CN107149250A - 一种光伏充电手机套 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏充电手机套，其包括：用于将光能转换为电能的光伏面板组，与光伏面板组连接的最大功率点跟踪电路，充电电路；最大功率点跟踪电路用于跟踪光伏面板的最大功率点，并将最大功率点的电能通过充电电路输出至设备电池。通过本发明的实施，在手机套内集成最大功率点跟踪电路跟踪光伏面板最大功率点，实现最大功率输出，这样充电电压和电流都能够得到合理的匹配，解决了现有手机保护套的光伏设计需要单独携带控制装置的问题，同时，缩短了充电时间，提高了充电效率，增强了用户的使用体验。

Description

一种光伏充电手机套

技术领域

本发明涉及手机套领域，尤其涉及一种光伏充电手机套。

背景技术

为了增强手机套的功能，现有技术提供了具有光伏发电的手机保护套，目前具有光伏发电的手机保护套，一种是利用选择好的太阳能光伏面板直接给手机充电；另一种是利用光伏发电控制装置控制光伏充电，一般这样的控制器是独立存在的。

对于没有控制装置的光伏充电，从安全性角度考虑是不可行的，电池电量充电过程、电池寿命都没有得到合理的控制。对于有控制装置的光伏充电，其控制器都是独立的，这对于野外远行的人携带是及其不方便的，而且控制器大小不一，内部电路设计复杂，价格高，充电效率低下；如果旅行者忘记带了，这样具有光伏控制功能的手机保护套就失去了它的功能，其实就是带了这样的充电器，一是它的体积大，不方便；二是其充电方案效率低下，旅行者需要长时间中途停留给手机充电。因此现有手机保护套的光伏设计需要单独携带控制装置，不方便用户使用。

因此，本领域技术人员亟待提供一种光伏充电手机套，以解决现有手机保护套的光伏设计需要单独携带控制装置的问题。

发明内容

本发明提供了一种光伏充电手机套，以解决现有手机保护套的光伏设计需要单独携带控制装置的问题。

本发明提供了一种光伏充电手机套，其包括：用于将光能转换为电能的光伏面板组，与光伏面板组连接的最大功率点跟踪电路，充电电路；最大功率点跟踪电路用于跟踪光伏面板的最大功率点，并将最大功率点的电能通过充电电路输出至设备电池。

进一步的，还包括：设置在光伏面板组与最大功率点跟踪电路之间的防反二极管，以及设置在最大功率点跟踪电路与充电电路之间的防反二极管。

进一步的，光伏面板组包括至少两个光伏面板，至少两个光伏面板的电能输出端并联连接至最大功率点跟踪电路，光伏面板为高效多晶硅玻璃层压太阳能电池板。

进一步的，还包括：设置在最大功率点跟踪电路与充电电路之间的充电控制电路，以及与充电控制电路连接的电池检测电路；充电控制电路用于对最大功率点跟踪电路的输出电能进行充电控制，电池检测电路用于对设备电池的电池电压及充电控制电路输出的充电电流进行检测，根据检测结果控制充电控制电路。

进一步的，充电控制电路包括由多个MOS管组成的开关电路、及主芯片，多个MOS管的栅极控制电压由主芯片提供。

进一步的，最大功率点跟踪电路采用集成电路的形式设置在光伏充电手机套内。

进一步的，最大功率点跟踪电路用于检测光伏面板组的环境温度及光照强度以实现最大功率点跟踪的环境检测电路，及同步压降电路；同步压降电路用于在环境检测电路的控制下对光伏面板组的输出电压进行压降处理。

进一步的，环境检测电路包括用于检测环境温度的热敏电阻和/或温度检测器，用于检测光伏面板组输出功率的充电管理芯片。

进一步的，热敏电阻由非线性热敏电阻与匹配电阻并列后，与分压电阻串联形成。

进一步的，最大功率点跟踪电路包括：同步压降电路及控制电路，同步压降电路用于对光伏面板组的输出电压进行压降处理，控制电路用于检测工作环境，根据工作环境控制同步压降电路。

进一步的，控制电路用于通过控制芯片实时采集工作环境，根据工作环境控制同步压降电路的开通与关断以实现最大功率点跟踪，工作环境包括外界环境温度、设备电池电量电压、光伏面板组的输出电压电流。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种光伏充电手机套，通过在手机套内集成最大功率点跟踪电路跟踪光伏面板最大功率点，实现最大功率输出，这样充电电压和电流都能够得到合理的匹配，解决了现有手机保护套的光伏设计需要单独携带控制装置的问题，同时，缩短了充电时间，提高了充电效率，增强了用户的使用体验。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的光伏充电手机套的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的光伏充电手机套的示意图；

图3为本发明第三实施例提供的光伏充电手机套的结构示意图；

图4为本发明第三实施例中光伏充电手机套的电路连接示意图；

图5为本发明第三实施例中充电电路开光管变化示意图；

图6为本发明第四实施例提供的光伏充电手机套的结构示意图。

具体实施方式

现通过具体实施方式结合附图的方式对本发明做出进一步的诠释说明。

第一实施例：

图1为本发明第一实施例提供的光伏充电手机套的结构示意图，由图1可知，在本实施例中，本发明提供的光伏充电手机套1包括：用于将光能转换为电能的光伏面板组11，与光伏面板组连接的MPPT(Maximum Power PointTracking，最大功率点跟踪)电路12，充电电路13；MPPT电路12用于跟踪光伏面板组11的最大功率点，并将最大功率点的电能通过充电电路13输出至设备电池。

在一些实施例中，上述实施例中的光伏充电手机套1还包括：设置在光伏面板组与MPPT电路之间的防反二极管，以及设置在MPPT电路与充电电路之间的防反二极管。

在一些实施例中，上述实施例中的光伏面板组11包括至少两个光伏面板，至少两个光伏面板的电能输出端并联连接至MPPT电路，光伏面板为高效多晶硅玻璃层压太阳能电池板。

在一些实施例中，上述实施例中的光伏充电手机套1还包括：设置在MPPT电路与充电电路之间的充电控制电路，以及与充电控制电路连接的电池检测电路；充电控制电路用于对MPPT电路的输出电能进行充电控制，电池检测电路用于对设备电池的电池电压及充电控制电路输出的充电电流进行检测，根据检测结果控制充电控制电路。

在一些实施例中，上述实施例中的充电控制电路包括由多个MOS管组成的开关电路、及主芯片，多个MOS管的栅极控制电压由主芯片提供。

在一些实施例中，上述实施例中的MPPT电路12采用集成电路的形式设置在光伏充电手机套内。

在一些实施例中，上述实施例中的MPPT电路12用于检测光伏面板组的环境温度及光照强度以实现MPPT的环境检测电路，及同步压降电路；同步压降电路用于在环境检测电路的控制下对光伏面板组的输出电压进行压降处理。

在一些实施例中，上述实施例中的环境检测电路包括用于检测环境温度的热敏电阻和/或温度检测器，用于检测光伏面板组输出功率的充电管理芯片。

在一些实施例中，上述实施例中的热敏电阻由非线性热敏电阻与匹配电阻并列后，与分压电阻串联形成。

在一些实施例中，上述实施例中的MPPT电路12包括：同步压降电路及控制电路，同步压降电路用于对光伏面板组的输出电压进行压降处理，控制电路用于检测工作环境，根据工作环境控制同步压降电路。

在一些实施例中，上述实施例中的控制电路用于通过控制芯片实时采集工作环境，根据工作环境控制同步压降电路的开通与关断以实现MPPT，工作环境包括外界环境温度、设备电池电量电压、光伏面板组的输出电压电流。

现结合具体应用场景对本发明做进一步的诠释说明。

第二实施例：

本实施例针对传统的光伏充电方案效率不高的缺陷，由于其控制系统精度不高，充电效率低下而且对于四季温差大的地区，光伏充电效率将会受到很大的影响。在时间应用中，由于光伏面板有其特有的光伏充电曲线，最适合的充电电压和电流就是在其最大功率点处，这样充电电压和电流都能够得到合理的匹配，进而缩短充电时间，提高充电效率。

本发明提供的手机保护套装置包括手机保护套正反面的两块光伏面板，MPPT电路，充电控制电路，检测电路，充电线路，其特征是：光伏面板输出的电能通过最大功率跟踪电路输入到充电电路中再充入到手机电池中。这种光伏面板采用技术成熟、低价格的高效多晶硅玻璃层压太阳能电池板，其内置光电管，转换效率能够达到15％，相比较目前的8％的转换效率，提高了很多，而且比传统的太阳能面板制造成本降低了10％，一举解决了便携和高效两者不可兼得的难题。

本发明采用了具有宽温度补偿恒压式的MPPT电路，实时追踪太阳能面板的最大功率点，来发挥光伏面板的最大输出功效。通过对MPPT外围电路的输出反馈匹配控制，实现在一定温度条件下，光伏面板的最大输出功率实时跟随光照强度变化；通过增加负温度系数电阻，实现在一定光照强度条件下，光伏面板的最大输出功率实时跟随外界温度变化，通过上述两者的结合使得MPPT电路能够根据外界光照强度和环境温度的变化实时跟踪光伏面板的最大功率点，实现其最大功率的输出。最大功率点跟踪电路能够在最大功率点状态下输出对应的电压和电流，可对电池实现预充电、恒流、恒压及浮充充电流程，最大功率的输出再通过充电控制电路给手机电池充电。这种输出控制方法对于外界光照强弱和温度变化都能够以最大功率输出，提高了充电速度和效率，解决了传统光伏发电充电慢、效率低下的现状，其实用性、可靠性都能够得到提高，而且电路设计简单、集成在手机保护套上，这对于旅行者来说携带方便且充电时间得以缩短。

本发明所要解决的技术问题是针对旅行中的人们如何便捷使用光伏发电高效、快速的给手机充电的情景，提出了高效、低成本的手机光伏面板最大功率充电技术。将太阳能转变为电能，经过最大功率跟踪电路，使得输出的电压与电流通过充电控制电路输入到手机电池中。本实施例提供了一种具有最大功率光伏发电功能的手机保护套，具体请参考图2，图2所示为本实施例提供设计的手机保护套示意图，其中数字201、202表示的是手机保护套上正反两面的太阳能光伏面板，由于手机保护套面积大小的限制，这里面板采用的是高效多晶硅玻璃层压太阳能电池板，其内置光电管，转换效率较高。为了降压给手机电池充电以及提供给控制芯片所需的供电电压,此处采用工作电压为9V，工作电流为220mA的光伏面板，而且在手机保护套上正反两面采用两块光伏面板并联连接，以此达到降压给手机电池与充电控制电路所需的理想工作条件为5V额定充电电压和440mA额定充电电流。数字5代表的是放置手机内部空间；数字203中的空间是留做放置集成电路，因本设计的电路简介高效，占用空间不大，所以集成在手机保护套上是可行的；数字204代表的是充电线路，在使用中只要将线路接入或接触到手机充电端口即可。

第三实施例：

图3所示了实现该实施例功能的各框架示意图，由图3可知，光伏面板11输出的电能经过MPPT电路12输出到充电控制电路，MPPT电路12中主芯片支持5V-28V范围的输入电压，在2.1V-26V输出电压范围内设置5V的电压给充电控制电路14，其中MPPT电路12通过面板温度检测电路15实时采集检测面板上环境温度和光照强度，来追踪最大功率点，实现最大充电效率。充电控制电路14是由一系列MOS管组成的开关电路，其栅极控制电压由主芯片提供，这里充电控制电路14的主芯片可以是单片机、RAM芯片或其他能够起控制功能的IC芯片即可。电池电压检测电路16在于将充电控制电路输出的电能进行负反馈检测，再输入到IC控制主芯片中，使其合理的对MOS管进行开通与关断，防止充电电压波动与电池电量饱和的问题，检测输出的电能通过充电线路连接到手机端口给电池充电。本发明集成控制电路体积小，设计在保护套背面，不用携带额外的充电装置。

图4给出了本发明优选实例的一种具有最大功率光伏发电功能的手机保护套的整个集成电路图。在图4中，

模块401表示的是采用两块太阳能光伏面板S1、S2并联连接采集太阳能进行光电转换，光伏面板输出端串联防反二极管VD1、VD2，目的是防止后续电流向光伏面板逆流。这里采用工作电压为9V，工作电流为220mA多晶硅太阳能面板，两块并联连接后得到9V额定输出电压和440mA额定输出电流，再经过MPPT电路中的同步Buck电路降压到5V后给手机充电。

模块402表示的是宽温度补偿的光伏最大功率点跟踪电路，通过非线性热敏电阻RTC与匹配电阻R4并联，再与R1、R2串联得到近似线性曲线的热敏电阻来采集面板上环境温度，此采集的温度值与经过分压电阻R1和R2分压后的值来调节最大功率状态下输出对应的电压、电流值，这里具体实例采用RTC热敏电阻检测，没有采用TS温度检测器，本发明采用任何温度检测器都可实现，不局限于此。Q1、Q2、L1、C4和C5组成同步降压Buck电路模式，当电池板的输出功率因光照强度变化时，充电管理BQ芯片会自动控制外部开关管，来适度的降低充电电流维持充电电压的恒定，如果太阳能面板不能提供足够的功率输出时，充电电流就会降为零。采样电阻Rs根据所需要的电流选择不同的电阻值。电阻R8、R9、R10和MOS管Q5用来设定恒压充电电压和浮充电压，恒压充电电压设置为5V，恒压充电时Q5导通，灯D1亮；浮充充电电压设置为4.35V，浮充时Q5关断，灯D2亮；如果充电过程中系统出现不良状况时，灯D1、D2同时亮，提醒停止充电，保证了整个系统的可靠运行。模块402输出端串联防反二极管VD3，目的是防止后续电流向模块402。

模块403表示的是充电控制电路和电池检测电路，该电路设计进一步对预充电和恒流、恒压充电起到了很好的控制作用。电池电压检测电路由R16、R17和Ct组成，当检测到的电池电压低于充电电压，并且充电电流低于恒流充电电流时，第三开关管Q3导通，并且由R13提供预充电电流，第四开关管Q4则关断；当充电电流达到恒流充电电流以上时，关断Q3，开通Q4；如果充电过程中系统出现不良状况时，控制芯片MCU(Micro Control Unit，微控制单元)将Q3和Q4都关断，保证了系统的安全。

图5所示了最大功率点跟踪电路中输出端开关管驱动波形图与充电电流波形图。第一开关管Q1、第二开关管Q2与电感L1组成同步降压Buck电路，其栅极驱动电压VGS(Q1)、VGS(Q2)处于交替导通状态，并留有一定的死区时间，以便第二开关管Q2实现零电压导通，这里采用固有开关频率为f＝600KHz，经过储能电感L1的充电电流可达到400mA。

本发明的优选实例具体参数如下：太阳能面板额定工作电压设置为9VDC；输出电压设置为5VDC；输出电流为220mA，最大功率控制电路中主芯片采用BQ24650，输出电流最大设置为1A；热敏电阻RTC为470KΩ/25℃；分压电阻R1为64.9K，R2为10K；电感L1为15uH；C4为10uF；检测电阻Rs为40mΩ；第一开关管Q1、第二开关管Q2采用集成MOS管Si7288，开关频率为600KHz；输出匹配电阻R8为34.8K、R9为10.7K、R10为10K；Q3、Q4、Q5为2N7002；R16为30K；R17为10K；主控芯片MCU采用单片机STC15F104W。基于本发明的采用最大功率点追踪电路，可比传统的光伏充电效率挺高20％-30％左右，这对于应用在手机保护套上的小功率的光伏面板具有很大的开发意义。

第四实施例：

对于光伏发电效率的利用，也可采用简单易行的方法，如6所示，直接利用具有ADC采集功能的主控芯片MCU控制器17，采集太阳能面板的电压、电流值、手机电池的电量以及外界环境温度来控制同步Buck电路18，实现最大功率点追踪(MPPT)功能。应用此方案追踪光伏的最大功率，在于主控芯片实时采集外界环境温度、光伏面板的电压和电流值，来计算面板的输出功率，通过这一次检测得到的功率与上一次的功率进行比较，确定较大功率状态下的电压、电流值，主控芯片在最大功率状态下控制同步Buck电路中的开关管来给手机电池充电。这种控制方案中的充电电压对于恒压充电不能保持电压恒定；充电电流对于恒流充电不能保持电流恒定，而且功率变化范围大，充电时间较长，效率上也不及前述方法的最大功率追踪效果。

在实际应用中，采用第三实施例提供的最大功率跟踪电路实时外界采集光照与环境温度来跟踪光伏面板最大功率点，实现最大功率输出，通过对MPPT外围电路的输出反馈匹配控制，实现在一定温度条件下，光伏面板的最大输出功率实时跟随光照强度变化；通过增加负温度系数电阻，实现在一定光照强度条件下，光伏面板的最大输出功率实时跟随外界温度变化，通过上述两者的结合使得MPPT电路能够根据外界光照强度和环境温度的变化实时跟踪光伏面板的最大功率点，实现其最大功率的输出。最大功率点跟踪电路能够在最大功率点状态下输出对应的电压和电流，可对电池实现预充电、恒流、恒压及浮充充电流程，最大功率的输出再通过充电控制电路给手机电池充电。这种输出控制方法对于外界光照强弱和温度变化都能够以最大功率输出，提高了充电速度和效率，缩短了充电时间。

第四实施例主要通过MCU控制芯片实时采集外界环境温度、电池电量电压和光伏电压、电流来控制同步Buck电路开通与关断，实现最大功率输出。该充电效率相对于传统的方案有所提高，但是输出功率变化范围大，充电时间还是较长。

综上可知，通过本发明的实施，至少存在以下有益效果：

本发明提供了一种光伏充电手机套，通过在手机套内集成最大功率点跟踪电路跟踪光伏面板最大功率点，实现最大功率输出，这样充电电压和电流都能够得到合理的匹配，解决了现有手机保护套的光伏设计需要单独携带控制装置的问题，同时，缩短了充电时间，提高了充电效率，增强了用户的使用体验。

以上仅是本发明的具体实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种光伏充电手机套，其特征在于，包括：用于将光能转换为电能的光伏面板组，与所述光伏面板组连接的最大功率点跟踪电路，充电电路；所述最大功率点跟踪电路用于跟踪所述光伏面板组的最大功率点，并将所述最大功率点的电能通过所述充电电路输出至设备电池。

2.如权利要求1所述的光伏充电手机套，其特征在于，还包括：设置在所述光伏面板组与所述最大功率点跟踪电路之间的防反二极管，以及设置在所述最大功率点跟踪电路与所述充电电路之间的防反二极管。

3.如权利要求1所述的光伏充电手机套，其特征在于，所述光伏面板组包括至少两个光伏面板，所述至少两个光伏面板的电能输出端并联连接至所述最大功率点跟踪电路，所述光伏面板为高效多晶硅玻璃层压太阳能电池板。

4.如权利要求1所述的光伏充电手机套，其特征在于，还包括：设置在所述最大功率点跟踪电路与所述充电电路之间的充电控制电路，以及与所述充电控制电路连接的电池检测电路；所述充电控制电路用于对所述最大功率点跟踪电路的输出电能进行充电控制，所述电池检测电路用于对所述设备电池的电池电压及充电控制电路输出的充电电流进行检测，根据检测结果控制所述充电控制电路。

5.如权利要求4所述的光伏充电手机套，其特征在于，所述充电控制电路包括由多个MOS管组成的开关电路、及主芯片，所述多个MOS管的栅极控制电压由所述主芯片提供。

6.如权利要求1所述的光伏充电手机套，其特征在于，所述最大功率点跟踪电路采用集成电路的形式设置在所述光伏充电手机套内。

7.如权利要求1至6任一项所述的光伏充电手机套，其特征在于，所述最大功率点跟踪电路用于检测所述光伏面板组的环境温度及光照强度以实现最大功率点跟踪的环境检测电路，及同步压降电路；所述同步压降电路用于在所述环境检测电路的控制下对所述光伏面板组的输出电压进行压降处理。

8.如权利要求7所述的光伏充电手机套，其特征在于，所述环境检测电路包括用于检测环境温度的热敏电阻和/或温度检测器，用于检测所述光伏面板组输出功率的充电管理芯片。

9.如权利要求8所述的光伏充电手机套，其特征在于，所述热敏电阻由非线性热敏电阻与匹配电阻并列后，与分压电阻串联形成。

10.如权利要求1至6任一项所述的光伏充电手机套，其特征在于，所述最大功率点跟踪电路包括：同步压降电路及控制电路，所述同步压降电路用于对所述光伏面板组的输出电压进行压降处理，所述控制电路用于检测工作环境，根据所述工作环境控制所述同步压降电路。

11.如权利要求10所述的光伏充电手机套，其特征在于，所述控制电路用于通过控制芯片实时采集工作环境，根据所述工作环境控制所述同步压降电路的开通与关断以实现最大功率点跟踪，所述工作环境包括外界环境温度、设备电池电量电压、所述光伏面板组的输出电压电流。