CN102185348A - 微电能收集及转换电路器 - Google Patents

Abstract

一种微电能收集及转换电路器。依次包括串接的电压检测电路、自动切换电路、PWM调制和线性稳压转换电路、输出电压调节电路和滤波止逆和工作显示电路。本发明采用脉宽调制和线性电压稳压器转换集成控制电路为控制核心芯片，利用该控制芯片在外部收集电压：在1.2V～4V时，采用升压型PWM输出充电；当大于4V小于10V采用PWM降压型输出充电；大于10V小于30V时，采用线性输出充电方式工作，实现了从1.2V到30V范围内，电能的自动转换和稳定输出充电的功能，并使自身功耗降至最低。该电路可成为一种节能、环保、低功耗的大范围恒流和恒压型微电能收集和转换电路器（充电器）。尤其能显著提高太阳能电池板的性能和光电转换效率，具有极大的积极作用。

Description

微电能收集及转换电路器

技术领域

本发明涉及微电能采集技术，尤其是微光能（阴天、夜光）转换技术，具体涉及一种微电能收集及装换电路器（或称充电器），属于能量采集转换及充电器技术领域。

背景技术

太阳能、风能作为一种新型的资源越来越多地被人们关注，它所带来的一系列的产业也逐渐成为目前非常具有开发潜力的产业。在我国太阳能、风能资源极其丰富，陆地每年可接受的太阳辐射能、风能相当惊人。如果将这些太阳能、风能充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且可以有效地减少常规能源所带来的环境污染。

微电能采集技术，尤其是微光能（阴天、夜光）转换技术在节能环保、低碳应用的环境下，显得尤为突出。该发明在微电能的利用上具有广泛的应用前景。

随着单晶硅太阳能电池板性能和光电转换效率的提高，体积较小的一块太阳能电池板所能提供的电压和电流完全可以满足对锂电池进行充电，对核心控制集成电路供电。而且太阳能电池板可以工作在多种环境下，只要接受到的太阳光足够的强烈就可以满足光电转换的需求。同时太阳能电池板提供的是直流电源，它与设计成小型充电设备充电时所需求的电路结构相比相对简单，相比使用交流电源充电时更加安全可靠。微电能收集及转换电路器的输出电压，在采集电压范围内，不受输入电压波动的影响，且稳定输出。所需要的电子器件价格也非常的便宜，易于实现。

该电路的缺点是输出功率较小，对小于30W的用电设备较适宜。

发明内容

本发明目的是解决现有技术中在微电能利用的缺陷。尤其对弱光能的采集具有实际应用价值。为弥补现有电池及电能存储设备对微电能的利用，提供一种微电能收集及转换电路器。

本发明提供的微电能收集及转换电路器，包括：

电压检测电路：输入端与输入电源Es连接，输出端连接自动切换电路，用于对输入的电压值进行检测，对1.2v～30v范围内的输入电压分成三个区间，分别是1.2v﹤U≤4v，4v﹤U≤10v，10v﹤U≤30v，根据检测的输入电压所在的不同区间分别向自动切换电路发出不同的信号；

自动切换电路：输入端连接电压检测电路，输出端连接PWM调制和线性稳压转换电路，根据电压检测电路发出的信号，将不同的启动信号自动切换到PWM调制和线性稳压转换电路的控制端；

PWM调制和线性稳压转换电路：输入端连接自动切换电路，输出端连接输出电压调节电路，采用脉宽调制和线性电压稳压器转换电路控制芯片，利用可调线性稳压器与升压型开关PWM稳压器合二为一的单片电源集成电路，实现输入电压在1.2v～30v范围内时，对低压电池类负载进行稳压输出充电；

输出电压调节电路：输入端连接PWM调制和线性稳压转换电路，输出端连接滤波止逆和工作显示电路，针对不同负载的输入电压要求，对输出电压进行线性调节；

滤波止逆和工作显示电路：输入端连接输出电压调节电路，输出端连接负载，采用间歇式LED发光显示工作原理并利用鍺二极管管压降仅0.25v的优势，进行反充电隔离，实现电路的保护。

本发明的微电能收集及转换电路器（充电器）采用脉宽调制和线性电压稳压器转换集成控制电路为控制核心芯片，利用该控制芯片在太阳能电池输出电压小于等于4v时采用升压型PWM 进行充电；当大于4V小于10V采用PWM 降压型充电；大于10V小于30V时采用线性充电方式工作的特性，加上电压检测和自动转换电路，实现从1.2v到30v在较大范围内的自动充电功能。为了做到最大限度节约电能，采用间歇式LED发光显示工作以及能实现反充电隔离的鍺二极管的利用，实现了电路保护要求。

适用于：

1．微光（阴天、夜光）电能转换的利用。在低光伏电压1.2V时，仍可对常规电压3.6v供电。可在指示照明，手机电池充电，核心电路的控制芯片等低功耗的电子产品中均可使用。

2.要求不能断电的场合。如电脑系统中存储器的停电数据保存及可拆卸式数据采集卡等。

3.要求供电电压较高，但电流不大的便携式电子产品。例如充电式交、直流两用数字万用表的电池更换等。

本发明的优点和积极效果：

1.功耗低。当串联稳压器和开关稳压器都有输入电压时，由于串联稳压器的输出电压已高于开关稳压器的输出电压，因而迫使开关稳压器处于休眠状态，此时开关稳压器部分只消耗微安级电流。一旦串联稳压器的输入电压因停电等原因降低到不足以维持输出电压稳定时，开关稳压器将自行接替工作，这一特性使得该电路特别适合于制作直流不间断电源。

2.调节范围宽。实现了从1.2V到30V范围内，电压的自动转换和稳定输出。Es≤4v,Ic≤100mA; 4v＜Es≤30v,Ic≤1A;

3.稳定且可靠性高。内设过流、过压、过热等多种保护。

4.成本低。目前市场上大部分太阳能充电器缺少充电保护线路，效果差、功能低。售价都在600元以上。该发明能实现从1.2v到30v较大范围内的自动充电功能，只需要几十元。

附图说明

图1是微电能收集及转换电路原理框图。

图2是微电能收集及转换电路原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明的微电能收集及转换电路器（充电器），包括：

1．电压检测电路：

如图1：当输入电压从1.2v～30V变化时，向自动切换电路发出信号。

如图2：由电阻R3、电位器Rp1、电阻R4依次串联的电路与Es、V-并联。

2．自动切换电路：

如图1：根据电压检测电路发出的信号，将不同的启动信号自动切换到PWM

调制和线性稳压转换电路的控制端。

如图2：二极管D1与继电器J线圈并联，D1的负极端接Es，D1的正极端接三极管T1的c极，三极管T1的b极接稳压二极管W1的正极， T1的e极接V-，W1的负极接Rp1与R4连接端。继电器J的触点J-1分别接Es和PWM调制和线性稳压转换电路的集成芯片1端，继电器J的触点J-2分别接PWM调制和线性稳压转换电路的集成芯片1、3两端。

3．PWM调制和线性稳压转换电路：

如图1：采用脉宽调制和线性电压稳压器转换电路控制芯片，利用其可调线性稳压器与升压型开关PWM稳压器合二为一的单片电源集成电路，实现输入电压1.2v～30v范围内，对低压电池等负载进行稳压输出充电。

如图2：电感器L分别连接PWM调制和线性稳压转换电路的集成芯片3、6两端。

4．输出电压调节电路：

如图1：对不同负载的输入电压要求，线性可调。

如图2：电容C1并接R5与Rp2串联的电路于PWM调制和线性稳压转换电路的集成芯片8、2两端，C2并接在PWM调制和线性稳压转换电路的集成芯片8端和V-。R2分别接在PWM调制和线性稳压转换电路的集成芯片2端和V-。

5．滤波止逆和工作显示电路：

如图1：采用间歇式LED发光显示工作和利用鍺二极管管压降仅0.25v的优势，进行

反充电隔离，实现了电路保护要求。

如图2：R7、R6串联并接在PWM调制和线性稳压转换电路的集成芯片8端和V-。R8和T3的c极、D2的正极分别接在PWM调制和线性稳压转换电路的集成芯片8端，

T3的b极和T2的c极均与R8的另一端连接，T2的e极接V-，T2的b极和C3的负极均接在R7、R6的连接端，T3的c极、R9和LED依次串联，C3的正极接T3的c极，D2的负极接Ec。

Claims (1)

1.一种微电能收集及转换电路器，其特征在于该微电能收集及转换电路包括：

电压检测电路：输入端与输入电源Es连接，输出端连接自动切换电路，用于对输入的电压值进行检测，对1.2v～30v范围内的输入电压分成三个区间，分别是1.2v﹤U≤4v、

4v﹤U≤10v、10v﹤U≤30v，根据检测的输入电压所在的不同区间分别向自动切换电路发出不同的信号；

自动切换电路：输入端连接电压检测电路，输出端连接PWM调制和线性稳压转换电路，根据电压检测电路发出的信号，将不同的启动信号自动切换到PWM调制和线性稳压转换电路的控制端；

PWM调制和线性稳压转换电路：输入端连接自动切换电路，输出端连接输出电压调节电路，采用脉宽调制和线性电压稳压器转换电路控制芯片，利用可调线性稳压器与升压型开关PWM稳压器合二为一的单片电源集成电路，实现输入电压在1.2v～30v范围内时，对低压电池类负载进行稳压输出充电；

输出电压调节电路：输入端连接PWM调制和线性稳压转换电路，输出端连接滤波止逆和工作显示电路，针对不同负载的输入电压要求，对输出电压进行线性调节；

滤波止逆和工作显示电路：输入端连接输出电压调节电路，输出端连接负载，采用间歇式LED发光显示工作原理并利用鍺二极管管压降仅0.25v的优势，进行反充电隔离，实现电路的保护。

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