与紧急照明！
而且体积小，容量高，使用寿命长的优点.适用于出差、旅游、长途乘车船、野外作业等环境及学生的备用电源和紧急照明，具有安全保护、兼容性好，大容量、体积小、使用寿命长、性价比高。
功能参数太阳能电池板规格：
5.5V/70mA1、高容量可充电电池：
1300MAH2、输出电压：
电压为5.5V3、输出电流：
300－550mA；4、充电器给手机充电时间：
约120分钟（不同品牌和型号的手机有少许差别）；5、太阳能给充电器内置电池充电时间：
10～15小时；6、用电脑或交流适配器给充电器内置电池充电时间：
5小时；产品适用范围：
太阳能充电器可适用于充电电压在3.7～6V之间不同范围充电产品和电子数码移动设备．以接移动设备所需要电压及电流参数不一致．必须要针对性充电产品和电子数码移动设备电压选择适当的电压后再给其充电产品充电．保证充电稳定和电池寿命。
太阳能充电器都免费插头，多达20种接口可供选择。
与大多数手机（iPhone、黑莓手机）、GPS接收器、专用集群移动通信设备、数码相机、mp3/4播放器等产品兼容，充电适配器范围广。
2.2太阳能充电宝的发展
2010年下半年至2012年，我国市场的充电宝供需几乎呈现直线飙升，截至2012年底，国内移动电源市场已经达到了3000万台以上，2015年将有望突破5000万台。
充电宝相应品牌的排名：
TOP1：
品能PN-913移动电源苹果iphone54s手机充电宝器10000毫安外接电池。
TOP2：
羽博移动电源YB647手机充电宝苹果iphone54S三星10400毫安。
TOP3：
飞毛腿移动电源iPhone4S苹果5代9220三星9100i9300手机电池充电宝。
TOP4：
品能PN-910移动电源苹果iphone54s手机充电宝器11200毫安外接电池。
TOP5：
手机充电宝移动电源20000毫安苹果4s移动充电器30000毫安包邮。
TOP6：
手机移动电源12000/20000毫安苹果iPhone4小米三星HTC充电宝30000。
TOP7：
Mokai6移动电源充电宝手机iphone4s苹果5htc三星20000毫安正品。
TOP8：
飞毛腿10400毫安移动电源苹果iphone4s三星充电器HTC手机充电宝。
TOP9：
移动电源爱国者正品苹果5iphone4Shtc三星充电宝手机充电器。
对三种不同品牌的充电宝的月销量调查结果如下：
第一名（月销量：
1.1万笔）“品能PN-902移动电源ipad3iphone4手机充电宝5000毫安外接电池”第二名（月销量：
9509笔）“包邮凌导移动电源10000毫安大容量iphoneHTC手机外置电池充电宝”第三名（月销量：
7206笔）“羽博移动电源充电宝iPad3iPhone4S
2014年国内移动电源的市场规模将达到160亿元，同比增长52.38%，2015年整体市场规模将达到280亿元。
未来两年的移动电源市场增长速度将逐步理性，行业的规范化发展将使得移动电源市场的增速逐步平稳。
2.3太阳能充电宝的选择分析
（一）、外观，相信外观是不少朋友选购移动电源时候首要因素之一。
时尚的外表可以增加不少的乐趣。
相同体积内容量越高，小巧的形状就可以突出移动电源的便携性，增加实用性。
（二）、参数，不同品牌的移动电源具有不同的电气参数：
1.充电电压电流：
充电电压一般要求5V，可通用手机适配器。
充电电流理论是要越大越好，充电越快。
实际应注意发热问题。
2.电芯容量：
一般电芯容量是跟体积成正比，体积越大容量越大。
尽量选用同等体积下容量大的产品。
3.输出电压、输出电流：
输出电压必须要求5V.放电电流理论也是要越大越好，充电越快。
实际应注意发热问题和数码产品的特性。
4.保护参数。
应该具有过压，过流，欠压等保护措施。
这些参数决定了移动电源的充电速度，充电时间及使用的安全性，对于大家日常使用有很大的关系。
（三）、功能，测试功能部分相信是所有网友最为看重的地方，毕竟我们的移动电源最主要的还是为用户服务。
良好的功能及人性化的设计才是我们需要的。
2.4充电宝的目标消费群
充电宝有着巨大的市场需求，充电宝的目标消费群为：
1、移动工作群体：
警察、军队、记者、摄影师、商务人士等各类出差、旅游、户外工作人员；
2、移动娱乐群体：
经常出差或旅游的数码相机、数码摄像机、手机、掌上电脑、掌上游戏机、MP4等移动数码产品用户。
3、学生：
学生始终是现在的时尚一族，学习机、MP3、MP4、手机等等数码产品是他们的必备的装备。
有一款移动电源，您就不必再带那么多的备用电池、充电器，也不用急着找220v电源，通过使用不同的转接头，可以适合目前市场上多数主流数码产品的需要，一块移动电源同时解决多种数码产品的缺电问题。
2.5市场前景
移动互联的发展带来了智能终端井喷式的爆发，同时3G、4G的逐步成熟，5G即将兴起，加之手机屏幕来越大，耗电量越来越高，安卓系统带来的硬件大战等，这些都导致了手机耗电量的显著增加，如今的智能手机，基本上最多也只能达到1天的续航时间。
因此充电宝类产品随之爆发，大容量、多功能产品层出不穷。
2015年充电宝会持续大规模增长，无论是产量还是销量，可以看出，市场对充电宝的需求越来越高。
而另一方面，单一功能的充电宝产品已经不再受用户追捧，多功能、时尚外观的充电宝正在逐渐成为市场新宠。
进入2015年充电宝的整体份额仍然在不断提高，成为各类手机配件中关注度最高的产品，远高于其他配件。
在高速增长的同时，充电宝在用户关注度方面还呈现以下几个特征：
1、多功能产品开始占据主流市场：
多功能充电宝的出现更加细分了这个市场和用户群体。
目前的充电宝产品，已经可以将路由、移动存储等功能完美融合，这给商务用户带来了极大的便利，出差不再需要携带多个配件产品，这是2015年市场的一个显著变化。
2、女性充电宝悄然登场：
充电宝的市场细分不仅体现在多功能商务产品方面，女性充电宝也成为今年非常大的一个亮点。
相对商务类产品，女性充电宝在功能和容量方面并没有太多要求，而是特别注重外观与工业设计。
2015年，大量时尚外观的产品出现，丰富了用户的选择。
同时手机、移动配件等产品也开始出现个性化的外观需求，这使得充电宝也必须能够相对应的与之搭配。
虽然充电宝行业的发展前景良好，但也存在着不少问题。
随着智能手机的迅猛发展，充电宝市场更加开阔。
但是如今充电宝行业面临了以下四大挑战：
1、新技术不断涌现或将取代充电宝：
比如美国女大学生运用纳米技术发明了神奇充电器。
2、充电宝单一，易而成为被别的产品兼容的对象。
3、充电宝只比拼容量将遭遇进化瓶颈。
4、智能移动设备在弥补供电能力不足的硬伤。
所以充电宝行业有大好的前景也将面临着很多挑战，想要更好地发展就要跟上时代发展的步伐，这样才能不至于被时代所淘汰，并能发展的更好。
3相关芯片及硬件电路设计
3.1LM2575芯片
LM2575系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路，它内部集成了一个固定的振荡器，只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，而在大多数情况下不需散热片；内部有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等；芯片可提供外部控制引脚。
是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。
3.1.1LM2575的功能特性
LM2575的内部框图如图所示，该框图对应于TO-220封装的引脚。
其中R1=1kΩ（ADJ时开路），R2分别为1.7kΩ（3.3V）、3.1kΩ（5V）、8.8kΩ（12V）、11.3kΩ（15V）和0（ADJ），可以看出LM2575内含52kHz振荡器、基准电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压等电路。
图2LM2575内部结构图
3.1.2LM2575ADJ的主要性能参数
●输出电压：
3.3V、5V、12V、ADJ（可调）；
●振荡频率：
54kHz；
●最大稳压误差：
4%；
●转换效率：
75%～88%（不同的电压输出的效率不同）；
●工作温度范围：
LM1575为-55℃～+150℃；
LM2575/LM2575HV为-40℃～+125℃。
图3M2575引脚图
图3M2575集成稳压器的两种引脚排列。
其引脚功能如下：
VIN：
未稳压电压输入端；
OUTPUT：
开关电压输出，接电感及快恢复二极管；
GND：
公共端；
FEEDBACK：
反馈输入端；
ON/OFF：
控制输入端，接公共端时，稳压电路工作；接高电平时，稳压电路停止。
3.2LM3420
图4LM3420的内部电路图，LM3420在充电电路中是监视充电电器的电压的作用。
为充电器提供一个稳定的恒定电压输出，本次用的是LM3420-4.2
图4LM3420内部电路图
3.2.1LM3420的功能特性
LM3420双列5脚封装。
有三种不同的型号：
LM3420-4.2、LM3420-8.6、LM3420-12.6，分别提供+4.2V、8.4V和12.6V恒压输出，使用于对一只，两只和三只锂离子电池充电。
LM3420中含有运放、带隙基准、PNP输出晶体管和设置输出恒定电压的分压电阻。
是一种专门设计的并联稳压器，稳压器输出电压有输出脚（IN）和接地脚（GND）之间的电阻分压器决定。
如果输入脚的电压低于LM3420的稳定电压，输出脚五输出电流。
当输出脚的电压达到稳定电压后，输出脚开始输出电流。
该电流驱动反馈器件或线形稳压器、开关稳压器的功率器件，使输出电压稳定。
图5LM3420引脚图
3.3LM358
LM358是双运算放大器。
内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。
它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
3.3.1LM358功能特性
直流电压增益高（约100dB）
单位增益频带宽（约1MHz）
电源电压范围宽：
单电源（3—30V）；
双电源（±1.5一±15V）
低功耗电流，适合于电池供电·低输入偏流
低输入失调电压和失调电流
输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）
图6LM358的引脚图
4太阳能充电宝设计过程的图
4.1总原理图
图7太阳能充电宝的总原理图
4.2太阳能充电宝PCB图
图8太阳能充电宝的PCB图
4.3太阳能充电宝实物图
图9正反太阳能充电宝实物板
总结
通过本次小型太阳能充电宝的设计，我学会了如何利用资料查找自己需要的相关信息，并从中筛选出有用的，首先要进行产品的调研，然后选择合适的方案，最后才能把实物做出来。
设计过程中发现自己存在着很多不足，资料的筛选能力有待提高，方案的选择论证还不到位。
实验我们培养了认真、严谨的工作作风；动手能力有了很大的锻炼和提高；更加熟悉protel99se软件的操作应用。
同时清楚地认识到了自己的不足，没有实践经验，不能灵活的运用自己所学的理论知识，使我们更加清楚地知道今后学习努力的方向。
本次电路设计基本上达到要求，因为对贴片元件不够了解导致设计中出现焊盘层设置错误，因此导致贴片元件的引脚与焊盘上的序号不一致导致调试没结果。
信院毕业设计耗材申请表
指导老师（签名）：
联系方式：
元器件库管理员签字：
学生专业：
电子信息工程学生姓名：
联系方式：
序号
元器件名称
型号规格
单位
数量
采购类型
备注
1
电阻
0.05Ω
1*2
2
电阻
3.9kΩ
1*2
3
电阻
4.7kΩ
1*2
4
电阻
4.99kΩ
1*2
5
电阻
10kΩ
1*2
6
电阻
121kΩ
1*2
7
极性电容
22uF
1*2
8
极性电容
470uF
1*2
9
电容
0.02uF
1*2
10
电容
0.1uF
1*2
11
二极管
3*2
12
电感
330uH
1*2
13
LM358
2*2
14
LM2575ADJ
1*2
15
LM3420
1*2
16
太阳能电池板
1
17
USB端口
1*2
18
19
20
升级会员 