毕业论文(设计)
题 目 太阳能手机充电器的设计
学生姓名 史永哲
学 号 20081305058 院 系 电子与信息工程学院
专 业 电子信息工程
指导教师 张秀再
二Ｏ一二年 三 月 三十一 日
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摘要
化石能源的日益枯竭、人们对环境保护问题的重视程度也在不断提高，寻找洁净的替代能源问题变得越来越迫切。太阳能作为一种可再生能源它具有取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，因此有着广阔的应用前景，光伏发电技术也越来越受到人们的关注，随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展，太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。使用手机的人都有过这样的经历，外出或旅游时电池突然没电了，因不能及时找到或没有220V市电而无法给手机充电，影响了手机的正常使用。为了解决这一问题，本课程设计介绍一种多用太阳能手机充电器，将太阳能经过电路变换为稳定直流电给手机充电，并能在电池充电完成后自动停止充电，还可作为一般直流电源使用，从而摆脱对市电的依赖而获得通信的自由。与常规的充电器相比，太阳能充电器有着明显的优势。该设计电路包括光伏转换电路、稳压电路、充电和显示电路、过充保护电路、应急充电电路。该充电器工作稳定、可靠，使用灵活。太阳能作为一种没有任何污染的、易取的绿色能源若能应用到消费类产品中，对于改善地球的整体的能源状况和环境有着非常重要的意义。
关键词：光伏转换； 太阳能电池板； LM7805；MAX1898；AT89S52
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引言
手机作为信息社会的一种通用商品，如今在世界范围内得到广泛的普及，而作为手机能源的提供者—电池的储能总是十分有限，几乎所有的用户都曾遇到过外出或通话过程中电池耗尽的尴尬，尤其是对于经常在野外作业的用户来说，在远离市电的环境下，电池的耗尽为我们的通信带来极大的不便，而太阳能作为一种可再生能源逐步在各个领域得到广泛应用。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，也是清洁能源，不产生任何的环境污染。若能以太阳能电池组件为基础，设计出成本低廉的太阳能手机充电器，直接完成太阳能辐射到电能转换，必然会为个人移动通信带来极大的方便。
虽然在可预见的将来，矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可再生能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。其中，太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比，是最理想的可再生能源。太阳能利用辛要有光热利用和光伏发电利用这两种主要形式。我国低温光热利用已经具有可观的规模，相关技术研究也比较成熟。光伏利用近期在世界范围内高速发展，所谓“光伏发电”是直接将太阳光转换为电能的一种发电形式。目前，太阳能光伏发电主要集中在日本、欧盟和美国，其太阳能光伏发电量约占世界光伏发电量的80％[1]。今后太阳能光伏发电系统主要围绕高效率、低成本、长寿命、美观实用等方向发展。在充电器方面，我国大陆的手机充电技术专利申请量居世界首位，手机充电器接口技术标准一般不影响这类专利技术的实施。此外，我国台湾地区、韩国、日本的申请量也较大。不过，日本近些年的申请量有相对减少的趋势。欧美国家公开的专利申请相对较少。
太阳能电池板的特性参数
太阳能电池板材料
当前，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最主要的光伏材料，其市场占有率在90％以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中，形成技术封锁、市场垄断的状况。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。按纯度要求不同，分为电子级和太阳能级。其中，用于电子级多晶硅占55％左右，太阳能级多晶硅占45％，随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展。 1994年全世界太阳能电池的总产量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增长了17倍。专家预测太阳能光伏产业在二十一世纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一
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太阳能电池板工作原理
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。下面以硅太阳能电池为例加以具体介绍。
太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。
同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。
N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。
当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。
当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源
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太阳能电池的基本特性[2]
对光伏电池基本特性的了解是展开光伏充放电设计的前提。由于日照强度、电池温
度等都会影响太阳电池的特性，因此需要定义标准测试条件(STC)用于地面测试太阳电池性能。即日照强度为1000W/m2 ，光伏电池温度为25℃，太阳辐射光谱为AM1.5。 ●最大输出（PM）：最大输出电压（Vpm） 最大输出电流（Ipm） ●开路电压（Voc）：开路状态的太阳能电池端子间的电压 ●短路电流（Isc）：太阳能电池端子间的短路电流 ●最大输出电压（Vpm）：最大输出状态时的动作电压 ●最大输出电流（Ipm）：最大输出状态时的动作电流
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下图为太阳能电池板在标准状态和定义下的I—U特性曲线
日照强度变化和I-U曲线
太阳能电池表面温度变化的I-U特性曲线
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