2 太阳能电池板的选用
　　太阳能电池板是太阳能供电系统工作的基础，是该充电器的核心部分，其功能是将太阳光的辐射能量转化为电能，它的光电转化效率决定了供电系统的工作效率，故光电转化率是一个重要的参数。目前太阳能电池主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池。其中单晶硅太阳能电池板的光电转换率为15%～20%，甚至可达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。多晶硅电池板的转化率约为12%左右，非晶硅约为10%左右，在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅、多晶硅电池优于非晶硅电池^[1]，故本系统的太阳能电池板采用单晶硅电池。
　　如今的便携式数码设备种类较多，所需电压电流不等，对于输入功率较大的设备，必须采用面积较大的电池板，而这又给携带带来不便。因此该设计采用模块式组合，根据不同充电负载的需要，将太阳能板进行组合以达到具有一定要求的输出功率和输出电压的一组光伏电池。本文以手机、MP3等常用小功率用电设备为例，说明其太阳能充电器的设计过程。所选用的太阳能电池板技术参数指标如下: 尺寸120mm×45mm，峰值电压6V，峰值电流100mA，标称功率0.6W。考虑被充电池的电流不同所需充电时间不等，采用四块相同参数电池板进行串、并联，实测电池板的输出电压最大值为10.8V,电流最大可达212mA，总标称功率为2.4W左右,实际输出可根据不同的被充电对象进行平滑调整。
　　另外，由于在不同的时间、地点太阳光照强度不定,使太阳能电池输出的电压、电流不稳定,故本设计加入相应的升压、稳压等控制环节。下面介绍充电控制电路的设计。
3 充电控制电路设计
3.1 升压电路设计
　　直流升压就是将电池提供的较低的直流电压提升到需要的电压值，本文采用BAU72集成升压电路，该元件是电压型PFM控制模式的DC-DC转换元件，内部包括输出电压反馈和修正网络、启动电路、振荡电路、参考电压电路、PFM控制电路、过流保护电路以及功率管。PFM控制电路是核心，该模块根据其他模块传递的输入电压信号、负载信号和电流信号来控制功率管的开关状态，从而实现控制电路恒压输出的功能。在PFM 控制系统中，振荡电路提供基准振荡频率和固定的脉宽，参考电压电路提供稳定的参考电平，根据输入-输出电压比例以及负载情况，通过消脉冲来调节在单位时间内功率管导通时间，以实现输出电压的稳定。由于采用内部的修正技术，保证输出电压精度达到±2%，同时由于参考电压经过精心的温度补偿设计考虑，使得芯片的输出电压的温度漂移系数小于100ppm/℃。高增益的误差放大器保证了在不同输入电压和不同负载电流情况下稳定的输出电压。
    以BAU72集成升压芯片为核心，其外围电路较简单，只需要一个电感、一个输出电容和一个肖特基二极管，升压电路如图2所示，其中电感的寄生串联电阻、肖特基二极管的正向导通压降是升压电路功率损耗的主要原因，电容和电感会影响输出的纹波。所以为了获得较高的转换效率、较低的纹波与噪声，选择合适的电感、肖特基二极管和电容是关键。经过反复实验，本设计选择47μF的电容，56μH的电感，二极管选用IN5819，实现输出电压为10.1V，转换效率达到80％，可满足后续充电电路的工作需要。

3.2 稳压电路设计
    稳压电路的设计以三端集成稳压器W7800为核心，它属于串联稳压电路，其工作原理与分立元件的串联稳压电源相同。它由启动电路、取样电路、比较放大电路、基准环节、调整环节和过流保护环节等组成，此外还有过热和过压保护电路^[2]，因此，其稳压性能要优于分立元件的串联型稳压电路。而且三端集成稳压器设置的启动电路，在稳压电源启动后处于正常状态时，启动电路与稳压电源内部其他电路脱离联系，这样输入电压变化不直接影响基准电路和恒流源电路，保持输出电压的稳定。
　　稳压电路如图3所示，电路中Ci的作用是消除输入连线较长时其电感效应引起的自激振荡，减小纹波电压，取值范围在0.1μF～1μF之间，本文Ci选用0.33μF；在输出端接电容Co是用于消除电路高频噪声，改善负载的瞬态响应，一般取0.1μF左右，本文Co即选用0.1μF。一般电容的耐压应高于电源的输入电压和输出电压。另外，为避免输入端断开时Co从稳压器输出端向稳压器放电，造成稳压器的损坏，在稳压器的输入端和输出端之间跨接一个二极管，对W7800起保护作用。

3.3 充电电路设计
　　锂电池以其体积小、容量大、重量轻、无记忆效应、无污染、电池循环充放电次数多（寿命长）等优点，现已获得广泛应用，诸多数码产品均使用锂电池。但锂电池对充电条件要求严格，充电控制要求精度高，对过充电的承受能力差。因此，该充电电路包括电池充电控制电路和电池电量检测控制电路两部分。充电控制电路,用来控制前述升压或稳压电路向锂电池进行充电,同时它也是锂电池的充电电路；电池电量检测电路,用以检测充电电量的多少,当电池充满电时,充满指示灯亮,于是逻辑电路控制充电电路断开,停止充电，其电路结构如图4所示。

　　锂电池的充电过程分两阶段进行，第一阶段为恒流充电，充电电流约为212.5mA，当充电电压达到4.2V+0.05V时转入第二阶段，即4.2V±0.05V的恒压充电方式，恒压充电电流会随着时间的推移而逐渐降低，待充电电流降到0.1mA时，表明电池已充到额定容量的93%～95%，此时即可认为基本充满，如果继续充下去，充电电流会慢慢降低到零，电池完全充满。充电过程中，“充电”指示灯亮；充满时，“充饱”指示灯亮，“充电”指示灯灭。
4 实验测试数据
　　根据上述设计思路，系统已经研制成功，并对实验产品进行了测试，各项测试结果良好，具体测试数据如下：
　　(1)电池板开路电压：12.8V，输出电流210mA～305mA；
　　(2)稳压电路输出电压：9.98V；
　　(3)升压电路输入电压：6.68V；
　　(4)升压电路输出电压：10.1V；
　　(5)充电电路输入电压：10.0V；
　　(6)蓄电池输出电压：6.2V；
　　(7)终端输出电压：4.3V。
　　随着经济的快速发展，资源短缺、环境污染与社会需求的矛盾日益突出，加速推广利用太阳能等可再生能源已成为实现可持续发展的重要条件。该太阳能充电器的电池板采用折叠式结构，它可以像一本书那样展开，增加电池板的受光面积，扩大输出容量，再采用模块式组装，既便于携带，使用灵活，又可扩展其输出范围，增大输出电压，以满足不同类型数码产品的充电需求。

参考文献
[1] 蒋鸿飞，胡淑婷.绿色能源——太阳能充电器.上海应用技术学院学报(自然科学版)，2007，(2)：147-149.
[2] 康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社,1999.