CN201706379U - 太阳能光电集成光电源 - Google Patents

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Abstract

太阳能光电集成光电源，属于太阳能电源技术领域。太阳能电池板给光电集成光电源供电部分通过电压采样电路对供电总线进行电压采样，然后通过误差放大和滞环控制电路第二场效应晶体管(M2)通断，进而控制第一场效应晶体管(M1)通断，保证供电总线电压稳定在一定的范围内。误差放大电路采用的是比例放大，然后再与电压比较电路输出高低电平信号，在通过一个驱动电路控制第二场效应晶体管(M2)的通断。太阳能电池板所产生的电能给蓄电池充电。不使用常规电源，工作效率高，结构紧凑，体积小，携带方便，可采用全密封封装，适于批量生产，制造成本低，使用寿命长，可广泛应用于照明、家庭用电等领域。

Description

太阳能光电集成光电源
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能电源，尤其涉及一种太阳能光电集成光电源，属于太阳能电源技术领域。
背景技术
随着现代光电源技术的发展和低功耗集成电路的应用，光电源在相同体积和功耗下使用时间更长。电子器具外形变得越来越简单，终端产品变得更加小巧，集成电路生产商需要设计出更加紧凑小巧的封装。由于系统内处理器，存储器及其他集成电路数量不断增加，产生较大热损耗，因此使热管理在系统设计中变得非常重要。这些因素给集成电路生产商和电子工程师带来了更多的挑战。20世纪80年代末期和90年代初期发展起来的以功率MOSFET和IGBT为代表的集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电源技术已经进入现代电源技术和新兴时代。
太阳能光电源不使用常规电源，一般应用在偏远地区、特殊情况无电区如灾区或太阳能交通标示、水文、气象、公路无线监控、通讯无人值防站等节能型照明产品及电子器具等领域。因此在设计过程中应充分考虑实际情况，一般应遵循以下原则。
(1)高可靠性
太阳能光电源大多都用于偏远无电地区或太阳能交通标示、水文、气象、公路无线监控通讯、无人值防站、节能照明及电子器具等产品领域。大多数情况下，极其微小的系统故障都会影响使用，而且在使用过程中，光电源系统经常是无人监管，这就要求系统具有很高的可靠性，牢固耐用。
(2)经济适用
太阳能光电源是一种新能源，人们对它的认识还有一个适用过程，和传统的光电源比较，一次性投资较大但后期使用不用电费，因此在设计、应用的时候，一定要充分考虑用户购买能力的适应性，在满足技术要求和兼顾美观大方实用的前提下，选用经济耐用的技术方案完成产品设计与生产。
(3)充分注意地理环境的影响
太阳能光电源的使用受地理环境影响较大，这就需要产品在设计上因地制宜，比如考虑了紫外线的辐射环境温度、空气酸碱度等诸多因素。
4高效节能
太阳能光电源运用优化设计，提高光电源工作效率，就必须在电路上考虑提高工作效率方法，以降低其使用功耗，提高工作效率。
太阳能光电源虽然部件不多，但要真正做到比较理想的设计却非易事，其主要问题是：系统效率较低，功耗高，可靠性较差。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有太阳能光电源功耗高，效率较低，可靠性较差的缺陷和不足，提供一种高效节能，经济实用，性能稳定可靠且集成度高的太阳能光电集成光电源。
为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：太阳能光电集成光电源，太阳能电池板的负极接地，正极与负载和蓄电池并联，蓄电池与负载连接，所述太阳能电池板的正极与负载之间串联有第一场效应晶体管，第一场效应晶体管的栅极与第二场效应晶体管的源极或漏极相连接，第二场效应晶体管的漏极或源极接地，在第一场效应晶体管和负载之间并联有总线电压采样电路，总线电压采样电路依次经误差放大电路和负载滞环控制电路与第二场效应晶体管的栅极连接，所述太阳能电池板的正极与蓄电池之间串联有第三场效应晶体管，第三场效应晶体管的栅极与第四场效应晶体管的源极或漏极相连接，第四场效应晶体管的栅极与第二场效应晶体管的栅极并联，第四场效应晶体管的漏极或源极与第五场效应晶体管的源极或漏极相连接，第五场效应晶体管的漏极或源极接地，所述的蓄电池经放电电路与负载连接，蓄电池的正、负极并联有一电池电压采样电路，电池电压采样电路经误差控制电路与电池滞环控制电路的控制端相连接，电池滞环控制电路的正极依次经误差放大电路和电流采样电路与蓄电池的负极相连接，电池滞环控制电路的负极与第五场效应晶体管的栅极相连接。
所述太阳能电池板的正极经二极管与第一场效应晶体管的源极或漏极相连通，且太阳能电池板的正极经二极管与第三场效应晶体管的源极或漏极相连通。
所述的放电电路采用开关直流升压型放电电路。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1.系统工作效率高。本实用新型的工作效率可高达90％以上，不使用常规电源，可广泛应用于照明、家庭用电等领域。2.实用性强。本实用新型功耗小，集成度高，结构紧凑，体积小，携带方便。3.本实用新型可采用全密封封装，适于批量生产，制造成本低，使用寿命长。
附图说明
图1是本实用新型的电路框图。
图中：第一场效应晶体管M1，第二场效应晶体管M2，第三场效应晶体管M3，第四场效应晶体管M4，第五场效应晶体管M5。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述：
参见图1，本实用新型的太阳能光电集成光电源，太阳能电池板的负极接地，正极与负载和蓄电池并联，蓄电池与负载连接，所述太阳能电池板的正极与负载之间串联有第一场效应晶体管M1，第一场效应晶体管M1的栅极与第二场效应晶体管M2的源极或漏极相连接，第二场效应晶体管M2的漏极或源极接地，在第一场效应晶体管M1和负载之间并联有总线电压采样电路，电压采样电路依次经误差放大电路和负载滞环控制电路与第二场效应晶体管M2的栅极连接，所述太阳能电池板的正极与蓄电池之间串联有第三场效应晶体管M3，第三场效应晶体管M3的栅极与第四场效应晶体管M4的源极或漏极相连接，第四场效应晶体管M4的栅极与第二场效应晶体管M2的栅极并联，第四场效应晶体管M4的漏极或源极与第五场效应晶体管M5的源极或漏极相连接，第五场效应晶体管M5的漏极或源极接地，所述的蓄电池经放电电路与负载连接，蓄电池的正、负极并联有一电池电压采样电路，电池电压采样电路经误差控制电路与电池滞环控制电路的控制端相连接，电池滞环控制电路的正极依次经误差放大电路和电流采样电路与蓄电池的负极相连接，电池滞环控制电路的负极与第五场效应晶体管M5的栅极相连接。
所述太阳能电池板的正极经二极管与第一场效应晶体管M1的源极或漏极相连通，且太阳能电池板的正极经二极管与第三场效应晶体管M3的源极或漏极相连通。
所述的放电电路采用开关直流升压型放电电路。
从图1中可以看出，现有太阳能电池板转换的电能一部分经过二极管给负载供电，一部分经过二极管给蓄电池充电。由于太阳能电池板效率、面积等因素影响，所产生的电能不足，因此不涉及对地分流的情况。太阳能电池板给光电集成光电源供电部分通过电压采样电路对供电总线进行电压采样，然后通过误差放大和滞环控制电路控制MOS管即第二场效应晶体管M2通断，进而控制第一场效应晶体管M1通断，保证供电总线电压稳定在一定的范围内。误差放大电路采用的是比例放大，然后再与电压比较电路输出高低电平信号，在通过一个驱动电路控制第二场效应晶体管M2的通断。太阳能电池板所产生的电能给蓄电池充电，因为不同的蓄电池有不同的最优充电状态，所以也要进行反馈控制，设计中采用的是通过采样充电蓄电池的电流来控制蓄电池的充电状态。对蓄电池充电可以采用双闭环控制，即电压反馈环和电流反馈环，来实现恒流恒压充电。通过检测蓄电池电压，控制蓄电池恒压充电，通过一个差分电路得到蓄电池两端的电压，然后再与设定的蓄电池的电压进行比较，最终输出一个控制信号，控制充电电流的大小，最终保证蓄电池正常充满，同时通过检测蓄电池的电压，也可以对蓄电池充电进行过压保护，防止蓄电池发生过充现象。
图1中两个二极管可以防止电流反流，第三场效应晶体管M3用来控制蓄电池的充电状态，第四场效应晶体管M4和第五场效应晶体管M5实现了太阳能电池板给光电源供电、给蓄电池充电的优先级有效控制。蓄电池在初始阶段为恒流充电，其充电的反馈电路与供电总线反馈环相似，把流过蓄电池的电流通过大功率的小电阻转换为电压信号，然后与蓄电池采样参考电压进行比较，通过滞后环控制输出高低电平，以控制第五场效应晶体管M5的开通与关断，蓄电池开关直流升压型放电电路，即boost型放电电路采用脉宽调制器(PWM)控制技术。控制电路由供电总线升压电路、电压采样、脉宽调制和功率管驱动等部分组成。控制电路工作时，供电总线电压误差放大器输出的电压误差信号输入脉宽调制器，由脉宽调制器输出的PWM脉冲序列控制开关管的开通与关断。
经测试：本实用新型的太阳能光电集成光电源工作效率达90％以上，在应用于半导体发光器件时，主要技术指标为：
①光电源工作效率≥90％
②发光强度Iv≥100Lm/w
③使用寿命≥50000小时
④成活率≥98％
⑤绝缘电阻＞2MΩ
在工作中，可运用静态与动态光电源低功耗模式。静态与动态光电源模式，是指在初始化过程中的光电源低功耗运行技术，当系统忙时提高运行速度，系统空闲时在电流和电压不变时降低供电时间，从而降低系统功耗，提高功率。使光电源应用更加广泛。

Claims (3)

1.太阳能光电集成光电源，太阳能电池板的负极接地，正极与负载和蓄电池并联，蓄电池与负载连接，其特征在于：所述太阳能电池板的正极与负载之间串联有第一场效应晶体管(M1)，第一场效应晶体管(M1)的栅极与第二场效应晶体管(M2)的源极或漏极相连接，第二场效应晶体管(M2)的漏极或源极接地，在第一场效应晶体管(M1)和负载之间并联有总线电压采样电路，总线电压采样电路依次经误差放大电路和负载滞环控制电路与第二场效应晶体管(M2)的栅极连接，所述太阳能电池板的正极与蓄电池之间串联有第三场效应晶体管(M3)，第三场效应晶体管(M3)的栅极与第四场效应晶体管(M4)的源极或漏极相连接，第四场效应晶体管(M4)的栅极与第二场效应晶体管(M2)的栅极并联，第四场效应晶体管(M4)的漏极或源极与第五场效应晶体管(M5)的源极或漏极相连接，第五场效应晶体管(M5)的漏极或源极接地，所述的蓄电池经放电电路与负载连接，蓄电池的正、负极并联有一电池电压采样电路，电池电压采样电路经误差控制电路与电池滞环控制电路的控制端相连接，电池滞环控制电路的正极依次经误差放大电路和电流采样电路与蓄电池的负极相连接，电池滞环控制电路的负极与第五场效应晶体管(M5)的栅极相连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能光电集成光电源，其特征在于：所述太阳能电池板的正极经二极管与第一场效应晶体管(M1)的源极或漏极相连通，且太阳能电池板的正极经二极管与第三场效应晶体管(M3)的源极或漏极相连通。
3.根据权利要求1所述的太阳能光电集成光电源，其特征在于：所述的放电电路采用开关直流升压型放电电路。
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