太阳能手电筒超级电容蓄电电路设计

本文介绍一款用超级电容蓄电的阴晴可充式太阳能手电筒，其电路如图4-20所示。

图4-20　太阳能手电筒超级电容蓄电电路

电路工作原理：该电路由太阳能电池板、充电保护、法拉电容蓄电模块、MC34063DC/DC升压稳压相关电路等组成。具有阴雨天和室内光线充电功能的太阳能电池板，经保护电路向法拉电容蓄电模块供电，再经MC34063DC/DC升压稳压电路为手电筒LED提供电能。

元器件选择：太阳能电池板由单晶硅太阳能电池散片改装。由于手电筒壳体的有效面积有限，将太阳能电池板做成折叠式，将功率最大值提升至16V×100mA，使其在阴雨天和晴天室内的开路电压、短路电流分别达到10.8V和15mA，从而确保太阳能电池板在白天无论是晴天或是阴雨天都能充电。(www.xing528.com)

由40只“AL牌”3.3F、2.5V的法拉电容两两串联后再并联，组成33F、5V（标称值）的法拉电容蓄电模块。经实验确定4.8V为充电电压上限，在此电压范围内，各法拉电容单体所承受的电压不超过2.5V。

充电保护电路由稳压二极管和泄流三极管构成。为了与法拉电容蓄电模块充电上限电压匹配，ZD采用5.1V、5W稳压二极管，防反充隔逆二极管VD1采用正向压降0.3V左右的，R1取值为100～200Ω。当法拉电容蓄电模块电压充至4.8V时，ZD阴极电位高于5.1V，R1压降达到0.63V左右，VT导通，太阳能电池板全部电流（最大为100mA）通过ZD、R1和VT得以消耗，从而保护法拉电容蓄电模块电压不超过上限；当法拉电容蓄电模块电压低于4.8V时，ZD为高阻状态，R1压降几乎为零，VT截止，太阳能电池板给法拉电容蓄电模块充电。

由于供电过程中法拉电容蓄电模块的电压不断下降，LED无法直接作为其负载，故必须将法拉电容蓄电模块提供的电能进行升压稳压处理。本电路采用单片双极型线性集成电路MC34063作为升压稳压电路核心，它内含参考电压源、振荡器、转换器、逻辑控制线路和开关晶体管，外接元器件如图所示。该部分电路可在以下范围工作：输入电压为2.29V；输入电流由R4决定，一般调至小于500mA即可；输出电压在35V内可调，调试较为简单。手电筒发光体为3只串联的φ5mm草帽形高亮度LED，将其工作电流确定为18mA，此时其两端电压为9.92V。R6可用40kΩ电阻串联一只10kΩ的电位器得到。本电路MC34063输出电压为9.92V时，R6约为47kΩ。

经使用，该款自制超级电容蓄电的阴晴可充式太阳能手电筒亮度稳定。法拉电容蓄电模块由4.8V放电至2.7V，电筒亮度几乎不变。阴雨天在室内选择朝向光亮置放也可充满，充满可供使用30min，非常适合日常居家生活照明。超级电容和LED均为长寿命绿色电子元器件，正常使用寿命可达10年以上。