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綠色電源取代石英鐘干電池的實(shí)用性和可靠性

作者: 時(shí)間:2014-01-10 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

電池跟我們的生活和工作息息相關(guān),比如家庭和辦公場(chǎng)所用的(指針式)一般多以5號(hào)電池作為電源。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),中國(guó)電池年產(chǎn)量約150億枚,是世界生產(chǎn)大國(guó),年消費(fèi)量約50億枚,也是世界消費(fèi)大國(guó),并且有日益增加的趨勢(shì)。多年來(lái)數(shù)量龐大的廢舊電池,在我國(guó)幾乎都隨垃圾一起丟棄,處理方式要么焚燒、要么填埋。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/227060.htm

大家都知道對(duì)自然環(huán)境威脅最大的五種金屬是鉻、鎘、銅、鉛、汞,電池就占了其中的汞、鉛、鎘三種。若焚燒,污染了大氣;若填埋,污染了土壤,對(duì)農(nóng)作物有害;污染了水源對(duì)水生物(魚(yú)蝦等)有害。據(jù)資料介紹:一粒小小的鈕扣電池可污染60萬(wàn)升水,相當(dāng)于一個(gè)人一生的飲水量;一節(jié)一號(hào)電池爛在地里,能使一平方米的土地失去利用價(jià)值,并造成永久性公害。

人離不開(kāi)地球,也離不開(kāi)食物。這些有毒重金屬通過(guò)各種途徑(鼻口呼吸、飲食蔬菜、魚(yú)蝦等)進(jìn)人人體內(nèi),長(zhǎng)期積蓄難以排除。醫(yī)學(xué)界已證實(shí):汞會(huì)嚴(yán)重危害人體神經(jīng)系統(tǒng),尤其對(duì)兒童受害最大;鎘會(huì)引起人體骨質(zhì)疏松、造成骨骼變形、骨痛等,并引起肝和腎受損;鉛進(jìn)入人體后最難排泄,它干擾腎功能、生殖功能。會(huì)導(dǎo)致兒童行為異常和低智商等。

既然廢舊電池對(duì)人類造成的危害已成為不爭(zhēng)的事實(shí),那么世界其它國(guó)家是如何處理的呢?在歐洲一些西方國(guó)家(比如德國(guó)),廢舊電池早被列為危險(xiǎn)有毒廢物,由電池經(jīng)銷(xiāo)商必須通過(guò)“收舊賣(mài)新”方式回收,絕不能隨便丟棄在自然界中。

在我國(guó),盡管民間少數(shù)環(huán)保人士借鑒西方一些國(guó)家經(jīng)驗(yàn),倡導(dǎo)廢舊電池分類收集,但由于一方面政府對(duì)廢舊電池處理沒(méi)有明確的法規(guī),另一方面人們對(duì)廢舊電池的危害認(rèn)識(shí)程度不深、重視程度不夠;對(duì)廢舊電池收集工作熱情不高、參與人數(shù)不多。文中提出了由太陽(yáng)能電池板、超級(jí)電容、電荷泵(LM2788-2.0)為核心器件,設(shè)計(jì)出一款取代傳統(tǒng)5號(hào)電池的綠色環(huán)保節(jié)能電源,應(yīng)用在上,從源頭上避免了廢舊5號(hào)電池對(duì)環(huán)境的污染,對(duì)保護(hù)環(huán)境、守住我們綠色家園將起到積極的作用。文中以超級(jí)電容和電荷泵LM2788及太陽(yáng)能電池板為核心器件,設(shè)計(jì)出一款,應(yīng)用在上,取代傳統(tǒng)的。經(jīng)過(guò)3年時(shí)間的試用,實(shí)用性和可靠性得到了驗(yàn)證。

1 元件說(shuō)明

電路是由太陽(yáng)能電池板、超級(jí)電容、電荷泵、肖特基二極管四大核心部件構(gòu)成。

(1)太陽(yáng)能電池板材料為多晶硅,尺寸長(zhǎng)60mm、寬44mm、厚3mm;輸出電參數(shù):工作電壓5.5V、工作電流60mA、額定功率0.33W,見(jiàn)圖1。

(2)超級(jí)電容參數(shù)為120F/2.3V,其特點(diǎn)是充電快、壽命長(zhǎng)、效率高、容量大、溫度適應(yīng)性好,另外生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存、拆解各個(gè)環(huán)節(jié)均無(wú)污染,見(jiàn)圖2。

(3)電荷泵LM2788-2.0是一種8腳降壓式電荷泵DC/DC變換器。輸入2.6V~5.5V,輸出2.0V。該變換器主要特點(diǎn):輸出電壓精度分別為:2.0V±5%、輸出電流可達(dá)120mA;最高轉(zhuǎn)換效率可達(dá)90%;低功耗,工作電流32μA;有關(guān)閉控制,關(guān)閉狀態(tài)時(shí)耗電僅0.1μ;有過(guò)熱及短路保護(hù),見(jiàn)圖3。

(4)肖特基二極管1N5819特點(diǎn)是電流大(1A),壓降低(0.3V),耐壓高(40V),見(jiàn)圖4。

2 電路工作原理

將石英鐘懸掛在室內(nèi)光線明亮的地方。電路原理圖,見(jiàn)圖5。

白天室內(nèi)光線漫射在太陽(yáng)能電池板上,產(chǎn)生電流,經(jīng)電荷泵LM2788-2.0變換后輸出2.0V的電壓;再經(jīng)肖特基二極管1N5819隔離后一方面向石英鐘供電,另一方面向超級(jí)電容充電(電容兩端電壓上限為Uh=Uout-Ud1=2.0-0.3=1.7V)。晚上太陽(yáng)能電池板不產(chǎn)生電流,超級(jí)電容存儲(chǔ)的電能給石英鐘供電。肖特基二極管D1的作用就是防止超級(jí)電容存儲(chǔ)的電能在太陽(yáng)能電池板(夜間或陰天)不發(fā)電時(shí),反向流入電荷泵及太陽(yáng)能電池板。

按石英鐘國(guó)標(biāo)規(guī)定:石英鐘工作電壓范圍一般在1.25~1.70V;實(shí)測(cè)石英鐘跳秒(間歇)式石英鐘平均功耗電流在125μA左右。超級(jí)電容電壓從1.7V降到1.25V時(shí)能釋放出來(lái)的電量△Q=CUh-CUL=C(Uh-UL)=120×(1.7-1.215)=54C;這些電量若按平均電流I=150μA來(lái)輸出,則需要時(shí)間t=△Q/I=54/(150×10-6)=3.6×105s=100h才能耗完。通過(guò)計(jì)算,從時(shí)間上確保了為石英鐘夜間工作備用的電能。改造后的石英鐘見(jiàn)圖6。


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