低可达，待机电流为，工作电压范围宽，外设丰富，端口驱动能力强等特点，能有效提高监控电路的集成度，降低功耗。

各单元电路的设计与实现升压型变换器主电路主电路采用型升压电路，见附录二图，其输出电压与输入电压的电能收集充电器控制方程为式中，为输出电压，为输入电压，为占空比。

由于升压电路在输入电压小于时工作，假设有效的输入电压范围最低为，输出电压为，则占空比的变化范围为，在此范围内调整占空比，就能保证获得最大的输出功率。

辅助电源辅助电源采用自激式升压电路，以保证在输入电压很低时也能正常启动控制器，给电池充电。

其电路如附录二图所示，图中为储能电感，为开关管，为驱动管，及构成了输出电压调整电路。

其工作原理为，上电启动时，由于两端电压为零，因此截止导通，导致导通，电感和储存能量，同时电源通过发射极和向电容充电。

电容两端电压上升，当两端电压上升到接近电源电压时，截止，导致截止，和储存的能量向充电，并向负载供电，此时导通，保持截止。

当和上的能量释放较多，导致两端电压下降到低于时，截止，导通，导致导通，电感和又储存能量，并开始个新的工作周期。

控制器控制器选用公司的电流型控制芯片。

降压型变换器主电路主电路采用单端反激式变换电路，如附录二图所示，其输出电压与输入电压的控制方程为式中为变压器初级绕组，为变压器次级绕组，和的匝比为，因此当在范围内变化时，满功率输出情况下变换器输入端口电压变化范围约为，占空比的变化范围为，在此范围内调整占空比，就能保证获得最大的输出功率。

辅助电源启动时的辅助电源直接从输入电源获得，当主变换器工作正常后，通过变压器的次级绕组获得稳定的电源。

电能收集充电器外部晶振电能收集充电器参赛组参赛人员袁强谭伟周伟目录目录电能收集充电器摘要系统方案设计比较与论证总方案设计比较与论证直流变换电路脉宽调制电路的比较与论证理论分析与计算电路结构电路设计元器件选用各单元电路的设计与实现升压型变换器降压型变换器监控电路系统软件设计及流程功能分析软件设计整机测试及测试结果分析测试仪器测试结果测试结果分析结论电能收集充电器摘要设计并制作了种宽范围的电能收集充电器。

本充电器可根据输入电压的范围，选择升压降压及直通输出三种工作模式，有效地提高了充电器直流变换电路的工作效率监测和控制电路则工作于间歇模式，降低了功耗，有助于提高变换器效率。

经实际测试，充电器在至范围内均能正常工作，并能向模拟可充电池充电，电路工作稳定可靠，成本低，很好地满足了任务要求。

关键词充电器直流变换器，制器集成度较高，外接较少的元器件就可正常工作，同时该类集成芯片通常自带驱动电路，功耗也较低，有利于降低成本，提高效率，响应速度也更快，缺点是控制的灵活性较方案稍差。

经综合比较，我们选择方案二。

理论分析与计算为保证变换效率，使整个充电电路获得最大的功率输出，从以下几个方面进行了设计电路结构输入电压低于时由于输入电压低于充电电压，必须对输入电压进行升压。

设计时采用升压电路，通过对电路的占空比进行控制，改变电路的等效输入阻抗，使其与输入电源阻抗相匹配，实现最大功率输出，提高变换效率。

要使升压电路能够工作，必须提供辅助电源，因此采用自激式升压电路来为变换电路提供辅助电源。

输入电压高于，低于时按题目要求，当输入电压大于，变为，此时，变换器所能获得的最大输入功率为，经实际测试，控制电路采用作为控制器时，在工作电源为的情况下，其自身消耗电流约为，功耗为在工作电源为时，其自身消耗电流为，功耗为，再加上控制电路自身的功耗，辅助电源的功耗等，变换器自身的功耗不会低于，而负载希望得到的充电功率为，即，满足此条件的电能收集充电器应大于。

当电压低于时，变换器的输出电流肯定低于题目要求变换器自身效率极高除外，且小于直通电流。

为了保证电池尽可能多的获得电能，采用直接输出的方式，消除功率变换部分的功耗，提高效率。

输入电压高于时为保证获得最佳的功率输出，必须使变换电路的等效输入阻抗与电源内阻相匹配，因此采用单端反激式变换电路，通过对变换器的占空比进行控制，改变变换器的等效输入阻抗，实现最大功率输出。

电路设计在保证实现功能要求的基础上，电路设计尽量简化，以减少不必要的损耗。

单片机作为监控电路的核心，可工作于休眠模式，以降低监控电路的损耗，提高效率。

升压和降压变换电路的占空比控制在合理的范围内，提高变换电路的效率。

元器件选用变换器功率开关变换器的功率开关选用低导通电阻的低压大电流，以降低功率开关的开关损耗和导通损耗。

控制器控制器选用公司的电流型控制芯片，它具有功能全电能收集充电器系统方案设计比较与论证总方案设计比较与论证根据题目要求，设计的电能收集充电器主要由变换器变换器选择电路辅助电源及监控电路等部分构成，其原理框图如图所示。

方案在全电压输入范围内采用种直流电源变换电路。

由于输入电压范围较宽，因此必须采用升降压变换电路才能满足要求，而当输入电压范围较宽时，升降压变换器的占空比变化较大在占空比较小时，变换电路的工作效率必然较低。

同时，其辅助电源也要能适应较宽的变化范围，实际上，在电压高于时，很多控制器已经能够正常工作，而此时单设辅助电源，必然会降低变换器的效率。

方案二针对不同的输入电压，采用不同的直流电源变换电路。

在输入电压较低时，采用升压变换电路，而在输入电压较高时，采用降压变换电路，这样变换器的占空比可以控制在较小的范围内，有利于提高效率。

本方案同方案相比缺点是增加了套变换电路，成本有所增加。

优点是在输入电压较高时可不用单设辅助电源，提高了效率同时在低压时，辅助电源工作，辅助电源不需要适应输入电压如此宽的范围，降低了辅助电源的要求。

综合比较，为提高变换效率，选用方案二。

变换器主要由升压变换电路和降压电路两部分构成。

当输入电压低于时，变换器选择电路将输入接入到升压变换电路当输入电压高于时，变换器选择电路将输入接入到降压变换电路而当输入电压在到之间时，直通电路工作，将直接旁路输出。

变换器降压型变换器辅助电源监控显示输出输入升压型变换器变换器选择直通电路图系统原理框图电能收集充电器直流变换电路脉宽调制电路的比较与论证方案采用单片机产生信号。

这种方案可简化硬件电路，易于通过修改程序来控制和调节，具有较好的灵活性。

但在变换器工作过程中，为保证获得最大的输出功率，需根据输入和输出电压的变化实时调整占空比。

而单片机通过采样输入输出，再根据输入输出的变化来调整占空比，必然会产生较大的延时，导致较大的控制误差。

同时，单片机端口输出电压低功率小，不能直接驱动功率开关，需另外增加驱动电路和电源，会产生额外的功率损耗。

同时，其价格也比单片控制器更高。

方案二采用单片信号控制器。

单片控采集流程图电能收集充电器确定间歇时间为开始启动定时器定时时间定时到否设置时间为，启动执行指令关返回图间歇工作控制流程图电能收集充电器附录四源程序清单采样处理子程序说明控制卸载继电器工作，直通支路断开发生器不工作选通启动转换，将转换结果放入缓冲区中去尖峰平均值滤波算法电能收集充电器输出控制子程序说明继电器工作，直通支路断开发生器工作继电器不工作，直通支路闭合工作分频看门狗停止子程序说明电能收集充电器系统休眠子程序说明端口拉低减小功耗中断处理子程序说明休眠时间到电能收集充电器主程序说明，发生器停止工作按键扫描处理子程序说明扫描去抖动电能收集充电器，检测到按键按下