工程師電子制作故事：小型太陽(yáng)能供電板DIY設(shè)計(jì)

　　太陽(yáng)能電源的基本原理是：平時(shí)將收集到的光能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)，在開啟負(fù)載時(shí)就釋放儲(chǔ)存起來(lái)的電能。典型的太陽(yáng)能電源的例子就是太陽(yáng)能路燈：在白天有陽(yáng)光照射時(shí)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(yáng)能電源。一個(gè)實(shí)際的太陽(yáng)能電源是比較復(fù)雜的，但不管有多么復(fù)雜，其原理是萬(wàn)變不離其宗的。當(dāng)然，我們制作一個(gè)微型的太陽(yáng)能電源沒有必要做得那么復(fù)雜。

　　太陽(yáng)能供電板的原理及設(shè)計(jì)

　　在了解了實(shí)際的太陽(yáng)能電源后，筆者就開始設(shè)計(jì)太陽(yáng)能供電板了，我的整體思路是：通過太陽(yáng)能電池板給1.2V可充電電池充電儲(chǔ)能，然后利用升壓電路將1.2V升壓至3V以上供負(fù)載使用。有人可能會(huì)說(shuō)了：為什么不直接用幾節(jié)充電電池串聯(lián)來(lái)儲(chǔ)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?yàn)槲覀兪且锰?yáng)能電池板來(lái)給電池充電的，畢竟太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生較高電壓的機(jī)會(huì)不多，電池自身電壓過高后會(huì)導(dǎo)致充電無(wú)法進(jìn)行。對(duì)于我手頭的這一種太陽(yáng)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(dá)到1.2伏以上（連接在電路中時(shí)，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(yáng)底下去了。用一節(jié)電池儲(chǔ)能的好處就是可以大大降低充電對(duì)光強(qiáng)的要求，延長(zhǎng)給電池充電的時(shí)間。

　　太陽(yáng)能供電板的電路如圖1所示。由D1、BT構(gòu)成系統(tǒng)的太陽(yáng)能充電電路。平時(shí)，只要達(dá)到一定光強(qiáng)，太陽(yáng)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(yáng)能充電方式外，我還設(shè)計(jì)了備用的外部直流電源充電接口以防不時(shí)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(dāng)R1為10歐姆的時(shí)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(lái)點(diǎn)亮的。后面的升壓電路是運(yùn)用間歇振蕩器的快速關(guān)斷（截止）的特性而實(shí)現(xiàn)升壓的。S1為供電開關(guān)，當(dāng)S1閉合后升壓電路開始工作，太陽(yáng)能供電板便可驅(qū)動(dòng)負(fù)載，J1為輸出接口，DS2是輸出指示燈。

　　元器件選擇

　　市售的太陽(yáng)能電池板的價(jià)格普遍較高，但我們沒有必要去買很大的太陽(yáng)能電池板，適中即可。經(jīng)實(shí)測(cè)，筆者在本制作中使用的太陽(yáng)能電池板單個(gè)的開路電壓可達(dá)到4.2V，短路電流可達(dá)38mA。整個(gè)系統(tǒng)是在萬(wàn)用電路板（俗稱“洞洞板”）上搭建的，所以需要準(zhǔn)備一塊萬(wàn)用電路板。圖2是準(zhǔn)備好的兩塊太陽(yáng)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(hào)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(yáng)能電池板的兩個(gè)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(yáng)能電池板是正極對(duì)正極，負(fù)極對(duì)負(fù)極（上面有標(biāo)識(shí)）并聯(lián)起來(lái)使用的，這樣可以有效地增強(qiáng)太陽(yáng)能電池板提供電流的能力。安裝好太陽(yáng)能電池板后如圖4所示。

　　安裝儲(chǔ)能用的充電電池，也可以采取圖3所示的方式將電池正負(fù)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(lái)把在廢舊單電池高亮LED手電筒里拆下來(lái)的小塊升壓電路板連接在電路板上。拆下來(lái)的升壓電路板中連接電池的2根線正極接圖1中的a點(diǎn)，負(fù)極接b點(diǎn);連接LED燈的兩根線正極接c點(diǎn)，負(fù)極接d點(diǎn)即可。筆者制作時(shí)，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(gè)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(xì)說(shuō)明，不再?gòu)?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(yáng)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(jī)之類的。接幾個(gè)白色高亮LED，就成為一個(gè)太陽(yáng)能LED手電筒，圖8是太陽(yáng)能供電板點(diǎn)亮高亮LED的情景。

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