環(huán)保太陽(yáng)能臺(tái)燈

黃任遠(yuǎn)

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，手機(jī)、平板電腦等便攜式電子設(shè)備迅速普及，我國(guó)每年淘汰的電子產(chǎn)品也因此高達(dá)數(shù)億部。

對(duì)于這類電子垃圾，一般可采用回收后分解、熔煉等方法重新獲取其中的可用資源，對(duì)于其中可充電的“電池類垃圾”，還可通過(guò)再利用的方式延長(zhǎng)其使用壽命，從而保護(hù)環(huán)境。

從再利用的角度出發(fā)，本文給出了一種白天通過(guò)太陽(yáng)能對(duì)充電電池進(jìn)行充電，晚上通過(guò)電池放電驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的環(huán)保臺(tái)燈方案，有效延長(zhǎng)了可充電“電池垃圾”的使用壽命。

一、基本原理

圖1中，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化為輸出并不穩(wěn)定的直流電，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后供充電控制電路使用。充電控制電路可根據(jù)電池的種類或特性，采用恒流、恒壓、脈沖等充電模式，以確保充電過(guò)程安全、高效地進(jìn)行。

另外，方案同時(shí)提供了市電充電接口，以避免因長(zhǎng)期光照不足而無(wú)法對(duì)電池充電的弊端?？紤]電池容量的限制，照明部分采用具有較高電光轉(zhuǎn)化效率的發(fā)光二極管作為光源，在足夠亮度情況下可長(zhǎng)時(shí)間使用。

發(fā)光二極管是典型的恒流器件，即發(fā)光亮度受驅(qū)動(dòng)電流的控制，因此電池輸出必須經(jīng)過(guò)恒流控制，以確保發(fā)光二極管輸出亮度的穩(wěn)定。

二、充電電池容量估算

為確保能在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)提供連續(xù)穩(wěn)定的照明，負(fù)責(zé)電能供給的充電電池必須具備足夠容量。設(shè)功耗為p的發(fā)光二極管連續(xù)穩(wěn)定工作的最大時(shí)長(zhǎng)為t，電池的標(biāo)稱電壓uB，則t時(shí)段內(nèi)負(fù)載消耗電量q=t*p/uB，電池的容量c可按照公式進(jìn)行估算：

太陽(yáng)能電池組輸出的穩(wěn)壓電路模塊選用前面提到的升降壓模組，該類型模塊不僅在輸出功率、輸出電壓等參數(shù)上滿足電池組充電的需要，同時(shí)具有很寬的電壓輸入范圍，可在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將太陽(yáng)能電池組輸出的能量轉(zhuǎn)化為輸出穩(wěn)定的直流源，有利于充電過(guò)程的進(jìn)行。

3.組裝及調(diào)試

各個(gè)功能部件的具體連接過(guò)程如圖2所示。

①將太陽(yáng)能電池正對(duì)太陽(yáng)，確保電池有較大輸出功率，依次將電池的輸出正極、負(fù)極分別連接至升降壓模塊的輸入正極、負(fù)極，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓調(diào)節(jié)電阻，用萬(wàn)用表觀察，使輸出電壓達(dá)到5.7V。

②在升降壓模塊的輸出正極正向串聯(lián)硅二極管，再連接到移動(dòng)電源盒的輸入正極，同時(shí)輸出負(fù)極連接到輸入負(fù)極，觀察移動(dòng)電源盒的輸入電壓是否為5V，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓，直至移動(dòng)電源盒輸入端的電壓達(dá)到5V。

③斷開太陽(yáng)能電池輸入，將8節(jié)鋰離子電池裝在移動(dòng)電源盒內(nèi)，注意電池正負(fù)極的安裝順序，否則可能爆炸起火。確認(rèn)無(wú)誤后重新接入太陽(yáng)能電池，此時(shí)系統(tǒng)可為鋰離子電池組充電，移動(dòng)電源盒的充電及電量指示燈會(huì)點(diǎn)亮。

④將移動(dòng)電源盒的輸出正極通過(guò)開關(guān)連接升壓模塊的正極，輸出負(fù)極連接輸入負(fù)極，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)升壓模塊的輸出電壓并觀察，當(dāng)輸出電壓達(dá)到12V時(shí)調(diào)節(jié)停止，同時(shí)斷開開關(guān)。

⑤將升壓模塊的輸出正極、負(fù)極分別連接至發(fā)光二極管模組輸入的正極、負(fù)極。發(fā)光二極管模組的供電極性一定不能反接，否則開關(guān)閉合后模組會(huì)立即燒毀。確認(rèn)無(wú)誤后閉合開關(guān)，此時(shí)發(fā)光二極管模組點(diǎn)亮，組裝過(guò)程完成。

⑥打開開關(guān)，重新調(diào)整太陽(yáng)能電池，使其對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，白天充分充電后供晚間使用，記錄其連續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)后重新計(jì)算鋰離子電池模組的容量，使其滿足夜晚長(zhǎng)時(shí)間照明的需要。

原理圖1與連接圖2存在一些差別。如圖2中不存在獨(dú)立的充電控制及恒流控制模塊。原因是移動(dòng)電源盒內(nèi)置了充放電控制模塊，而發(fā)光二極管模組內(nèi)置了恒流驅(qū)動(dòng)模塊；圖2中增加了升壓驅(qū)動(dòng)模塊，是因?yàn)橐苿?dòng)電源盒的輸出電壓為5V，而發(fā)光二極管模組的輸入電壓為12V，因此需要升壓模塊將5V輸出升壓到12V；圖2增加的二極管可避免非隔離電源的反向充電。

三、不足與改進(jìn)

通過(guò)網(wǎng)上查找資料，在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，我終于完成了環(huán)保太陽(yáng)能臺(tái)燈的制作。實(shí)驗(yàn)表明，該臺(tái)燈可穩(wěn)定工作，完全滿足夜間照明的需要，其實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)基本一致，但存在如下問(wèn)題有待進(jìn)一步改進(jìn)。

1.所需部件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買，“臺(tái)燈”缺少漂亮的外觀。

2.沒(méi)有對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制作成本偏高。

3.如果將原理圖1和連接圖2稍作修改，去除照明及對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)部分，即可形成“太陽(yáng)能充電寶或移動(dòng)電源”方案，同樣能“廢物利用”。

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，手機(jī)、平板電腦等便攜式電子設(shè)備迅速普及，我國(guó)每年淘汰的電子產(chǎn)品也因此高達(dá)數(shù)億部。

對(duì)于這類電子垃圾，一般可采用回收后分解、熔煉等方法重新獲取其中的可用資源，對(duì)于其中可充電的“電池類垃圾”，還可通過(guò)再利用的方式延長(zhǎng)其使用壽命，從而保護(hù)環(huán)境。

從再利用的角度出發(fā)，本文給出了一種白天通過(guò)太陽(yáng)能對(duì)充電電池進(jìn)行充電，晚上通過(guò)電池放電驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的環(huán)保臺(tái)燈方案，有效延長(zhǎng)了可充電“電池垃圾”的使用壽命。

一、基本原理

圖1中，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化為輸出并不穩(wěn)定的直流電，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后供充電控制電路使用。充電控制電路可根據(jù)電池的種類或特性，采用恒流、恒壓、脈沖等充電模式，以確保充電過(guò)程安全、高效地進(jìn)行。

另外，方案同時(shí)提供了市電充電接口，以避免因長(zhǎng)期光照不足而無(wú)法對(duì)電池充電的弊端。考慮電池容量的限制，照明部分采用具有較高電光轉(zhuǎn)化效率的發(fā)光二極管作為光源，在足夠亮度情況下可長(zhǎng)時(shí)間使用。

發(fā)光二極管是典型的恒流器件，即發(fā)光亮度受驅(qū)動(dòng)電流的控制，因此電池輸出必須經(jīng)過(guò)恒流控制，以確保發(fā)光二極管輸出亮度的穩(wěn)定。

二、充電電池容量估算

為確保能在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)提供連續(xù)穩(wěn)定的照明，負(fù)責(zé)電能供給的充電電池必須具備足夠容量。設(shè)功耗為p的發(fā)光二極管連續(xù)穩(wěn)定工作的最大時(shí)長(zhǎng)為t，電池的標(biāo)稱電壓uB，則t時(shí)段內(nèi)負(fù)載消耗電量q=t*p/uB，電池的容量c可按照公式進(jìn)行估算：

太陽(yáng)能電池組輸出的穩(wěn)壓電路模塊選用前面提到的升降壓模組，該類型模塊不僅在輸出功率、輸出電壓等參數(shù)上滿足電池組充電的需要，同時(shí)具有很寬的電壓輸入范圍，可在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將太陽(yáng)能電池組輸出的能量轉(zhuǎn)化為輸出穩(wěn)定的直流源，有利于充電過(guò)程的進(jìn)行。

3.組裝及調(diào)試

各個(gè)功能部件的具體連接過(guò)程如圖2所示。

①將太陽(yáng)能電池正對(duì)太陽(yáng)，確保電池有較大輸出功率，依次將電池的輸出正極、負(fù)極分別連接至升降壓模塊的輸入正極、負(fù)極，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓調(diào)節(jié)電阻，用萬(wàn)用表觀察，使輸出電壓達(dá)到5.7V。

②在升降壓模塊的輸出正極正向串聯(lián)硅二極管，再連接到移動(dòng)電源盒的輸入正極，同時(shí)輸出負(fù)極連接到輸入負(fù)極，觀察移動(dòng)電源盒的輸入電壓是否為5V，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓，直至移動(dòng)電源盒輸入端的電壓達(dá)到5V。

③斷開太陽(yáng)能電池輸入，將8節(jié)鋰離子電池裝在移動(dòng)電源盒內(nèi)，注意電池正負(fù)極的安裝順序，否則可能爆炸起火。確認(rèn)無(wú)誤后重新接入太陽(yáng)能電池，此時(shí)系統(tǒng)可為鋰離子電池組充電，移動(dòng)電源盒的充電及電量指示燈會(huì)點(diǎn)亮。

④將移動(dòng)電源盒的輸出正極通過(guò)開關(guān)連接升壓模塊的正極，輸出負(fù)極連接輸入負(fù)極，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)升壓模塊的輸出電壓并觀察，當(dāng)輸出電壓達(dá)到12V時(shí)調(diào)節(jié)停止，同時(shí)斷開開關(guān)。

⑤將升壓模塊的輸出正極、負(fù)極分別連接至發(fā)光二極管模組輸入的正極、負(fù)極。發(fā)光二極管模組的供電極性一定不能反接，否則開關(guān)閉合后模組會(huì)立即燒毀。確認(rèn)無(wú)誤后閉合開關(guān)，此時(shí)發(fā)光二極管模組點(diǎn)亮，組裝過(guò)程完成。

⑥打開開關(guān)，重新調(diào)整太陽(yáng)能電池，使其對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，白天充分充電后供晚間使用，記錄其連續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)后重新計(jì)算鋰離子電池模組的容量，使其滿足夜晚長(zhǎng)時(shí)間照明的需要。

原理圖1與連接圖2存在一些差別。如圖2中不存在獨(dú)立的充電控制及恒流控制模塊。原因是移動(dòng)電源盒內(nèi)置了充放電控制模塊，而發(fā)光二極管模組內(nèi)置了恒流驅(qū)動(dòng)模塊；圖2中增加了升壓驅(qū)動(dòng)模塊，是因?yàn)橐苿?dòng)電源盒的輸出電壓為5V，而發(fā)光二極管模組的輸入電壓為12V，因此需要升壓模塊將5V輸出升壓到12V；圖2增加的二極管可避免非隔離電源的反向充電。

三、不足與改進(jìn)

通過(guò)網(wǎng)上查找資料，在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，我終于完成了環(huán)保太陽(yáng)能臺(tái)燈的制作。實(shí)驗(yàn)表明，該臺(tái)燈可穩(wěn)定工作，完全滿足夜間照明的需要，其實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)基本一致，但存在如下問(wèn)題有待進(jìn)一步改進(jìn)。

1.所需部件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買，“臺(tái)燈”缺少漂亮的外觀。

2.沒(méi)有對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制作成本偏高。

3.如果將原理圖1和連接圖2稍作修改，去除照明及對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)部分，即可形成“太陽(yáng)能充電寶或移動(dòng)電源”方案，同樣能“廢物利用”。

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，手機(jī)、平板電腦等便攜式電子設(shè)備迅速普及，我國(guó)每年淘汰的電子產(chǎn)品也因此高達(dá)數(shù)億部。

對(duì)于這類電子垃圾，一般可采用回收后分解、熔煉等方法重新獲取其中的可用資源，對(duì)于其中可充電的“電池類垃圾”，還可通過(guò)再利用的方式延長(zhǎng)其使用壽命，從而保護(hù)環(huán)境。

從再利用的角度出發(fā)，本文給出了一種白天通過(guò)太陽(yáng)能對(duì)充電電池進(jìn)行充電，晚上通過(guò)電池放電驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的環(huán)保臺(tái)燈方案，有效延長(zhǎng)了可充電“電池垃圾”的使用壽命。

一、基本原理

圖1中，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化為輸出并不穩(wěn)定的直流電，經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后供充電控制電路使用。充電控制電路可根據(jù)電池的種類或特性，采用恒流、恒壓、脈沖等充電模式，以確保充電過(guò)程安全、高效地進(jìn)行。

另外，方案同時(shí)提供了市電充電接口，以避免因長(zhǎng)期光照不足而無(wú)法對(duì)電池充電的弊端?？紤]電池容量的限制，照明部分采用具有較高電光轉(zhuǎn)化效率的發(fā)光二極管作為光源，在足夠亮度情況下可長(zhǎng)時(shí)間使用。

發(fā)光二極管是典型的恒流器件，即發(fā)光亮度受驅(qū)動(dòng)電流的控制，因此電池輸出必須經(jīng)過(guò)恒流控制，以確保發(fā)光二極管輸出亮度的穩(wěn)定。

二、充電電池容量估算

為確保能在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)提供連續(xù)穩(wěn)定的照明，負(fù)責(zé)電能供給的充電電池必須具備足夠容量。設(shè)功耗為p的發(fā)光二極管連續(xù)穩(wěn)定工作的最大時(shí)長(zhǎng)為t，電池的標(biāo)稱電壓uB，則t時(shí)段內(nèi)負(fù)載消耗電量q=t*p/uB，電池的容量c可按照公式進(jìn)行估算：

太陽(yáng)能電池組輸出的穩(wěn)壓電路模塊選用前面提到的升降壓模組，該類型模塊不僅在輸出功率、輸出電壓等參數(shù)上滿足電池組充電的需要，同時(shí)具有很寬的電壓輸入范圍，可在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將太陽(yáng)能電池組輸出的能量轉(zhuǎn)化為輸出穩(wěn)定的直流源，有利于充電過(guò)程的進(jìn)行。

3.組裝及調(diào)試

各個(gè)功能部件的具體連接過(guò)程如圖2所示。

①將太陽(yáng)能電池正對(duì)太陽(yáng)，確保電池有較大輸出功率，依次將電池的輸出正極、負(fù)極分別連接至升降壓模塊的輸入正極、負(fù)極，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓調(diào)節(jié)電阻，用萬(wàn)用表觀察，使輸出電壓達(dá)到5.7V。

②在升降壓模塊的輸出正極正向串聯(lián)硅二極管，再連接到移動(dòng)電源盒的輸入正極，同時(shí)輸出負(fù)極連接到輸入負(fù)極，觀察移動(dòng)電源盒的輸入電壓是否為5V，調(diào)節(jié)升降壓模塊的輸出電壓，直至移動(dòng)電源盒輸入端的電壓達(dá)到5V。

③斷開太陽(yáng)能電池輸入，將8節(jié)鋰離子電池裝在移動(dòng)電源盒內(nèi)，注意電池正負(fù)極的安裝順序，否則可能爆炸起火。確認(rèn)無(wú)誤后重新接入太陽(yáng)能電池，此時(shí)系統(tǒng)可為鋰離子電池組充電，移動(dòng)電源盒的充電及電量指示燈會(huì)點(diǎn)亮。

④將移動(dòng)電源盒的輸出正極通過(guò)開關(guān)連接升壓模塊的正極，輸出負(fù)極連接輸入負(fù)極，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)升壓模塊的輸出電壓并觀察，當(dāng)輸出電壓達(dá)到12V時(shí)調(diào)節(jié)停止，同時(shí)斷開開關(guān)。

⑤將升壓模塊的輸出正極、負(fù)極分別連接至發(fā)光二極管模組輸入的正極、負(fù)極。發(fā)光二極管模組的供電極性一定不能反接，否則開關(guān)閉合后模組會(huì)立即燒毀。確認(rèn)無(wú)誤后閉合開關(guān)，此時(shí)發(fā)光二極管模組點(diǎn)亮，組裝過(guò)程完成。

⑥打開開關(guān)，重新調(diào)整太陽(yáng)能電池，使其對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，白天充分充電后供晚間使用，記錄其連續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)后重新計(jì)算鋰離子電池模組的容量，使其滿足夜晚長(zhǎng)時(shí)間照明的需要。

原理圖1與連接圖2存在一些差別。如圖2中不存在獨(dú)立的充電控制及恒流控制模塊。原因是移動(dòng)電源盒內(nèi)置了充放電控制模塊，而發(fā)光二極管模組內(nèi)置了恒流驅(qū)動(dòng)模塊；圖2中增加了升壓驅(qū)動(dòng)模塊，是因?yàn)橐苿?dòng)電源盒的輸出電壓為5V，而發(fā)光二極管模組的輸入電壓為12V，因此需要升壓模塊將5V輸出升壓到12V；圖2增加的二極管可避免非隔離電源的反向充電。

三、不足與改進(jìn)

通過(guò)網(wǎng)上查找資料，在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，我終于完成了環(huán)保太陽(yáng)能臺(tái)燈的制作。實(shí)驗(yàn)表明，該臺(tái)燈可穩(wěn)定工作，完全滿足夜間照明的需要，其實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)基本一致，但存在如下問(wèn)題有待進(jìn)一步改進(jìn)。

1.所需部件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買，“臺(tái)燈”缺少漂亮的外觀。

2.沒(méi)有對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制作成本偏高。

3.如果將原理圖1和連接圖2稍作修改，去除照明及對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)部分，即可形成“太陽(yáng)能充電寶或移動(dòng)電源”方案，同樣能“廢物利用”。