工程師電子制作故事：小型太陽能供電板DIY設(shè)計

　　太陽能電源的基本原理是：平時將收集到的光能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來，在開啟負載時就釋放儲存起來的電能。典型的太陽能電源的例子就是太陽能路燈：在白天有陽光照射時便為蓄電池充電，夜晚就通過蓄電池向燈泡（現(xiàn)多為低功耗高亮LED）供電用以照明。許多城市主干道路燈已開始使用這種太陽能電源。一個實際的太陽能電源是比較復(fù)雜的，但不管有多么復(fù)雜，其原理是萬變不離其宗的。當然，我們制作一個微型的太陽能電源沒有必要做得那么復(fù)雜。

　　太陽能供電板的原理及設(shè)計

　　在了解了實際的太陽能電源后，筆者就開始設(shè)計太陽能供電板了，我的整體思路是：通過太陽能電池板給1.2V可充電電池充電儲能，然后利用升壓電路將1.2V升壓至3V以上供負載使用。有人可能會說了：為什么不直接用幾節(jié)充電電池串聯(lián)來儲能和輸出呢，這樣不就可以省略升壓電路了？為什么中間要轉(zhuǎn)這么一道彎呢？因為我們是要用太陽能電池板來給電池充電的，畢竟太陽能電池板產(chǎn)生較高電壓的機會不多，電池自身電壓過高后會導(dǎo)致充電無法進行。對于我手頭的這一種太陽能電池板，在室內(nèi)靠窗光線比較好的地方輸出電壓便可達到1.2伏以上（連接在電路中時，非空載狀態(tài)下），這樣就開始給額定電壓為1.2V的電池充電了，但如果要使它輸出3V以上的電壓就恐怕要拿到太陽底下去了。用一節(jié)電池儲能的好處就是可以大大降低充電對光強的要求，延長給電池充電的時間。

　　太陽能供電板的電路如圖1所示。由D1、BT構(gòu)成系統(tǒng)的太陽能充電電路。平時，只要達到一定光強，太陽能電池板便通過二極管D1為充電電池BT充電，直至飽和。除了太陽能充電方式外，我還設(shè)計了備用的外部直流電源充電接口以防不時之需。外部充電電路由R1、DS1、D2、BT構(gòu)成，R1選用功率為1W的電阻，當R1為10歐姆的時候，最佳外部充電電壓為3-4伏，DS1為外部充電指示燈，它是利用電阻R1上的壓降來點亮的。后面的升壓電路是運用間歇振蕩器的快速關(guān)斷（截止）的特性而實現(xiàn)升壓的。S1為供電開關(guān)，當S1閉合后升壓電路開始工作，太陽能供電板便可驅(qū)動負載，J1為輸出接口，DS2是輸出指示燈。

　　元器件選擇

　　市售的太陽能電池板的價格普遍較高，但我們沒有必要去買很大的太陽能電池板，適中即可。經(jīng)實測，筆者在本制作中使用的太陽能電池板單個的開路電壓可達到4.2V，短路電流可達38mA。整個系統(tǒng)是在萬用電路板（俗稱“洞洞板”）上搭建的，所以需要準備一塊萬用電路板。圖2是準備好的兩塊太陽能電池板和洞洞板。電池選用一顆額定電壓為1.2V的普通5號鎳氫充電電池即可。升壓電路可以使用單電池高亮LED手電筒里面現(xiàn)成的升壓電路板。筆者就是拆的一支廢棄的單電池高亮LED手電筒里面的升壓電路板。如需自己做，電感T1用Φ0.4mm的漆包線在Φ8mm的小磁環(huán)上分別繞15圈和9圈，小磁環(huán)可以從廢棄節(jié)能燈中拆出，二極管IN5819若找不到可用IN4148代用，C1選用100uF的鉭電容，如果沒有也可用等值電解電容代替，只是效率稍低一些。

　　制作過程

　　首先剪一小段金屬絲焊接在太陽能電池板的兩個電極上作為引腳（圖3），以便于連接和固定在電路板上。兩塊太陽能電池板是正極對正極，負極對負極（上面有標識）并聯(lián)起來使用的，這樣可以有效地增強太陽能電池板提供電流的能力。安裝好太陽能電池板后如圖4所示。

　　安裝儲能用的充電電池，也可以采取圖3所示的方式將電池正負端連接至電路板，也就是在電池兩極焊上引腳固定至電路板，為了穩(wěn)定，可以用帶尖的金屬工具在電路板上鉆孔后再用尼龍捆扎帶加固（圖5）。

　　接下來把在廢舊單電池高亮LED手電筒里拆下來的小塊升壓電路板連接在電路板上。拆下來的升壓電路板中連接電池的2根線正極接圖1中的a點，負極接b點;連接LED燈的兩根線正極接c點，負極接d點即可。筆者制作時，升壓電路板是通過杜邦排針與下面的主電路板板連接的（圖6），這個你可以采取自己的方法，只要便于制作就行。如果是自己做升壓電路，直接在洞洞板上走線即可，元器件選擇在上文已有詳細說明，不再復(fù)述。電路不復(fù)雜，你可以在洞洞板上自由發(fā)揮。

　　圖7是制成后的太陽能供電板，制成后就可以給一些小東西供電了，比如手電筒、收音機之類的。接幾個白色高亮LED，就成為一個太陽能LED手電筒，圖8是太陽能供電板點亮高亮LED的情景。

　　由于制作時沒有考慮到體積問題也缺乏這方面的經(jīng)驗，電路板選擇得有點大也沒做外殼，很不便于攜帶，所以希望愛好者在制作時發(fā)揮想象力，將外形設(shè)計得精致小巧，使之在美觀的同時更加便于攜帶，增加實用性。