小型雙模補(bǔ)給電源的設(shè)計(jì)

唐銘

摘要：本文設(shè)計(jì)一款由光伏電源板、手動(dòng)發(fā)電機(jī)、充放電及控制電路、電源轉(zhuǎn)換等構(gòu)成的雙模補(bǔ)給小型充電電源。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到結(jié)構(gòu)小巧、使用便捷、多用的效果。

關(guān)鍵詞：雙模；光伏供電；電源補(bǔ)給1引言

當(dāng)代社會(huì)，小型電子產(chǎn)品和移動(dòng)電子產(chǎn)品愈發(fā)豐富，人們對(duì)電子產(chǎn)品的依賴程度也越來越高。但普遍使用的鋰離子、氫鎳電池都沒有突破容量瓶頸，導(dǎo)致電子產(chǎn)品續(xù)航時(shí)間不足。所以，在沒有電源供給的特殊環(huán)境，攜帶一個(gè)可發(fā)電電源尤為必要。筆者設(shè)計(jì)出一款通過光伏和手動(dòng)發(fā)電的電源以解決上述問題。

2設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括：太陽能光伏板、手動(dòng)發(fā)電機(jī)、電源切換開關(guān)、充放電路、電源選擇輸出模塊等。

利用手動(dòng)發(fā)電機(jī)和太陽能光伏板進(jìn)行發(fā)電，電能經(jīng)過整流電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓電源，可以進(jìn)行蓄電池蓄能，亦可經(jīng)USB接口輸出標(biāo)準(zhǔn)DC 5V電源供小型電子產(chǎn)品使用。

2.2 電源提供端設(shè)計(jì)

電源提供端由光伏電池板和手動(dòng)發(fā)電機(jī)組成兩種方式組成。光伏電池板提供直流電穩(wěn)壓后后續(xù)使用。手動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電，通過KBP307（3A，1000V）整流后輸出。在電路中需要加入轉(zhuǎn)換開關(guān)，供電源輸入的選擇和為光伏電池板提供必要負(fù)載。

考慮為小型電子產(chǎn)品供電和可攜帶性，光伏電池板選用某品牌，JS5-12M光伏電池板。其工作電壓：17.5V；工作電流：0.34A；最大功率：5W；開路電壓：21.2V；短路電流：0.38A外形尺寸：250X175X18mm。手動(dòng)發(fā)電機(jī)選用某品牌，交流發(fā)電機(jī)。其功率：10~30W；輸出電流＜3A；手搖轉(zhuǎn)速要求：60~90r/min;具備過熱及過流保護(hù)功能。

2.3 電壓變換電路

電壓變換電路以LM2576-15為核心提供穩(wěn)壓電源管理。LM2576系列是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含52KHZ固定頻率振蕩器和1.23V基準(zhǔn)穩(wěn)壓器，采用PWM控制，轉(zhuǎn)換效率為75%-88%，并具有完善的保護(hù)電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。提供有3.3V、5V、12V及可調(diào)等多個(gè)電壓檔次產(chǎn)品。圖2中虛線部分為L(zhǎng)M2576-15組成的電壓穩(wěn)定電路。

2.4 整體電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中考慮到產(chǎn)品的可攜帶性，蓄電池選用某品牌，SC5R5405Z-V，5.5V 4F-V無鉛環(huán)保直插型超級(jí)電容。它利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。

電路中設(shè)計(jì)有切換開關(guān)，分別為手動(dòng)發(fā)電機(jī)開關(guān)、電源輸出開關(guān)，用于選擇電源輸入方式。通過以LM2576為核心的電壓變換穩(wěn)壓電路，即可直接給標(biāo)準(zhǔn)USB接口設(shè)備充電，也可為超級(jí)電容充電。

本設(shè)計(jì)可擴(kuò)充為12V的電源輸出口，一是為部分DC12V電子產(chǎn)品供電，二是，通是電源逆變器轉(zhuǎn)換為AC220V電源供電。

3實(shí)驗(yàn)測(cè)試

通過測(cè)試，使用輸出為22-30V，300mA-1500mA。使用光伏板受500lm光線直射，輸出12-17V，300mA，且電路正常工作。電壓表測(cè)試電源輸出端電壓分別為5.3V，能滿足電子產(chǎn)品充電需要。使用兩種模式對(duì)超級(jí)電容充電充滿的時(shí)間可以控制到3-10分鐘，可為某品牌9500手機(jī)充電10分鐘，大約充入200mA。這些電能也為功率為5W，LED燈提供1小時(shí)供電。

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