1、数字电路课程设计报告太阳能手机充电器学院：电气工程学院班级：12 电 4学生姓名：王建宙武鑫张路路指导老师：刘丽萍设计时间：2014 年 12 月 8 日目录一、设计任务和要求 .1二、设计方案的选择分析 .1三、电路设计与分析 .4四、设计总结及心得 .5五、反思与改进 .5六、附录 .6（1 ） 元器件明细表（2 ） 附图七、参考文献 .9八、课程附加小设计门铃 .10- 1 -一、 设计任务和要求实现太阳能电池板给手机充电具体要求：当按下总开关时，太阳能电池板开始给手机充电，并且 LED 灯亮表示太阳能电池板正在工作。二、 设计方案的选择与分析MC34063 芯片介绍本设计需要用到的芯片
2、是 MC34063，下面是其功能介绍。MC3 4 0 6 3 是一单片双极型线性集成电路专用于直流-直流变换器控制部分。片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关能输出 1 . 5 A 的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。特点： *能在 3 . 0 - 4 0 V 的输入电压下工作 *短路电流限制 *低静态电流 *输出开关电流可达 1 . 5 A 无外接三极管 *输出电压可调 *工作振荡频率从 1 0 0 HZ 到 1 0 0 KHZ MC34063 引脚图见下图一图一- 2 -MC34063 的引脚说明1 脚：
3、开关管 T1 集电极引出端2 脚：开关管 T1 发射极引出端3 脚：定时电容 ct 接线端；调节 ct 可使工作频率在 100100kHz 范围内变化4 脚：电源地5 脚：电压比较器反相输入端，同时也是输出电压取样端；使用时应外接两个精度不低于 1的精密电阻；6 脚：电源端； 7 脚：负载峰值电流（Ipk）取样端6， 7 脚之间电压超过 300mV 时，芯片将启动内部过流保护功能8 脚：驱动管 T2 集电极引出端。MC34063 电路原理 振荡器通过恒流源对外接在 CT 管脚( 3 脚)上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。充电和放电电流都是恒定的振荡频率仅取决于外接定时电容的容量。与门
4、的 C 输入端在振荡器对外充电时为高电平 D 输入端在比较器的输入电平低于阈值电平时为高电平。当 C 和 D 输入端都变成高电平时触发器被置为高电平 输出开关管导通;反之当振荡器在放电期间 C 输入端为低电平触发器被复位使得输出开关管处于关闭状态。 电流限制通过检测连接在 VCC 即 6 脚和 7 脚之间采样电阻 Rs c 上的压降来完成 当检测到电阻上的电压降接近超过 3 0 0 mV 时电流限制电路开始工作这时通过 CT 管脚( 3 脚) 对定时电容进行快速充电以减少充电时间和输出开关管的导通时间结果是使得输出开关管的关闭时间延长。DC/ DC 转换器 3 4 0 6 3 开关管允许的峰值
5、电流为 1 . 5 A 超过这个值可能会造成 3 4 0 6 3 永久损坏。由于通过开关管的电流为梯形波所以输出的平均电流和峰值电流间存在一个差值。如果使用较大的电感这个差值就会比较小这样输出的平均电流就可以做得比较大。例如输入电压为 9 V 输出电压为 3 . 3 V，采用 2 2 0H 的电感输出平均电流达到 9 0 0 mA峰值电流为 1 2 0 0 mA。单纯依赖 3 4 0 6 3 内部的开关管实现比 9 0 0 mA 更高的输出电流不是不可以做到但可靠性会受影响。要想达到更大的输出电流必须借助外加开关管。MC34063 的应用：利用 MC34063 芯片可以进行升压或降压操作，在本
6、设计中我们采取降压操作，将太阳能电池板输出的 9V 电压降到 5V，继而对手机进行充电。由于 MC34063 输出电流较大时可靠性会受到影响，故我们借助外加开关管对其进行扩流，降压扩流接法有如下图二两种。图二- 3 -图二中分别为 MC34063 的降压型达林顿及非达林顿接法。采用非达林顿接法外接三极管可以达到饱和，当达到深度饱和时由于基区存储了相当的电荷，所以三极管关断的延时就比较长，这就延长了开关导通时间影响开关频率。达林顿接法虽然不会饱和，但开关导通时压降较大所以效率也会降低。可以采用抗饱和驱动技术。本设计中我们采取非达林顿接法。太阳能电池板介绍在本设计中用到的是 9V 的太阳能滴胶板。
7、下面是对它的介绍：名称：4.2W 9V 单晶硅太阳能板工作电压：9V工作电流：0465ma材质：1. 晶片：单晶/多晶（硅片）2. 封装材质：高透光、固化后硬度，电气性能特佳环氧树脂3. 封装工艺：滴胶或称灌胶4. 底板材料：抗变形、高强度 PCB 板(玻纤底板酚醛纸板或铝基板）尺寸：200*130MM实物见下图三所示图三 太阳能电池板实物图这款太阳能板是滴胶板，滴胶板是太阳能电池板的一种，只是封装方式不同。通过把太阳能电池片激光切割成小片，做出需求的电压与电流，再进行封装。因尺寸较小，一般不采用类似太阳能光伏组件那样的封装方式，而是用环氧树脂覆盖太阳能电池片，与 PCB线路板粘结而成，具有生
8、产速度快，抗压耐腐蚀，外观晶莹漂亮，成本低等特点。滴胶板是太阳能产品的一个配件，可以给蓄电池充电，或直连负载，应用于太阳能草坪灯，地坪灯，庭院灯，太阳能充电器，太阳能路牌，太阳能道钉，太阳能交通指示牌，太阳能手电- 4 -筒，太阳能玩具礼品等电子电器产品。光电转换是将太阳能换成电能，途径有二：一是热发电，用聚热器把太阳能变成热能，再通过涡轮机将热能转成电能。二是光发电，利用太阳能电池的光电效应，将太阳能直接转变成电能。发电原理：当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子使电子发生了跃迁，成为自由电子在 P-N 结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的
9、作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。它是利用电位差发电，无电磁波产生 太阳电池(solar cell)是以半导体制程的制作方式做成的，其发电原理是将太阳光照射在太阳电池上，使太阳电池吸收太阳光能透过图中的 p-型半导体及 n-型半导体使其产生电子(负极)及电洞( 正极)，同时分离电子与电洞而形成电压降，再经由导线传输至负载。简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收 0.2m0.4m 波长的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，将
10、直流电转换成交流电，才能供电至家庭用电或工业用电。三、 电路设计与分析我们采用 AD 软件画的设计原理图见图四。图四 太阳能手机充电器原理图太阳能电池板输出先接一个开关，然后接一个二极管防止太阳光不足时电池板输出电压低，手机反充电。之后按照图二中的非达林顿接法接 MC34063 模块，然后接一个 LED 灯，灯亮则表示当电池板的电压降到 5V。再接一个 USB 母头，以方便手机充电线进行充电。在用 AD 软件进行画图时，由于元件库中不存在 MC34063 这个器件，故用方框图代替。MC34063 芯片降压后的输出电压计算公式为：Vout=（ 1+ R2R1 ） 1.25V若想得到输出电压为 5
11、V 则需要 为 3，在本电路设计中我们选取 R2 为 3k，R1 为211K。为保证转换速度，在三极管处我们选用 IN5819 二极管。对于 USB 母头，我们只需将电路接其两端即可，其两端分别为电源线和地线。中间两- 5 -根线是传送数据用途。见下图五图五 USB 母头示意图四、 设计总结及心得我们这次选的数电课设题目虽然简单，但是明白了设计做一项工程的流程。在设计前期必要材料的收集和准备是必须的。只有把必要的材料准备好，在后续的实际操作中才可以得心应手。对于我们自动化专业来说，实际操作能力是很重要的，并且将来走入社会中团队的合作能力是必不可少的。经过这次数电课程设计，我们三个人相互协调分工
12、，锻炼了团队合作能力和实际动手能力。经过前期的材料收集准备，淘宝网上的太阳能电池板选购和三天的电路焊接和调试，成功的做出了产品。但是设计还有不足之处，由于未考虑到 9V 太阳能电池板的输出基本上不可能达到 1A，故本不需要采用 MC34063 芯片的扩流用法，这样效率会更高。虽然这是是数电课程设计，但我们主要用到的都是模电中的内容，深刻认识到了学习过的知识要记得巩固和实践才可真正体会到。当把线路连接完成后，百分之八十都不能正常工作，这就需要进行调试。经过这次课程设计，有以下体会：1.电路不工作或者出错首先检查线连接是否错误，切记注意公共端连地。2.电路出错检查是否焊接时出错，可能会两个很近的焊
13、点发生短路，或者导致滑动变阻器有两端连上使其不能发挥作用。3.当出错调试的时候，用电压表分别测量各个关键点处的电压，逐个排除错误。不仅小项目是这样调试，当以后做大项目时候调试原理也是如此。4.在电路接二极管的时候，当电压较高时必须串联一个越 500 的电阻，否则二极管会损坏不工作，由于此错误，我们组浪费了一个 LED 二极管。五、 反思与改进成功完成作品后，去室外进行了实地检验，成品图片及效果图见附录。在阳光下 9V的太阳能电池板能达到 11V 左右的电压，经过降压后能稳定的达到 4.9V，可以实现对手机的充电。但是检测电流发现，输出电流 200ma 左右，充电较慢。并且当阴天或者阳光不充足时
14、发现虽然手机显示在充电进行中，但是经过一段时间后电量基本没长，分析原因后发现是由于电池板给手机冲进去的电等会或者小于在此期间手机消耗的电。由于本太阳能电池板的输出电流最大是 400ma，进行降压后电流增大也超不过 1A，故不需要采用MC34063 扩流电路，所以本设计的扩流电路使效率稍微降低。- 6 -六、 附录（1 ） 元器件明细表器件 数量9V 太阳能电池板 1 个MC34063 1 个LED 灯 1 个100uH 的电感 2 个二极管 IN5819 1 个二极管 IN4007 2 个三极管 PNP 1 个Usb 接口插头 1 个导线 若干电阻 3K，1K ，0.33,330,100,47
15、0电容 100uf,470pf开关 1 个（2 ） 附图附图一 太阳能电池板在阳光下的开路电压- 7 -附图二 太阳能电池板 usb 两头的输出电压附图三 太阳能电池板给手机进行充电电流- 8 -附图四 产品效果图附图五太阳能电池对手机充电效果图- 9 -附图六 太阳能充电器可以对本班其他同学产品进行供电七、 参考文献1. 康华光电子技术基础 模拟部分（第五版） .北京：高等教育出版社，2006 MC34063中英文 PDF 2. http:/ http:/ - 10 -课程附加小设计门铃由于买太阳能电池板之后，邮寄的时间较长，故我们组利用这段时间做了一个双音门铃，作品见下图六所示。采取 US
16、B 母头给其供应 5V 的电，既可以和后来做的太阳能电池板连接使用，又可以使用电脑 USB 输出供电。图六 门铃产品图一、 NE555 定时器管脚图和内部结构图图七 555 定时器管脚图如上图所示：其中管脚 1 接地管脚 2 触发低电平管脚 6 触发高低平管脚 8 接电源管脚 4 接复位管脚 7 放电三极管管脚 3 输出端- 11 -图八 555 定时器内部结构图在本设计中需要将 555 定时器接成多谐振荡器，需要将 6、2 端连接起来构成施密特触发器，然后再将 V0 经 RC 积分电路接回输入端就可以了。当 4 端复位端为 0，则输出为 0。二、 555 定时器的功能表输入触发输入（V12）
17、触发输入（V12） 复位（RD） 输出 （V0） 放电管 T* * 0 0 导通23 13 1 0 导通13 1 不变 不变三、 门铃原理- 12 -下图九是门铃原理图图九 门铃原理图本电路是以一块以 NE555 时基电路为核心组成的“叮咚”门铃。 电路图中的 NE555 和 R1、R2、R3、R4 、D1、D2、C2 构成了一个多谐振荡器， SW 是叮咚门铃的按钮开关，在平日按钮开关处于断开的状态，此时 D2 没有导通，D1 反向截止，R3 接地，所以 NE555 的 4 号端口一直处于低电平，而 NE555 的 4 接口是复位端，当接入低电平时使其复位，所以 3 号端口无输出，扬声器不响。
18、当 SW 闭合时，D2 正向导通，通过 R3 向 C1 充电，C1 两端电压升高，此时 NE555 的4 号端处于高电平，无法使其复位，于此同时 C2 通过 R4、R2 进行充电，C2 通过 R2 向NE555 的 7 端口放电，它们以及 NE555 和 C3 构成了一个多谐振荡器。此时发出“叮”的声音。当 SW 又断开时，D2 没有导通，D1 反向截止，同时 C2 通过 R1、R4、R2 进行充电，C2 通过 R2 向 NE555 的 7 端口放电，它们以及 NE555 和 C3 构成了一个多谐振荡器。此时发出“咚”的声音。并且通过 C1 放电时间来控制 4 端高电平的时间进而控制“咚”声的长短。其中 6 端和 2 端需要用导线连接，以构成施密特触发器，然后再将 V0 经 RC 积分电路接回输入端就可以构成多谐振荡器。- 13 -四、 附录（1 ） 元器件明细表器件 数量无源蜂鸣器 1 个NE555 定时器 1 个IN4007 二极管 2 个按键开关 1 个USB 母头 1 个PNP 三极管 1 个电容 100uf，0.1uf,0.01uf电阻 10K,470，5K，30K（2 ） 附图太阳能电池板与门铃连接图五、 参考文献1、 闫石 数字电子技术基础 高等教育出版社2、 http:/
