黄斌妮 张新娜 常朝正 苏小珊 董志鑫

摘要：面对我们当下全球气候变暖、传统企业能源发展日益枯竭等问题，在本文设计中，主要进行介绍了一种可实现的高效太阳能移动电源。首先，由太阳能板吸收光能，然后利用光电转换原理将吸收的光能转化为电能储存在电容中，通过放电为其它电子设备供电。研究表明：该系统有效地提高光—电转换的效率，并进一步提高了二次转换效率。有助于节约传统能源，而且可以减少传统能源导致的环境污染问题，符合低碳节能的生活理念，适应时代的发展潮流。

关键词：太阳能;光电转换;高效;节能

为解决传统能源数量有限、污染环境的问题，太阳能、风能等清洁能源的高效应用已经成为我们当今社会发展的热门产业，得到各个国家的广泛关注。 本项目以绿色和取之不尽的太阳能为基础，设计出一种高效的太阳能移动通信电源——通过使用太阳能采集板直接影响吸收光能，利用光电转换工作原理可以將其转化为电能并存储在电池中，为其它电子设备供电。实验结果表明：可以有效提高光电转换效率和二次转换效率。为后续光能的研究和发展提供了支撑，并有效降低传统能源污染。

一、结构设计

总体电路共包括五部分：由LED驱动电路、功率放大电路、单片机系统的电路、充电电路、放电电路组成。

（一）LED驱动电路

LED驱动电路用于驱动电源系统指示灯，为了保证LED灯能够正常工作，那么它就必须有一个直流电压值，所以设计了一个LED驱动电路，电路经过放大器LM358集成芯片放大，输出端与2SD882三极管和电阻TR5组成一个恒流源，相当于通过高通滤波器，隔直流，变为一个纯交流的信号后，再加载一个150mV电压经过放大器，变成了一个电流信号，根据NPN三极管特性，三极管集电极的电流即通过LED2的电流也会随恒流源变化，LED2的亮度就会跟随电流的大小而改变。

（二）单片机电路

STM32是增强型32位MCU，STM32不仅可以解决模拟的信号，还能解决数字的信号，可以通过简单的程序进行操作，性能稳定，它的时钟频率稳定，运行速度快，所以选择STM32作为一个系统的主控模块。

（三）功率放大电路

XPT8871是一个非常合适的功率放大器，在5V下工作，最大驱动功率可达4.55W损失的功率可忽略不计。由于PT8871芯片内集成反馈电路和自动保护电路，在使用时电路很简单，只需要连接少量外围元件，输出时不用接一个电容或者缓冲，正常进行工作时稳定发展操作，增益控制带宽积非常高，在改变外接的输入电阻和输入电容就可以改变放大器的增益和音质效果，方便使用。

XPT8871输入电阻RI和反馈电阻RF可以控制的增益，其增益计算公式可用公式1-1表示为：

（式1-1）

其中RI为10K芯片外部的可调节输入电阻;RF反馈电阻为400K（内部集成，不可修改）。

输入电阻RR3和输入电容RC1构成一个高通滤波器，其截止频率可由公式1-2计算得出：

（式1-2）

（四）充放电电路

充放电电路通过电压比较控制电容充放电，从而实现对移动电源的充电以及对电子产品的充电。电路设计采用A/D转换的方式可以测量蓄电池的电压，首先将蓄电池电压值测量为可视化分析数据，将数据和设定的门限电压技术进行研究比较，通过比较进行相应的控制。 本文选择STM32内部的5V电压作为A/D转换器的基准电压。

工作过程：

整个系统的工作过程如下（蓄电池电压为 u） ：

充电工作情况：

设定一个门限电压U0

1.当U≤U0时，系统内蓄电池进行充电操作;

2.当U>U0时，移动电源的蓄电池停止充电。

放电工作情况：

设定电压U1、U2，U2<U1。

1.当U由小于U1时，蓄电池对负载放电，从而达到对手机等电子产品充电的效果。

2.当U≤U2时，蓄电池停止放电，

3.随着充电时间，电压U的值不断增加，当U达到临界值U2时，此时系统的蓄电池不能立刻恢复，实现对外界的供电。因为如果立即恢复供电会因为电压过快跳变而又停止供电，形成一种跳变的供电状态，即通-断状态不断跳变。为了解决这一问题，我们搜集相关资料。设置了一个安全电压的回差，给蓄电池一个缓和的过程，当蓄电池充电功能恢复到U大于U1时，再控制电平恢复供电。

二、功能调试

（一）功率放大电路测试

对功率放大电路进行测试，发现XPT8871外接的输入一个电阻进行过小，没有达到系统性能要求，因此增大了RI的电阻，为150K欧的阻值。

（二）单片机电路调试

对单片机的调试首先通过计算机编写程序，然后通过JLink下载串口连接计算机和单片机进行调试

由于输出电流IO端口STM32相对较小，加了一个三极管5401来放大电流，但是发现基极输入的电流太小了，原因发现是限流电阻阻值过于大了，将原来的22K改为4.7K，电路正常工作。

（三）设计创新点

1.环保，节约能源

通过使用太阳能采集板可以选择直接影响吸收光能，低碳经济。

2. 使用方便

该项目开发了太阳能充电系统，无论何时何亮的地方可以给手机，MP3，MP4，数码相机，数码摄像机，微型游戏机和收取的其他移动数字设备。

3.外形时尚，携带方便

造型简洁华贵，体积小，厚度较薄，便于人们携带。

4.使用安全

带有多种保护功能，有效延长使用寿命，同时可以有效适应各种环境下的使用。

参考文献：

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[2]缪卫东，李俊，王立娟.两级式太阳能房车电源的研究与设计[J].电子器件，2019，42（6）：1449-1453. DOI：10.3969

[3]叶茎，杨勇.一种折叠式太阳能移动电源设计[J].现代电子技术，2017，40（22）：166-168. DOI：10.16652

[4]郑永翀，秦会斌.太阳能充电90 W移动电源[J].电源技术，2017，41（7）：1028-1030. DOI：10.3969

[5]李征.一种太阳能移动电源的设计与实现[J].新余学院学报，2018，23（2）：19-22. DOI：10.3969

作者简介：

黄斌妮 （199807-），女，汉，广西桂平，本科，桂林电子科技大学，桂林电子科技大学工管专业学生。

本文是国家大学生创业训练“Solar Flare 便携式太阳能移动电源”（项目编号：202010595241）项目成果.