CN110445236B - 一种能量转换装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能量转换装置及其工作方法。所述装置包括储能控制模块、充能模块、储能模块、恒流限压模块以及基准模块。本发明通过温差发电的方式，将电器所产生的热能进行利用，当需要充电时连通充电线路，充满后则断开充电线路，能有效利用电器所散发的热能。
Description
技术领域
本发明涉及电路技术领域，特别是一种能量转换装置及其工作方法。
背景技术
市面上现有的非移动性空调，体积大、难以轻易搬移，价格较为昂贵，这对流动性较强的用户来说是及不方便的；且室外机会占用较大空间，这对小型会议室或者室内外空间狭小的用户来说，也是一大弊端。
市面上现有的可移动空调，或仍需排热、排水管，不能进行较远距离的移动；或需人为加水或加冰，操作繁琐，且制冷效果不佳。同时在其价格上，基于其可移动性，所以比同性能的非移动性空调更贵。而且当前市面上该类空调耗能很高，但是我国市民大部分还处于中等或中下经济水平，所以移动式空调对他们来说无疑是消费过高。
另外，类似空调的许多许多家用电器，使用时产生的热量被直接排出，进入外界，不仅对环境造成危害，还使得电的使用效率大大降低。
如果能提供一种能量回收技术方案，使得电器所产生的热能能被转化为电能，将是十分有意义的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种能量转换装置及其工作方法。所述装置包括储能控制模块、充能模块、储能模块、恒流限压模块以及基准模块；其中：
所述储能模块用于通过将外界的温差转换为电能，并以对电容充电的形式将电能暂存起来；
所述储能控制模块用于在储能模块中被充电电容的电压到达阈值时，控制充电线路的连通；所述充电线路由储能模块中的部分零部件及充能模块中的部分零部件组成；
所述充能模块用于在充电线路连通后将电能存储到电池中；
所述恒流限压模块用于控制电容充电或者电池充电过程中的电压，实现恒流限压；
所述基准模块用于为整个装置提供稳定的电源。
进一步的，所述恒流限压模块包括升降压电路、恒流控制功能电路。
进一步的，所述升降压电路的结构为：包括第六直流转换芯片、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第一电感、第二电感、第二十五电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第一二极管、第二二极管、第十九康铜丝、第三肖特基二极管；各个部件间的连接关系为：第四电容、第五电容、第六电容、第七电容及第八电容的负极、第二电感及第二十五电阻的一端、第六直流转换芯片第一端口接地；第六直流转换芯片第二端口与第二十二电阻一端、第八电容正极相连，第三端口与第一电感、第三电容的正极相连，第四端口与第一电感、第二十二电阻另一端、第四电容、第六电容及恒流限压模块的输入端相接，第五端口与第一二极管的负极及第二二极管的负极相连；第二十三电阻、第二十五电阻组成的串联支路与第五电容、第七电容组成并联电路，该并联电路的一个并联点接地，另一并联点作为恒流限压模块的输出端，且顺次连接第十九康铜丝、第三肖特基二极管后连接第二电感另一端及第三电容的负极；第二十三电阻、第二十五电阻的连接点与第一二极管的正极连接。
进一步的，所述恒流控制功能电路的结构为：包括第二A运算放大器、第二B运算放大器、第二十一电阻、第二十四电阻、第二十电阻、第二十六电阻、第十五电阻、第十六可变电阻；各部分的连接关系为：第二A运算放大器的同相输入端连接第二十电阻后接地，并连接第二十一电阻一端，反相输入端连接第二十四电阻及第二十六电阻的一端，输出端连接反相输入端及第二十六电阻的另一端；第二B运算放大器的同相输入端与第十六可变电阻的触头连接，输出端连接第二二极管正极；第十六可变电阻的一端接地，另一端连接第十五电阻的一端，第十五电阻的另一端连接电源；第二十一电阻另一端、第二十四电阻的另一端分别接在第十九康铜丝高电位处、低电位处。
进一步的，所述储能模块包括第二恒流限压模块、第三两档固态继电器、第四温差发电片模组、第五恒流限压模块、第十电阻、第一电容、第二电容；
各个部件间的连接关系为：第四温差发电片模组负极接地，正极与第二恒流限压模块输入端相连；第三两档固态继电器的第一端口接第十电阻一端，第二端口与第二恒流限压模块输出端相接，第三端口与第五恒流限压模块输入端相连，第四端口连第一NPN型三极管的发射极端，第五端口接地；第一电容与第二电容并联，负极侧的并联点接地，正极侧的并联点连接第十电阻另一端及储能控制模块；第五恒流限压模块输出端与充能模块相连。
进一步的，所述储能控制模块包括第一电阻、第四电阻、第五电阻、第一NPN型三极管；各个部件间的连接关系为：第一电阻一端连接一个稳压电源，另一端连接第一NPN型三极管的集电极；第一NPN型三极管的发射极端与储能模块中第三两档固态继电器的第四端口连接；基极连接第四电阻一端、第五电阻一端；第四电阻另一端与储能模块中由第一电容与第二电容所组成并联电路在正极侧的并联点相连，第五电阻另一端接地。
进一步的，充能模块包括第二电阻、第三电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十一电阻、第一运算放大器、第二PNP型三极管、第三可控硅三极管、第一固态继电器；各个部件间的连接关系为：运算放大器的同向输入端连接第八电阻，反相输入端连接第十一电阻一端，输出端接第九电阻一端；第三可控硅三极管基极与第九电阻另一端相连，发射极与第一固态继电器第三端口相连，集电极与第二PNP型三极管的发射极相连；第二PNP型三极管的集电极端与第二电阻相连；第七电阻一端连接第二PNP型三极管的基极，另一端分别与第三电阻一端、第六电阻一端连接，第六电阻另一端接地；第三电阻另一端与第十一电阻另一端相连；第一固态继电器第一端口接储能模块，第二端口端接待充电池组及第三电阻另一端、第十一电阻另一端，第三端口接第三可控硅三极管的发射极，第四端口接地；
第三两档固态继电器、第五恒流限压模块、第一固态继电器组成所述充电线路。
进一步的，基准模块包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电阻、第十八电阻、第一三端基准源；各个部件间的连接关系为：第一三端基准源的第一端口分别与第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻一端相连，第二端口接地，且还连接第十七电阻、第十八电阻一端，第三端口与第十三电阻的另一端、第十八电阻的另一端相接，第十四电阻另一端与第十七电阻另一端连接；第十四电阻的一端设置有VREF_VCC电源输出接头，第十二电阻的另一端设置有VCC电源输出接头；第十四电阻与第十七电阻的连接点与3V稳压源相连。
上述能量转换装置的工作方法，包括如下步骤：
S1：装置启动，充电线路不导通；温差发电片模组将外界的物理能量转换为电能，此时第三两档固态继电器的第一端口和第二端口导通，不工作；第一三极管、第二三极管不导通；
S2：通过第二恒压限流模块对第一电容和第二电容进行恒流模式充电,电容充电过程中第一电容和第二电容两端电压会持续上升；当上升到设定的阈值时，进行S3；
S3：储能控制模块触发,第一三极管导通,此时第三两档固态继电器开始工作,所述第三两档固态继电器的第一端口和第三端口导通；
S4：充能模块中的第一固态继电器开关闭合，第一电容和第二电容通过第五恒压限流模块对外放电，充能模块的电池开始充电。
进一步的，当电池充满电时，则进行步骤S5：断开第一固态继电器的开关以及拨回第三两档固态继电器的开关。
本发明的有益效果为：
本发明可广泛应用于电器中，尤其是空调等耗电量大的电器。通过使用温差发电片，将器件工作时散发出来的热能转换成电能，高效回收电器使用所产生热能，储存在电池中，可大大提高能源利用效率。
附图说明
图1为储能控制模块的电路图。
图2为恒流限压模块的电路图。
图3为储能模块的电路图。
图4为充能模块的电路图。
图5为基准模块的电路图。
具体实施方式
本发明的设计构思为：提供一种专用于电路的能量回收系统装置，该装置通过温差发电的方式，将电器所产生的热能进行利用，当需要充电时连通充电线路，充满后则断开充电线路。下面对本装置进行详细说明。
本发明提供了一种电路能量回收系统装置，包括：储能控制模块、充能模块、储能模块、恒流限压模块以及基准模块。
1.储能控制模块
储能控制模块用于在储能模块中被充电电容的电压到达阈值时，控制充电线路的连通；所述充电线路由储能模块中的部分零部件及充能模块中的部分零部件组成。
如图1所示，所述储能控制模块包括第一电阻、第四电阻、第五电阻、第一NPN型三极管。各个部件间的连接关系为：第一电阻一端连接一个稳压电源，另一端连接第一NPN型三极管的集电极；第一NPN型三极管的发射极端与储能模块中第三两档固态继电器的第四端口连接；基极连接第四电阻一端、第五电阻一端；第四电阻另一端与储能模块中由第一电容与第二电容所组成并联电路在正极侧的并联点相连相连，第五电阻另一端接地。
2.恒流限压模块
恒流限压模块由升降压电路、恒流控制功能电路组合而成，其通过运用相关直流转换芯片搭建升降压电路,同时使用运算放大器搭建恒流控制功能电路,两者组合实现恒流限压功能。该模块的主要作用是为了保证在对电容充电或着电池充电过程中不会因为充电电压过高而损坏电容或者电池。
如图2所示，恒流限压模块包括第一二极管、第二二极管、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第一电感、第二电感、第六直流转换芯片、第三肖特基二极管、第十九康铜丝、第十五电阻、第十六可变电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第二十六电阻、第二A运算放大器、第二B运算放大器。
其中，第二A运算放大器、第二B运算放大器、第二十一电阻、第二十四电阻、第二十电阻、第二十六电阻、第十五电阻、第十六可变电阻组成恒流控制功能电路，其余元器件组成升降压电路。
恒流控制功能电路的结构为：包括第二A运算放大器、第二B运算放大器、第二十一电阻、第二十四电阻、第二十电阻、第二十六电阻、第十五电阻、第十六可变电阻。各部分的连接关系为：第二A运算放大器的同相输入端连接第二十电阻后接地，并连接第二十一电阻一端；反相输入端连接第二十四电阻及第二十六电阻的一端，输出端连接反相输入端及第二十六电阻的另一端。第二B运算放大器的同相输入端与第十六可变电阻的触头连接，输出端连接第二二极管正极；第十六可变电阻的一端接地，另一端连接第十五电阻的一端，第十五电阻的另一端连接电源；第二十一电阻另一端、第二十四电阻的另一端分别接在第十九康铜丝(即图中的R19)高电位处、低电位处。
升降压电路中各个部件间的连接关系为：第四电容、第五电容、第六电容、第七电容及第八电容的负极、第二电感及第二十五电阻的一端、第六直流转换芯片第一端口接地；第六直流转换芯片第二端口与第二十二电阻、第八电容正极相连，第三端口与第一电感、第三电容的正极相连，第四端口与第一电感、第二十二电阻、第四电容、第六电容及恒流限压模块的输入端相接，第五端口与第一二极管的负极及第二二极管的负极相连；第二十三电阻、第二十五电阻组成的串联支路与第五电容、第七电容组成并联电路，该并联电路的一个并联点接地，另一并联点作为恒流限压模块的输出端，且顺次连接康铜丝、第三肖特基二极管后连接第二电感另一端及第三电容的负极；第二十三电阻、第二十五电阻的连接点与第一二极管的正极连接；
3.储能模块
储能模块用于通过将外界的温差转换为电能，并以对电容充电的形式将电能暂存起来。
如图3所示，储能模块包括第二恒流限压模块、第三两档固态继电器、第四温差发电片模组、第五恒流限压模块、第十电阻、第一电容、第二电容。各个部件间的连接关系为：第四温差发电片模组负极接地，正极与第二恒流限压模块输入端相连；第三两档固态继电器第一端口接第十电阻一端，第二端口与第二恒流限压模块输出端相接，第三端口与第五恒流限压模块输入端相连，第四端口连第一NPN型三极管的发射极端，第五端口接地；第一电容与第二电容并联，负极侧的并联点接地，正极侧的并联点连接第十电阻另一端及储能控制模块中的第四电阻另一端。
4.充能模块
所述充能模块用于在充电线路连通后将电能存储到电池中。
如图4所示，充能模块包括第二电阻、第三电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十一电阻、第一运算放大器、第二PNP型三极管、第三可控硅三极管、第一固态继电器。各个部件间的连接关系为：运算放大器的同相输入端连接第八电阻，反相输入端连接第十一电阻一端，输出端接第九电阻一端；第三可控硅三极管基极与第九电阻另一端相连，发射极与第一固态继电器第三端口相连，集电极与第二PNP型三极管的发射极相连；第二PNP型三极管的集电极端与第二电阻相连；第七电阻一端连接第二PNP型三极管的基极，另一端分别与第三电阻一端、第六电阻一端连接，第六电阻另一端接地。第三电阻另一端与第十一电阻另一端相连；第一固态继电器第一端口接储能模块中第五恒流限压模块的输出端，第二端口端接待充电池组及第三电阻另一端、第十一电阻另一端，第三端口接第三可控硅三极管的发射极，第四端口接地。
第三两档固态继电器、第五恒流限压模块、第一固态继电器组成所述充电线路。
5.基准模块
所述基准模块用于为整个装置提供稳定的电源。
如图5所示，基准模块包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电阻、第十八电阻、第一三端基准源。各个部件间的连接关系为：第一三端基准源的第一端口分别与第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻一端相连，第二端口接地，且还连接第十七电阻、第十八电阻一端，第三端口与第十三电阻的另一端、第十八电阻的另一端相接，，第十四电阻另一端与第十七电阻另一端连接。第十四电阻的一端设置有VREF电源输出接头，第十二电阻的另一端设置有VCC电源输出接头；第十四电阻的另一端及第十七电阻的另一端均与3V稳压源相连。基准模块是通过三端基准源为运算放大器或者储能控制模块提供稳定的电源供应(例如:VREF VCC),同时也为比较功能电路提供稳定的基准电压(例如:VREF 3V)。
上述的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容优选为法拉电容。
下面对上述装置整体的工作步骤进行说明：
S1：装置启动时,充电线路不导通。温差发电片模组将外界的物理能量转换为电能；此时第三两档固态继电器的第一端口和第二端口导通，不工作；第一三极管、第二三极管不导通；
S2：通过第二恒压限流模块对第一电容和第二电容进行恒流模式充电,电容充电过程中第一电容和第二电容两端电压(附图中的Vref0)会持续上升；当上升到设定的阈值时，进行S3；
S3：储能控制模块触发,第一三极管导通,此时第三两档固态继电器开始工作,所述第三两档固态继电器的第一端口和第三端口导通；
S4：充能模块中的第一固态继电器开关闭合，第一电容和第二电容通过第五恒压限流模块对外放电，充能模块的电池开始充电；当电池充满电，则进行S5；
S5：断开第一固态继电器的开关以及拨回第三两档固态继电器的开关，充电线路断开。
充电后的电池可以作为电源对外电路放电。如此循环充电、放电，实现了利用温差发电片对电池进行较为高效的充能过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种能量转换装置，其特征在于，包括储能控制模块、充能模块、储能模块、恒流限压模块以及基准模块；其中：
所述储能模块用于通过将外界的温差转换为电能，并以对电容充电的形式将电能暂存起来；
所述储能控制模块用于在储能模块中被充电电容的电压到达阈值时，控制充电线路的连通；所述充电线路由储能模块中的部分零部件及充能模块中的部分零部件组成；
所述充能模块用于在充电线路连通后将电能存储到电池中；
所述恒流限压模块用于控制电容充电或者电池充电过程中的电压，实现恒流限压；
所述基准模块用于为整个装置提供稳定的电源；
所述恒流限压模块包括升降压电路、恒流控制功能电路；
所述升降压电路的结构为：包括第六直流转换芯片、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第一电感、第二电感、第二十五电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第一二极管、第二二极管、第十九康铜丝、第三肖特基二极管；各个部件间的连接关系为：第四电容、第五电容、第六电容、第七电容及第八电容的负极、第二电感及第二十五电阻的一端、第六直流转换芯片第一端口接地；第六直流转换芯片第二端口与第二十二电阻一端、第八电容正极相连，第三端口与第一电感、第三电容的正极相连，第四端口与第一电感、第二十二电阻另一端、第四电容、第六电容及恒流限压模块的输入端相接，第五端口与第一二极管的负极及第二二极管的负极相连；第二十三电阻、第二十五电阻组成的串联支路与第五电容、第七电容组成并联电路，该并联电路的一个并联点接地，另一并联点作为恒流限压模块的输出端，且顺次连接第十九康铜丝、第三肖特基二极管后连接第二电感另一端及第三电容的负极；第二十三电阻、第二十五电阻的连接点与第一二极管的正极连接；
所述恒流控制功能电路的结构为：包括第二A运算放大器、第二B运算放大器、第二十一电阻、第二十四电阻、第二十电阻、第二十六电阻、第十五电阻、第十六可变电阻；各部分的连接关系为：第二A运算放大器的同相输入端连接第二十电阻后接地，并连接第二十一电阻一端，反相输入端连接第二十四电阻及第二十六电阻的一端，输出端连接反相输入端及第二十六电阻的另一端；第二B运算放大器的同相输入端与第十六可变电阻的触头连接，输出端连接第二二极管正极；第十六可变电阻的一端接地，另一端连接第十五电阻的一端，第十五电阻的另一端连接电源；第二十一电阻另一端、第二十四电阻的另一端分别接在第十九康铜丝高电位处、低电位处；
所述储能模块包括第二恒流限压模块、第三两档固态继电器、第四温差发电片模组、第五恒流限压模块、第十电阻、第一电容、第二电容；
各个部件间的连接关系为：第四温差发电片模组负极接地，正极与第二恒流限压模块输入端相连；第三两档固态继电器的第一端口接第十电阻一端，第二端口与第二恒流限压模块输出端相接，第三端口与第五恒流限压模块输入端相连，第四端口连第一NPN型三极管的发射极端，第五端口接地；第一电容与第二电容并联，负极侧的并联点接地，正极侧的并联点连接第十电阻另一端及储能控制模块；第五恒流限压模块输出端与充能模块相连；
所述储能控制模块包括第一电阻、第四电阻、第五电阻、第一NPN型三极管；各个部件间的连接关系为：第一电阻一端连接一个稳压电源，另一端连接第一NPN型三极管的集电极；第一NPN型三极管的发射极端与储能模块中第三两档固态继电器的第四端口连接；基极连接第四电阻一端、第五电阻一端；第四电阻另一端与储能模块中由第一电容与第二电容所组成并联电路在正极侧的并联点相连，第五电阻另一端接地；
基准模块包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十七电阻、第十八电阻、第一三端基准源；各个部件间的连接关系为：第一三端基准源的第一端口分别与第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻一端相连，第二端口接地，且还连接第十七电阻、第十八电阻一端，第三端口与第十三电阻的另一端、第十八电阻的另一端相接，第十四电阻另一端与第十七电阻另一端连接；第十四电阻的一端设置有VREF_VCC电源输出接头，第十二电阻的另一端设置有VCC电源输出接头；第十四电阻与第十七电阻的连接点与3V稳压源相连。
2.如权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，充能模块包括第二电阻、第三电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十一电阻、第一运算放大器、第二PNP型三极管、第三可控硅三极管、第一固态继电器；各个部件间的连接关系为：运算放大器的同向输入端连接第八电阻，反相输入端连接第十一电阻一端，输出端接第九电阻一端；第三可控硅三极管基极与第九电阻另一端相连，发射极与第一固态继电器第三端口相连，集电极与第二PNP型三极管的发射极相连；第二PNP型三极管的集电极端与第二电阻相连；第七电阻一端连接第二PNP型三极管的基极，另一端分别与第三电阻一端、第六电阻一端连接，第六电阻另一端接地；第三电阻另一端与第十一电阻另一端相连；第一固态继电器第一端口接储能模块，第二端口端接待充电池组及第三电阻另一端、第十一电阻另一端，第三端口接第三可控硅三极管的发射极，第四端口接地；
第三两档固态继电器、第五恒流限压模块、第一固态继电器组成所述充电线路。
3.一种如权利要求2所述的能量转换装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：装置启动，温差发电片模组将外界的物理能量转换为电能，此时第三两档固态继电器的第一端口和第二端口导通，不工作；第一三极管、第二三极管不导通；
S2：通过第二恒压限流模块对第一电容和第二电容进行恒流模式充电,电容充电过程中第一电容和第二电容两端电压会持续上升；当上升到设定的阈值时，进行S3；
S3：储能控制模块触发,第一三极管导通,此时第三两档固态继电器开始工作,所述第三两档固态继电器的第一端口和第三端口导通；
S4：充能模块中的第一固态继电器开关闭合，第一电容和第二电容通过第五恒压限流模块对外放电，充能模块的电池开始充电。
4.如权利要求3所述的能量转换装置的工作方法，当电池充满电时，则进行步骤S5：断开第一固态继电器的开关以及拨回第三两档固态继电器的开关。
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