一种车载急用电瓶太阳能充电器的设计
秦玉娟 杨桐 郭阳
【摘要】? ? 车载急用电瓶太阳能充电器是一款针对汽车电瓶电量不足或电瓶亏电打不着火的情况而设计的产品，产品主要由太阳能板、滤波电路、降压稳压电路、充电驱动电路、反馈电路、过流保护电路等组成，可吸附在窗户或车顶上吸收太阳光实现将太阳能转换为电能以后存储在蓄电池，为汽车电瓶等设备供电，同时多余的电量也可为USB电子产品充电。
【关键词】? ? 太阳能充电器? ? 电压转换电路? ? XL4501降压芯片
The design of a solar charger for vehicle emergency battery
Qin Yujuan，Yang Tong，Guo Yang
（ Division of Electronics and Information Engineering，Lanzhou Institute of Technology，Lanzhou 730050， China;）
Absrtact： On-board urgent need battery solar charger is a in view of the deficiency of the car battery or battery loss of electricity cant fire design products， products are mainly consists of solar panels， filter circuit， step-down voltage charging circuit， drive circuit， feedback circuit， over-current protection circuit and so on， can adsorption in the window or on the roof absorb sunlight to realize after to convert solar energy into electrical energy stored in the battery， for the car battery power supply of equipment， and excess capacity can also be used for USB charging electronic products.
Key words： Solar charger; Voltage conversion circuit; XL4501 buck chip
引言：
汽车上使用的电瓶属于启动型铅酸蓄电池，主要的用途是起到给汽车启动系统、照明系统等设备进行供电的作用，具有浅冲浅放以及自放电的特点，当汽车长期停放，或者在停车的过程中忘记关闭灯光、广播等用电设备，都会导致电瓶出现亏电，无法正常使用。当电瓶出现亏电的情况时，通常利用搭火线的方式进行解决，找另外一台汽车或者电瓶和亏电电瓶的搭火线连在一起进行充电，然而当汽车电瓶在人际相对较少的野外出现亏电时，此种解决方式却很难实现。
汽车电瓶的标称电压为12V，实际约为12.5V左右。当电瓶的电压下降10%左右，即11.3V左右时，汽车就很难启动了，当下降到10.9V左右，此时电瓶剩余的电量不足以支撑一个有效的电路正常工作了，因此汽车也难以启动。本文设计了一款应用于汽车电瓶的太阳能充电器，并且可将多余电量采用5V输出，用于手机等移动设备的充电，满足野外作业的突发情况。
一、电路结构
车载急用电瓶太阳能充电器主要由太阳能电池板、输入滤波电路、降压稳压电路、充电驱动电路、反馈电路、过流保护电路等组成，实现将太阳能转换为电能以后存储在蓄电池，为汽车电瓶等设备供电，同时多余的电量也可为USB电子产品充电。具体电路结构框图如图1所示。
如图1所示，太阳能电池在使用的时候由于太阳光的变化比较大，其内阻有比较高，因此输出电压不稳定，需要通过降压稳压电路将太阳板的输出电压降压稳压输出，当电池充满后，通过电压采样反馈电路，控制充电驱动电路，切断充电，保护蓄电池。
二、硬件电路设计
2.1器件选择
太阳能板选择18V40W可折叠的便携式发电板，具有高转化、IP54级防尘防水等优点，通过LED的颜色可以判断光照环境是否满足充电要求，同时最大输出电流可达2.23A。
XL4501降压芯片，XL4501是一款高效降压型DC-DC转换器，可工作在DC8V到36V输入电压范围，低纹波，内置功率MOS。
XL4501内置固定频率振荡器与频率补偿电路，主要应用于车载充电器，可以将太阳能电池板的18V直流电压转换成直14.5Vdc 2.3A+2/-5%输出，可满足要求。
2.2降压稳压电路设计
本设计利用18V40W可折叠的便携式发电板将太阳能转换为电能，将电能输出通过XL4501降压芯片降压后给蓄电池供电，从而确保输出相对稳定的电压。降压稳压电路设计如图2所示。
需要在VIN与GND之间并联电解电容C1、C2以消除噪声，通过FB反馈引脚接入的外部电阻分压网络R2和RS1，检测输出电压进行调整，参考电压为1.25V。
三、預期效果
1.该电源可配12V/（60-100）AH铅酸蓄电池，当系统装上蓄电池接上太阳能板，电源自动给电池充电，同时指示绿灯显示为电源有电压14.5Vdc输出。
2.当电池电压在10.5Vdc～13.5Vdc电压时，电源以大电流2.3A给电池充电，随着电压慢慢充电升高时，电流慢慢变小充到14.3Vdc～14.5Vdc时，电源无电流输出，保护电池。
3.当电池电压低于13.5Vdc时，有阳光时太阳能板给电池自动充电。
四、结束语
本文主要介绍了一种车载急用电瓶太阳能充电器的设计。该充电器设计主要由18V40W太阳能板和降压型DC-DC转换器XL4501组成，通过具体的电路，可以实现将光能转换为电能并为汽车蓄电池充电，多余的电量可为5V移动设备充电。该充电器具有高转化、便捷等多种优点，不仅可以对汽车蓄电池进行充电，还具有充电保护功能。
参? 考? 文? 献
[1]陈露，刘忠宝，袁琦杰，杨宗业.太阳能无线充电器的设计[J].科技资讯，2019（31）：13-14.
[2] 王阳，朱铝芬，高宇，程凯.基于单片机的太阳能无线手机充电器的设计[J].物联网技术，2019（11）：65-67.
[3] 陈奕翰，朱铝芬，卜铭洋等.基于单片机的太阳能无线手机充电器的研制[J].通信电源技术，2019（07）：33-35+39.
[4] 王聪，赵娟.一种太阳能充电器的设计[J].科技资讯，2020（06）：33-34.
[5] 许志辉，盛世尊，覃超妹，彭学良等.基于STM32单片机的太阳能充电器.机电工程技术， 2019（11）：144-146.
