CN102355016A - 一种利用太阳能为手机充电的充电电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于移动通讯终端技术领域，提供了一种用太阳能为手机充电的充电电路及方法，包括太阳能电池板，充电控制电路和手机电池，太阳能电池板通过十个晶体硅或非晶体硅串联组成，太阳能电池板位于手机的外表面并将照射在其上的太阳光转换为电能，本发明利用内置于手机充电控制电路的充电芯片和选择不同外围元器件，控制充电截止电压，最大充电电流，截止充电电流，充电时间和充电温度满足所设置的充电参数，实现对手机电池进行稳定的充电，防止手机充电时的过压，过流和温度过高或过低对手机的性能的影响。
Description
技术领域
本发明属于移动通讯终端技术领域，尤其涉及一种利用太阳能为手机充电的充电电路及其方法 。
背景技术
目前，随着科技的不断进步以及用户需求的不断提高，各种便携式的数码产品及各种手机设计的越来越精细，这样产品内置的电池体积也相应减小，电池的容量也就非常有限，如果用户使用手机进行上网和播放音乐，手机电池的消耗就会更快，当用户在户外时，如果手机没有电，就会带来很大的不便。
现有技术中很多利用太阳能对各种数码产品进行充电的装置，太阳能电池板分为晶体硅电池板包括多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池，非晶硅电池板包括薄膜太阳能电池、有机太阳能电池以及化学染料电池板包括染料敏化太阳能电池等；太阳能电池板的作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。
申请号为200510125723.5的中国发明专利申请公开了一种可携式太阳能充电器，主要包括多个供电插座，太阳集能板，锂聚合物电池组以及控制电路，该控制电路包括一馈电电路及充电电路，一电量显示电路，保护电路及一直流转换电路，但该电路复杂，元器件多，产品体积大，成本高。
申请号为201020204140的中国专利公开了一种太阳能充电手机，主要包括太阳能电池板和控制电路，该控制电路对太阳能电源进行稳压处理，不提供充电电流，充电时间，充电截止和检测手机电池温度等相应的处理控制电路，电路控制不能满足充电质量和保证充电安全。
现有技术中的太阳能充电手机存在性能不稳定和不能保证安全充电的要求， 所以存在不足，需要改进和提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用太阳能为手机充电的的充电电路及其方法 ，用于解决现有技术中性能不稳定和电路复杂的问题。
本发明是这样实现的，一种用太阳能为手机充电的充电电路，包括太阳能电池板和手机电池，其特征在于，还包括充电控制电路，所述充电控制电路的信号输入端与所述太阳能电池板相连，所述充电控制电路的信号输出端与所述手机电池相连，所述太阳能电池板包含若干串联的晶体硅或非晶体硅，所述充电控制电路用于根据所设定的充电参数条件对所述手机电池进行充电的控制，所述充电参数条件包括控制充电截止电压，最大充电电流，截止充电电流和充电温度。
其中，所述太阳能电池板包括十个串联的晶体硅或非晶体硅，所述晶体硅是单晶硅或多晶硅，所述十个单晶硅或多晶硅或非晶硅串联连接后与第一电阻并联并与第二电阻串联接入至所述充电控制电路。
其中，所述充电控制电路包括至少一个充电芯片和与所述充电芯片不同引脚相连的外围电路，所述充电芯片的电压输入端并联第一电容后连接所述太阳能电池板的正极， 所述充电芯片的电压输出端并联第二电容后连接到所述手机电池的正极，所述第二电容用于输出稳定电压；所述充电芯片第9引脚连接第三电阻后接地，用于设置所述充电芯片的充电电流；所述充电芯片第10引脚连接第四电阻后接地，用于设置所述充电芯片的截止电流；所述充电芯片截止充电时间使能引脚接地，用于设置截止充电时间无效。
其中，所述充电芯片的电压输出端最大输出电压为4.2V伏, 用于当所述手机电池正极高于4.2V时，太阳能充电截止。
其中，所述充电芯片还包括参考输出电压端，所述参考输出电压端与第三电容相连后接地，所述参考输出电压值为2.8伏，用于为热敏电阻电路提供电源电压。
其中，所述热敏电阻电路包括第五电阻，第六电阻以及与所述第六电阻串联的热敏电阻，所述热敏电阻的另一端接地，所述第五电阻分别连接所述充电芯片的参考输出电压端引脚和温度保护引脚并与所述第六电阻一端连接，用于设置当所述手机电池温度高于70度低于零度时，充电截止。
其中，所述第一电容为钽电容，电容值为10uF，所述第三电阻阻值为39千欧，所述第四电阻阻值为2兆欧。
其中，所述第五电阻阻值为30千欧，第六电阻阻值为2.2千欧，所述热敏电阻阻值为10千欧。
一种用太阳能为手机充电的充电方法，其特征在于，所述方法包括：将若干个晶体硅或非晶体硅串联组成太阳能电池板置于手机的外表面，利用内置于手机充电控制电路的充电芯片和选择不同外围元器件，控制充电截止电压，最大充电电流，截止充电电流，充电时间和充电温度满足手机充电的参数要求，实现对手机电池进行充电。
其中，所述充电截止电压为4.2V伏，所述最大充电电流为大于100毫安，所述截止充电电流为1毫安，所述充电温度为零度至70度，所述充电时间设置为无限制。
本发明的有益效果为：本发明所提供的一种利用太阳能为手机充电的充电电路及方法，将十个晶体硅或非晶体硅串联组成的太阳能电池板通过手机控制电路用于给手机电池充电，根据手机充电的要求满足充电截止电压，最大充电电流，截止充电电流，充电时间和充电温度所设置的充电参数，实现对手机电池进行稳定的充电，防止手机充电时的过压，过流和温度过高或过低对手机的性能的影响。
附图说明
图1是本发明系统框图；
图2 为图1的一种实施例图；
图3为本发明的电路原理图；
图4为充电芯片第9引脚电阻为160K时输入电压波形图；
图5为充电芯片第9引脚电阻为80K时输入电压波形图；
图6为充电芯片第9引脚电阻为39K时输入电压波形图；
图7为本发明NTC热敏电阻电路图。
具体实施方式
本发明提供了一种用太阳能为手机充电的充电电路及方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
为了解决现有技术中太阳能充电手机存在电路复杂，成本高，性能不稳定的问题，本发明提供一种利用太阳能电池、并按照一定性能参数要求对手机进行充电，该发明的主要创新点在于：将十个晶体硅或非晶体硅串联组成太阳能电池面板置于手机的外表面，利用内置于手机充电控制电路的充电芯片和选择不同外围元器件，控制充电截止电压，最大充电电流，截止充电电流，充电时间和充电温度满足所设置的充电参数，实现对手机电池进行充电，防止手机充电时的过压，过流和温度过高或过低对手机的性能的影响。
图1为本发明的充电电路原理框图，充电电路包括太阳能电池面板100，充电控制电路200和手机电池300，太阳能电池面板100位于手机的外表面并将照射在其上的太阳光转换为电能，再通过充电控制电路200为手机电池300充电，其中图2是图1的一个实施例原理框图，太阳能电池面板100包括十个电压为0.6V的晶体硅或非晶体硅串联组成，晶体硅可以是单晶硅或多晶硅，太阳能电池面板100串联后的电压为：0 – 6V, 电流为：0 – 100mA，图2中一个电流源和十个二极管组成太阳能电池板的等效电路，然后通过电阻R11（即为第二电阻）与充电控制电路200相连给手机电池提供供电需求，电阻R11是太阳能电池板等效串联电阻，电阻R12（即为第一电阻）为回流电阻是太阳能电池板等效漏电流等效电阻。
图3是本发明的具体电路图，包括VSOLAR代表串联式太阳能面板100的正极电压，VBAT代表手机电池的正极电压，还包括一个充电芯片（型号选择为ISL6298-2CR4Z）和外围电路，其中为了满足充电时的性能参数的要求，外围电路的元器件选型和参数的选择都很至关重要，本发明对充电电路的性能参数要求如下：
充电截止电压：4.2V
最大充电电流：>100mA
截止充电电流：1mA
充电时间：无限制
充电正常温度：0-70度
为了满足上述的性能参数要求，下面对图3的具体电路设计及参数的计算，元器件的选择进行详细说明，充电芯片ISL6298包括17个引脚，其中引脚1, 15, 16为充电芯片的电压输入端，即电源电压，引脚2为充电芯片的充电异常状态引脚，引脚3为充电芯片的充电正常状态引脚，引脚4为充电芯片的截止充电时间引脚，引脚5为充电芯片的接地引脚，连接到地，引脚6为充电芯片的截止充电时间使能引脚，引脚7为充电芯片的使能引脚，引脚8为充电芯片的参考输出电压，引脚9为设置充电芯片的充电电流，引脚10为设置充电芯片的截止电流，引脚11为充电芯片的温度保护引脚，引脚12, 13, 14为充电芯片的输出端，即输出端子电压，引脚17连接到地；引脚4，6，9，10为信号输入电压；
上述17个引脚分别与外围电路相连，可设置满足充电电路性能参数的要求，其中外围电路包括以下详细的描述：引脚1, 15, 16为充电芯片ISL6298的输入端，接串联式太阳能电池板的正极，并联上电容C1015（即为第一电容），电容C1015的另一端接地，电容C1015为输入稳压电容，这里为了保证有一个很好的稳压作用，本发明的电容C1015选择大容值钽电容，选值为10uF，小容量的陶瓷电容（1uF）不能起到很好的稳压作用，如果使用1uF小容量的陶瓷电容，测量结果会有间断和连续的电压脉冲跳跃，但使用10uF的钽电容所得到的电压波形会是一个平坦的电压输出，基本消除了电压的脉冲跳跃情况的发生，所以本发明使用钽电容，其电容容量为10uF。
引脚12, 13, 14为充电芯片ISL6298的输出端，并联上电容C1038（即为第二电容）后接到手机电池的正极端，电容C1038的另一端接地，电容C1038的容量为1uF, 其中电容C1038为输出稳压电容。
充电芯片ISL6298的输出端（引脚12, 13, 14）最大输出电压为4.2V, 所以当手机电池的正极高于4.2V时，太阳能充电就会截止。
引脚9为设置充电芯片ISL6298的充电电流，依照充电芯片ISL6298规格书的要求，通过使用电阻R1018（即为第三电阻）来设置充电电流，根据公式（1）所示：
（1）
其中VIREF为引脚9端的对地电压，RIREF为引脚9断的接地电阻。通过实验测试得到，当
< 500mA时，输入电压会振荡，无法实现太阳能充电，当
> 500mA时， 太阳能充电正常；本发明通过选择使用不同的电阻值来测试输入电压的振荡情况，当选择电阻R1018为160K欧姆时，输入电压至手机电池时的波形图如图4，当选择电阻 R1018为80K欧姆时如图5所示，当选择电阻R1018为39K欧姆时，如图6所示，其中图中的电压波形图横坐标表示时间，纵坐标表示电压。
由图6可见当电阻R1018的电阻值为39K欧姆时，输入电压没有振荡，非常稳定，所以通过公式（1）计算可得，当选择充电电流大于500mA时，电阻RIREF= 39K欧姆，即电阻 R1018为39K欧姆， 电阻R 1018的一端接引脚9，另一端接地，电阻R1018的作用有两个，一是设置最大充电电流，二是确保该电阻可以使充电正常工作，避免出现震荡的问题，所以当最大充电电流在100- 500mA之间时，输入的电压会振荡，所以为了保证有一个稳定的电压输出，本发明在计算电阻值时选择的充电电流大于等于500mA。
引脚10为了设置充电芯片的截止电流，依照充电芯片ISL6298规格书的要求，利用电阻R1017（即为第四电阻）来设置本发明的充电截止电流，根据按公式（2）：
其中， VREF为引脚10端芯片内部产生的参考电压，取值为0.8V；
RIMIN为引脚10端的接地电阻；
当设置为1mA，通过计算可得，RIMIN = 2M欧姆，即电阻R1017=2M欧姆时，截至电流为1mA，电阻R1017的一端接引脚10，另一端接地。
引脚2为充电芯片的充电异常状态引脚，当充电异常时，该引脚2为低电平，可加入指示灯来指示充电异常，为了节省成本，本发明直接将电阻R1007的一端分别连接到充电芯片引脚1, 15, 16和电源VSOLAR端，电阻R1007的另一端接充电芯片的引脚2，R1007的电阻值为1M 欧姆。
引脚3为充电芯片的充电正常状态引脚，当充电正常时，该引脚3为低电平，可加入指示灯来指示充电正常，为了节省成本，将电阻R1015的一端分别连接到充电芯片引脚1, 15, 16和电源VSOLAR端上，电阻R1015的另一端接充电芯片的引脚3，R1015的电阻值为1M 欧姆。
引脚6为充电芯片的截止充电时间使能引脚，将该引脚直接接地，可设置截止充电时间无效，这样充电芯片ISL6298就可以一直持续充电。
引脚4为充电芯片的截止充电时间引脚，当充电时间大于截止充电时间时，充电截止，可通过下面的公式（3）计算电容值：
（3）
其中，T截止表示截止充电时间，CTIME表示截止充电时间时的电容量。如果设置截止充电时间为3.5小时，根据公式（3）可计算得到，电容量CTIME=15nF，即电容 C1039的电容值可选择为15nF，其中电容C1039的一端接充电芯片的引脚4，另一端接地，本发明中由于引脚6接地，所以该处的充电时间只是为了计算电容C1039的电容量，即使设置截止充电时间为某一定值，但实际充电时间如果引脚6接地的话，这里所设置的充电时间无效。
引脚5为充电芯片的接地引脚，连接到地。
引脚7为充电芯片的使能引脚，悬空此引脚可使充电芯片ISL6298一直使能。
引脚8为充电芯片ISL6298的参考输出电压，该引脚输出一个2.8V电压源，其中引脚8的一端通过电容C1040（即为第三电容）接地，电容C1040的电容值为1uF，V2P8是内部线性稳压器的输出，为外部NTC热敏电阻电路提供电源电压。
引脚11为充电芯片ISL6298的温度保护引脚，为了保护电池，本发明设定当电池温度高于70度或者当电池温度低于0度时，充电截止，TEMP引脚具备监控电池的环境温度的功能，见图7为NTC热敏电阻电路，包括电阻RU（即为第五电阻）的两端分别接充电芯片的引脚11和引脚8 ，电阻RS（即为第六电阻）和NTC热敏电阻RT1001串联后一端接充电芯片的接地脚，一端接充电芯片的引脚11（TEMP脚），
根据公式（4）和（5）：
其中，R低温表示电池温度为0度时的热敏电阻值，R高温表示电池温度为70度时的热敏电阻值。本发明选择热敏电阻RT, 热敏电阻RT为10K, 1%的NTC, 型号为NCP15XH103F的热敏电阻，根据下面的表1可查出NCP15XH103F的热敏电阻在不同温度条件下的电阻值列表，当温度为0度时，查得.R低温= R0度, R0度电阻值为27.22K，当温度为70度时，R高温=R70度，R70度电阻值为2.23K，通过将高温和低温时的不同电阻值代入公式（4）和（5）中可以计算得到电阻RU和RS的电阻值，为Rs=2.2K, Ru=30K。
表 1
综上所述， 本发明将十个晶体硅或非晶体硅串联组成的太阳能电池板通过手机控制电路用于给手机电池充电，根据手机充电的要求满足充电截止电压，最大充电电流，截止充电电流，充电时间和充电温度所设置的充电参数，实现对手机电池进行稳定和安全的充电要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用太阳能为手机充电的充电电路，包括太阳能电池板和手机电池，其特征在于，还包括充电控制电路，所述充电控制电路的信号输入端与所述太阳能电池板相连，所述充电控制电路的信号输出端与所述手机电池相连，所述太阳能电池板包含若干串联的晶体硅或非晶体硅，所述充电控制电路用于根据所设定的充电参数条件对所述手机电池进行充电的控制，所述充电参数条件包括控制充电截止电压，最大充电电流，截止充电电流，充电时间和充电温度。
2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述太阳能电池板包括十个串联的晶体硅或非晶体硅，所述晶体硅是单晶硅或多晶硅，所述十个单晶硅或多晶硅或非晶硅串联连接后与第一电阻并联并与第二电阻串联接入至所述充电控制电路。
3.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述充电控制电路包括至少一个充电芯片和与所述充电芯片不同引脚相连的外围电路，所述充电芯片的电压输入端并联第一电容后连接所述太阳能电池板的正极， 所述充电芯片的电压输出端并联第二电容后连接到所述手机电池的正极，所述第二电容用于输出稳定电压；所述充电芯片第9引脚连接第三电阻后接地，用于设置所述充电芯片的充电电流；所述充电芯片第10引脚连接第四电阻后接地，用于设置所述充电芯片的截止电流；所述充电芯片截止充电时间使能引脚接地，用于设置截止充电时间无效。
4.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述充电芯片的电压输出端最大输出电压为4.2V伏, 用于当所述手机电池正极高于4.2V时，太阳能充电截止。
5.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述充电芯片还包括参考输出电压端，所述参考输出电压端与第三电容相连后接地，所述参考输出电压值为2.8伏，用于为热敏电阻电路提供电源电压。
6.根据权利要求5所述的充电电路，其特征在于，所述热敏电阻电路包括第五电阻，第六电阻以及与所述第六电阻串联的热敏电阻，所述热敏电阻的另一端接地，所述第五电阻分别连接所述充电芯片的参考输出电压端引脚和温度保护引脚并与所述第六电阻一端连接，用于设置当所述手机电池温度高于70度低于零度时，使充电截止。
7.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述第一电容为钽电容，电容值为10uF，所述第三电阻阻值为39千欧，所述第四电阻阻值为2兆欧。
8. 根据权利要求6所述的充电电路，其特征在于，所述第五电阻阻值为30千欧，第六电阻阻值为2.2千欧，所述热敏电阻阻值为10千欧。
9.一种用太阳能为手机充电的充电方法，其特征在于，所述方法包括：将若干个晶体硅或非晶体硅串联组成太阳能电池板置于手机的外表面，利用内置于手机充电控制电路的充电芯片和选择不同外围元器件，控制充电截止电压，最大充电电流，截止充电电流，充电时间和充电温度满足手机充电的参数要求，实现对手机电池进行充电。
10.根据权利要求9所述的充电方法，其特征在于，所述充电截止电压为4.2V伏，所述最大充电电流为大于100毫安，所述截止充电电流为1毫安，所述充电温度为零度至70度，所述充电时间设置为无限制。
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