專利名稱：微電能收集及轉(zhuǎn)換電路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電能采集技術(shù)，尤其是微光能(陰天、夜光)轉(zhuǎn)換技術(shù)，具體涉及一種微電能收集及裝換電路器(或稱充電器)，屬于能量采集轉(zhuǎn)換及充電器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能、風(fēng)能作為一種新型的資源越來(lái)越多地被人們關(guān)注，它所帶來(lái)的一系列的產(chǎn)業(yè)也逐漸成為目前非常具有開(kāi)發(fā)潛力的產(chǎn)業(yè)。在我國(guó)太陽(yáng)能、風(fēng)能資源極其豐富，陸地每年可接受的太陽(yáng)輻射能、風(fēng)能相當(dāng)驚人。如果將這些太陽(yáng)能、風(fēng)能充分加以利用，不僅有可能節(jié)省大量常規(guī)能源，而且可以有效地減少常規(guī)能源所帶來(lái)的環(huán)境污染。微電能采集技術(shù)，尤其是微光能(陰天、夜光)轉(zhuǎn)換技術(shù)在節(jié)能環(huán)保、低碳應(yīng)用的環(huán)境下，顯得尤為突出。該發(fā)明在微電能的利用上具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著單晶硅太陽(yáng)能電池板性能和光電轉(zhuǎn)換效率的提高，體積較小的一塊太陽(yáng)能電池板所能提供的電壓和電流完全可以滿足對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，對(duì)核心控制集成電路供電。 而且太陽(yáng)能電池板可以工作在多種環(huán)境下，只要接受到的太陽(yáng)光足夠的強(qiáng)烈就可以滿足光電轉(zhuǎn)換的需求。同時(shí)太陽(yáng)能電池板提供的是直流電源，它與設(shè)計(jì)成小型充電設(shè)備充電時(shí)所需求的電路結(jié)構(gòu)相比相對(duì)簡(jiǎn)單，相比使用交流電源充電時(shí)更加安全可靠。微電能收集及轉(zhuǎn)換電路器的輸出電壓，在采集電壓范圍內(nèi)，不受輸入電壓波動(dòng)的影響，且穩(wěn)定輸出。所需要的電子器件價(jià)格也非常的便宜，易于實(shí)現(xiàn)。該電路的缺點(diǎn)是輸出功率較小，對(duì)小于30W的用電設(shè)備較適宜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中在微電能利用的缺陷。尤其對(duì)弱光能的采集具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。為彌補(bǔ)現(xiàn)有電池及電能存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)微電能的利用，提供一種微電能收集及轉(zhuǎn)換電路器。本發(fā)明提供的微電能收集及轉(zhuǎn)換電路器，包括
電壓檢測(cè)電路輸入端與輸入電源h連接，輸出端連接自動(dòng)切換電路，用于對(duì)輸入的電壓值進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)1. 2v 30v范圍內(nèi)的輸入電壓分成三個(gè)區(qū)間，分別是1. 2v < U < 4v, 4v < U^ ΙΟν,ΙΟν < US 30ν，根據(jù)檢測(cè)的輸入電壓所在的不同區(qū)間分別向自動(dòng)切換電路發(fā)出不同的信號(hào)；
自動(dòng)切換電路輸入端連接電壓檢測(cè)電路，輸出端連接PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路， 根據(jù)電壓檢測(cè)電路發(fā)出的信號(hào)，將不同的啟動(dòng)信號(hào)自動(dòng)切換到PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的控制端；
PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路輸入端連接自動(dòng)切換電路，輸出端連接輸出電壓調(diào)節(jié)電路，采用脈寬調(diào)制和線性電壓穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換電路控制芯片，利用可調(diào)線性穩(wěn)壓器與升壓型開(kāi)關(guān)PWM穩(wěn)壓器合二為一的單片電源集成電路，實(shí)現(xiàn)輸入電壓在1. 2ν 30ν范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)低壓電池類負(fù)載進(jìn)行穩(wěn)壓輸出充電；輸出電壓調(diào)節(jié)電路輸入端連接PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路，輸出端連接濾波止逆和工作顯示電路，針對(duì)不同負(fù)載的輸入電壓要求，對(duì)輸出電壓進(jìn)行線性調(diào)節(jié)；
濾波止逆和工作顯示電路輸入端連接輸出電壓調(diào)節(jié)電路，輸出端連接負(fù)載，采用間歇式LED發(fā)光顯示工作原理并利用鍺二極管管壓降僅0. 25v的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行反充電隔離，實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)。本發(fā)明的微電能收集及轉(zhuǎn)換電路器(充電器)采用脈寬調(diào)制和線性電壓穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換集成控制電路為控制核心芯片，利用該控制芯片在太陽(yáng)能電池輸出電壓小于等于4v時(shí)采用升壓型PWM進(jìn)行充電；當(dāng)大于4V小于IOV采用PWM降壓型充電；大于IOV小于30V時(shí)采用線性充電方式工作的特性，加上電壓檢測(cè)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)從1. 2v到30v在較大范圍內(nèi)的自動(dòng)充電功能。為了做到最大限度節(jié)約電能，采用間歇式LED發(fā)光顯示工作以及能實(shí)現(xiàn)反充電隔離的鍺二極管的利用，實(shí)現(xiàn)了電路保護(hù)要求。適用于
1.微光(陰天、夜光)電能轉(zhuǎn)換的利用。在低光伏電壓1.2V時(shí)，仍可對(duì)常規(guī)電壓3.6v 供電?？稍谥甘菊彰?，手機(jī)電池充電，核心電路的控制芯片等低功耗的電子產(chǎn)品中均可使用。
2.要求不能斷電的場(chǎng)合。如電腦系統(tǒng)中存儲(chǔ)器的停電數(shù)據(jù)保存及可拆卸式數(shù)據(jù)釆集卡寸。3.要求供電電壓較高，但電流不大的便攜式電子產(chǎn)品。例如充電式交、直流兩用數(shù)字萬(wàn)用表的電池更換等。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1.功耗低。當(dāng)串聯(lián)穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器都有輸入電壓時(shí)，由于串聯(lián)穩(wěn)壓器的輸出電壓已高于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓，因而迫使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器處于休眠狀態(tài)，此時(shí)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器部分只消耗微安級(jí)電流。一旦串聯(lián)穩(wěn)壓器的輸入電壓因停電等原因降低到不足以維持輸出電壓穩(wěn)定時(shí)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器將自行接替工作，這一特性使得該電路特別適合于制作直流不間斷電源。2.調(diào)節(jié)范圍寬。實(shí)現(xiàn)了從1.2V到30V范圍內(nèi)，電壓的自動(dòng)轉(zhuǎn)換和穩(wěn)定輸出。 Es 彡 4v, Ic 彡 100mA; 4v < Es ^ 30v, Ic 彡 IA；
3.穩(wěn)定且可靠性高。內(nèi)設(shè)過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等多種保護(hù)。4.成本低。目前市場(chǎng)上大部分太陽(yáng)能充電器缺少充電保護(hù)線路，效果差、功能低。 售價(jià)都在600元以上。該發(fā)明能實(shí)現(xiàn)從1.2v到30v較大范圍內(nèi)的自動(dòng)充電功能，只需要幾十元。


圖1是微電能收集及轉(zhuǎn)換電路原理框圖。圖2是微電能收集及轉(zhuǎn)換電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、2所示，本發(fā)明的微電能收集及轉(zhuǎn)換電路器(充電器)，包括 1.電壓檢測(cè)電路
如圖1 當(dāng)輸入電壓從1. 2v 30V變化時(shí)，向自動(dòng)切換電路發(fā)出信號(hào)。如圖2 :由電阻R3、電位器Rpl、電阻R4依次串聯(lián)的電路與ES、V-并聯(lián)。2.自動(dòng)切換電路
如圖1 根據(jù)電壓檢測(cè)電路發(fā)出的信號(hào)，將不同的啟動(dòng)信號(hào)自動(dòng)切換到PWM 調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的控制端。如圖2 二極管Dl與繼電器J線圈并聯(lián)，Dl的負(fù)極端接h，Dl的正極端接三極管Tl的C極，三極管Tl的b極接穩(wěn)壓二極管Wl的正極，Tl的e極接V-，Wl的負(fù)極接 Rpl與R4連接端。繼電器J的觸點(diǎn)J-I分別接h和PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的集成芯片1端，繼電器J的觸點(diǎn)J-2分別接PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的集成芯片1、3兩端。3. PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路
如圖1 采用脈寬調(diào)制和線性電壓穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換電路控制芯片，利用其可調(diào)線性穩(wěn)壓器與升壓型開(kāi)關(guān)PWM穩(wěn)壓器合二為一的單片電源集成電路，實(shí)現(xiàn)輸入電壓1. 2v 30v范圍內(nèi)，對(duì)低壓電池等負(fù)載進(jìn)行穩(wěn)壓輸出充電。如圖2 電感器L分別連接PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的集成芯片3、6兩端。4.輸出電壓調(diào)節(jié)電路
如圖1 對(duì)不同負(fù)載的輸入電壓要求，線性可調(diào)。如圖2 電容Cl并接R5與Rp2串聯(lián)的電路于PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的集成芯片8、2兩端，C2并接在PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的集成芯片8端和V-。R2分別接在PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的集成芯片2端和V-。5.濾波止逆和工作顯示電路
如圖1 采用間歇式LED發(fā)光顯示工作和利用鍺二極管管壓降僅0. 25v的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行反充電隔離，實(shí)現(xiàn)了電路保護(hù)要求。如圖2 :R7、R6串聯(lián)并接在PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的集成芯片8端和V_。R8 和T3的c極、D2的正極分別接在PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的集成芯片8端，
T3的b極和T2的c極均與R8的另一端連接，T2的e極接V-，T2的b極和C3的負(fù)極均接在R7、R6的連接端，T3的c極、R9和LED依次串聯(lián)，C3的正極接T3的c極，D2的負(fù)極接Ec。
權(quán)利要求
1. 一種微電能收集及轉(zhuǎn)換電路器，其特征在于該微電能收集及轉(zhuǎn)換電路包括 電壓檢測(cè)電路輸入端與輸入電源h連接，輸出端連接自動(dòng)切換電路，用于對(duì)輸入的電壓值進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)ι. 2v 30v范圍內(nèi)的輸入電壓分成三個(gè)區(qū)間，分別是1. 2v < U < 4v、 4v < U^ IOvUOv < U彡30v，根據(jù)檢測(cè)的輸入電壓所在的不同區(qū)間分別向自動(dòng)切換電路發(fā)出不同的信號(hào)；自動(dòng)切換電路輸入端連接電壓檢測(cè)電路，輸出端連接PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路， 根據(jù)電壓檢測(cè)電路發(fā)出的信號(hào)，將不同的啟動(dòng)信號(hào)自動(dòng)切換到PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的控制端；PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路輸入端連接自動(dòng)切換電路，輸出端連接輸出電壓調(diào)節(jié)電路，采用脈寬調(diào)制和線性電壓穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換電路控制芯片，利用可調(diào)線性穩(wěn)壓器與升壓型開(kāi)關(guān)PWM穩(wěn)壓器合二為一的單片電源集成電路，實(shí)現(xiàn)輸入電壓在1.2v 30v范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)低壓電池類負(fù)載進(jìn)行穩(wěn)壓輸出充電；輸出電壓調(diào)節(jié)電路輸入端連接PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路，輸出端連接濾波止逆和工作顯示電路，針對(duì)不同負(fù)載的輸入電壓要求，對(duì)輸出電壓進(jìn)行線性調(diào)節(jié)；濾波止逆和工作顯示電路輸入端連接輸出電壓調(diào)節(jié)電路，輸出端連接負(fù)載，采用間歇式LED發(fā)光顯示工作原理并利用鍺二極管管壓降僅0. 25v的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行反充電隔離，實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)。
全文摘要
一種微電能收集及轉(zhuǎn)換電路器。依次包括串接的電壓檢測(cè)電路、自動(dòng)切換電路、PWM調(diào)制和線性穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路、輸出電壓調(diào)節(jié)電路和濾波止逆和工作顯示電路。本發(fā)明采用脈寬調(diào)制和線性電壓穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換集成控制電路為控制核心芯片，利用該控制芯片在外部收集電壓在1.2V～4V時(shí)，采用升壓型PWM輸出充電；當(dāng)大于4V小于10V采用PWM降壓型輸出充電；大于10V小于30V時(shí)，采用線性輸出充電方式工作，實(shí)現(xiàn)了從1.2V到30V范圍內(nèi)，電能的自動(dòng)轉(zhuǎn)換和穩(wěn)定輸出充電的功能，并使自身功耗降至最低。該電路可成為一種節(jié)能、環(huán)保、低功耗的大范圍恒流和恒壓型微電能收集和轉(zhuǎn)換電路器(充電器)。尤其能顯著提高太陽(yáng)能電池板的性能和光電轉(zhuǎn)換效率，具有極大的積極作用。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102185348SQ20111010800
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者李香龍, 毛書(shū)凡 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)