制作杯子里面的太阳

制作杯子里面的太阳

想必你已经在什么地方见到过这种神奇的罐子了，它像魔法一样将阳光的温暖触角延伸到夜晚，让人回忆起儿时的幻想。这里不仅有阳光罐的DIY指南，还有太阳能利用的实用教程！

1 原型设计

电路原理

首先，太阳能电池和普通的电源不一样，它的电源内阻比较大，所以在输出电流很大时，输出功率反而会急剧下降。商品化的太阳能电池通常会带有最大功率点跟踪（MPPT）功能，以达到提高光能转换效率的目的。

太阳能电池输出特性

其次是电压的匹配问题，驱动单个LED 发光的最佳电压是2.5V（红，黄），3.5V(蓝，绿，白)，给锂离子电池充电的电压4.2V，铁锂3.6V，镍氢电池1.4V，而太阳能电池本身的输出电压随模块数可以从1V到数百V不等。而且太阳能电池的电压输出随光照变化很大，如果要充分利用白天的光照，直接连接的太阳能电池电压就要比电池的充电电压高不少，因此存在充满电池后过充导致损坏的风险。对于这一问题，最好是在太阳能电池之后增加一级稳压充电电路，如果用镍氢电池的话还需要一级升压驱动电路给LED供电。

最后一点是能耗上的，这个电路的LED实际上全天发光，但是日照之下效果微弱没有实际意义，只会消耗能量降低充电速度。增加一个光敏开关来控制LED只在夜间亮起能更为节能。

综合以上各点，比较完善的Sunjar包括太阳能电池，稳压充电电路，充电电池，光敏LED驱动电路几个部分。事实上这也是太阳能草坪灯和路灯的标准配置，只是它们的功率比较大，亮度也很高。

稳压充电电路

首先是稳压充电电路。凌特的这一款LTC3105提供了最大功率点跟踪功能，并且可以将0.25V~5V的输入电压变换为1V~5V的任意输出电压，不仅能用于Sunjar，稍加改动就可以做成输出4.2V的太阳能电池充电器和输出5V的太阳能USB电源，这也是我选用它而不是专用控制芯片的原因。

充电电路的电路图，一些元件参数根据实际情况做了改动。

Vin和SW之间的10uH电感换为22uH电感：手头只有这个

LDO 外接的4.7uF电容换为1uF电容：原因同上

MPPC外接的40.2K换为300K：将最大功率点的控制电压调整为3V，适应5V输出的太阳能电池板。

SHDN和PGOOD：悬空

FB外接的1020K和332K电阻换为900K和300K电阻：这里通过两个电阻的比例可以控制输出电压在1V~5V之间变化。考虑到给锂电池充电以及后级LED驱动不需要升压的原因选取了4.1V输出，电阻的值稍有变化是因为手头的阻值选择有限。

电路直接在一块MSOP-DIP转接板上搭焊完成，都是贴片元件所以体积很小。

光敏LED驱动电路

由于供电电压比较高，所以LED的驱动电路就变得很简单了。这个电路适用于3V`5V的供电电压。

用一个NMOS直接控制LED，元件很少所以可以全部选用直插元件搭焊。

焊完之后找个电源上电，然后制造一小片黑暗看看光敏电路工作是否正常。

组装

全部焊完以后就可以组装了。在太阳能电池的正负极各焊一条输出线，正极线连接到LTC3105的Vin，负极连接到LTC3105的GND。然后把LTC3105的Vout和GND分别连接到法拉电容（或者锂电池）的正负极，再把光敏电路的VCC和GND分别接到法拉电容（或者锂电池）的正负极上。

这里我用法拉电容的主要原因是手头的锂电池都是大号的18650，各种不方便，就先拿它暂代一下。

对自己有信心的话可以开始下一步，否则可以检测一下。在阳光直射下测量电容两端电压，应该在逐渐上升，到4.1V左右停止变化。（电容相对电池来说能量密度小，不过也便于检测电压变化。电池的话大约就要晒几个小时再来测了）

现在可以拿黑胶布把LTC3105的电路板直接贴到太阳能电池板背后，找个壳子或者罐子装进法拉电容和LED，制作就完成了。

继续改造

如前所述LTC3105稍加改动就可以做成输出4.2V的太阳能电池充电器和输出5V的太阳能USB电源，这样的DIY机会可不能错过。理论上说，供给LED夜间发光3V，40ma的小电池就能满足，之所以准备了5V260mA的大号电池板，就是为了给改造留出空间。

将两个反馈电阻的值改为800K和200K就能实现5V输出，再接上一个USB母头就可以给大多数移动设备充电。虽然功率不算高（这需要更大的电池板），只有100ma的输出电流（扣除电池板内阻和转换损耗），应急一用还是能行的。

而如果将LTC3105的4.1V输出接上18650电池座，一个太阳能锂电池座充就完成了。稍微留些余量能避免过充，毕竟比起略微充不满来说过充的危害要大很多。再在后面加一级升压电路输出5V电压的话，就是传说中的太阳能移动电源了。

最后秀一个用一个以前的自制2节18650电池移动电源完成的最终改造，在原有的miniUSB充电外新增了太阳能充电功能。