CN203984335U - 一种光伏施工人员用太阳能充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏施工人员用太阳能充电器，与光伏电站的PV组件连接，其包括：输入端子、至少一USB接口、DC/DC变换模块、防反接保护模块、开关模块和低压保护模块。本实用新型由输入端子接入PV组件，PV组件输出的电流经过防反接保护模块和DC/DC变换模块，由DC/DC变换模块将PV组件输出的直流电降为5V、1A的直流电，再经低压保护模块和开关模块给USB接口供电，实现了为施工人员的手机、移动电源，及标准USB供电的仪表等用电设备的正常使用提供电力能源。

Description

一种光伏施工人员用太阳能充电器

技术领域

本实用新型涉及太阳能充电器，特别涉及一种光伏施工人员用太阳能充电器。

背景技术

在光伏电站的施工现场，施工人员常把光伏组件看作一块块的“玻璃板”，一颗螺丝一颗螺丝辛辛苦苦把电站建起来后，在通电测试验收时，通常是大部分的施工人员已转到下一个光伏电站的工地。使得他们建设起来的光伏电站具体怎样发电，实际使用的效果好不好，这些施工人员觉得是陌生的。

在光伏电站的建设期间，现场施工人员就能够在第一时间亲身使用这种安全、稳定、完全绿色的光伏发电，应当是理所当然的事情。同时，对光伏产品使用性能良好的认同感，也会对施工人员的现场操作技能提升有积极的作用。

有鉴于此，本实用新型提供一种光伏施工人员用太阳能充电器，使施工人员能够在第一时间亲身使用这种安全、稳定、完全绿色的光伏发电。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种光伏施工人员用太阳能充电器，能直接利用光伏电站的PV组件发电能量给具有USB接口的用电设备充电。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种光伏施工人员用太阳能充电器，与光伏电站的PV组件连接，其包括：

输入端子；

至少一USB接口；

用于将PV组件输出的电压转换为5V直流电的DC/DC变换模块；

用于防止反接时损坏DC/DC变换模块的防反接保护模块；

用于接通或者断开所述USB接口的输出的开关模块；

用于根据PV组件输出电压值，控制开关模块的工作状态的低压保护模块；

所述输入端子连接所述PV组件和防反接保护模块的输入端，防反接保护模块的输出端依次通过所述DC/DC变换模块、低压保护模块和开关模块与所述USB接口连接。

所述的光伏施工人员用太阳能充电器中，所述DC/DC变换模块包括型号为HKS05003的降压芯片、第一电容和第二电容，所述降压芯片的IN端连接所述防反接保护模块的输出端、还通过第一电容接地，降压芯片的OUT端连接低压保护模块、还通过第二电容接地，所述降压芯片的两个GND端接地。

所述的光伏施工人员用太阳能充电器中，所述防反接保护模块包括第一二极管，所述第一二极管的正极连接所述输入端子，所述第一二极管的负极连接降压芯片的IN端。

所述的光伏施工人员用太阳能充电器中，所述防反接保护模块包括桥式整流器，所述桥式整流器正输出端连接所述输入端子，所述桥式整流器负输出端连接降压芯片的IN端。

所述的光伏施工人员用太阳能充电器中，所述低压保护模块包括比较器，所述比较器的正相输入端连接所述防反接保护模块，比较器的反相输入端连接参考电压供电端，比较器的输出端连接开关模块。

所述的光伏施工人员用太阳能充电器中，所述开关模块包括模拟开关和第二二极管，所述第二二极管的正极连接比较器的输出端，所述第二二极管的负极连接模拟开关的一端，模拟开关的控制端连接所述比较器的输出端，模拟开关的另一端连接所述USB接口。

所述的光伏施工人员用太阳能充电器，还包括用于提示低压状态的指示灯模组，所述指示灯模组的一端连接降压芯片的IN端，指示灯模组的另一端接地。

所述的光伏施工人员用太阳能充电器，还包括测试按钮和测试负载，所述测试按钮的一端连接比较器的输出端，测试按钮的另一端连接通过所述测试负载接地。

所述的光伏施工人员用太阳能充电器，还包括用于指示DC/DC模块的工作状态的输出指示灯，所述输出指示灯的正极连接比较器的输出端，输出指示灯的负极接地。

所述的光伏施工人员用太阳能充电器，还包括输入指示灯，所述输入指示灯的正极连接输入端子，输入指示灯的负极接地。

相较于现有技术，本实用新型提供的光伏施工人员用太阳能充电器，由输入端子接入PV组件，PV组件输出的电流经过防反接保护模块和DC/DC变换模块，由DC/DC变换模块将PV组件输出的直流电降为5V、1A的直流电，再经低压保护模块和开关模块给USB接口供电，实现了为施工人员的手机、移动电源，及标准USB供电的仪表等用电设备的正常使用提供电力能源。

附图说明

图1为本实用新型光伏施工人员用太阳能充电器的结构框图。

图2为本实用新型光伏施工人员用太阳能充电器的电路原理图。

图3为本实用新型光伏施工人员用太阳能充电器的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种光伏施工人员用太阳能充电器，可以看作是对光伏电站的建设施工人员一种小小的关爱。对电站施工人员而言，本实用新型体积小、重量轻、性能可靠，可以作为值得信赖的随身“小伙伴”，放到自己的工具箱中，直接得利用光伏电站的PV组件发电能量给具有USB接口的用电设备充电。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1、图2和图3，本实用新型的光伏施工人员用太阳能充电器，与光伏电站的PV组件11连接，其包括：输入端子12、至少一USB接口13、DC/DC变换模块14、防反接保护模块15、开关模块16和低压保护模块17。USB接口选用两个或两个以上的标准USB接口，所述输入端子12与PV组件11连接和防反接保护模块15的输入端，所述防反接保护模块15的输出端依次通过所述DC/DC变换模块14、低压保护模块17和开关模块16与所述USB接口13连接。

其中，PV组件11用于接收太阳光中的光辐射能量并转化为电能，依次经输入端子12、防反接保护模块15、DC/DC变换模块14、低压保护模块17、开关模块16后输出给USB接口13提供标准的USB电压和电流，用户的手机、移动电源等用电设备可直接插入USB接口13中进行充电提供能量。

本实用新型实施例中，PV组件11直接采用在光伏电站施工现场的待安装标准型电站用单块的光伏组件。如：多晶硅或单晶硅太阳能电池组件，本实施例对组件的规格参数没有特殊要求，一般光伏电站使用的常规组件都能正常使用。

具体实施时，PV组件11到输入端子12之间，可标配现有光伏组件主流的MC4接插配线，导线长度可考虑适当短一些，例如45cm。而本实用新型的输入端子12建议考虑用万用表常用的标准香蕉插头，设置于太阳能充电器本体的一端，其通用性较好，同时产品自身的体积可得以较好地控制。显然，另一种可选的更为简洁方式是将MC4接插件直接内置到本产品中，用户使用起来更快捷方便，只是太阳能充电器本体的体积将因此而变得稍大些。为方便测试，本实用新型可在输入端子12上保留允许用户使用万用表表笔测量在线输入电压的测试点。

所述DC/DC变换模块14用于将PV组件11输出的直流电转换为5V的直流电，所述防反接保护模块15用于防止反接时损坏DC/DC变换模块14。所述低压保护模块17用于根据PV组件11输出电压值，控制开关模块16的工作状态，即在PV组件11的输出电压值高于预定电压时，控制开关模块16接通USB接口13，使USB接口13有能量输出；在PV组件11的输出电压值低于预定电压时，控制开关模块16断开USB接口13的连接，此时USB接口13没有能量输出。

请继续参阅图1和图2，所述DC/DC变换模块14包括型号为HKS05003的降压芯片U1、第一电容C1和第二电容C2，所述降压芯片U1的IN端连接所述防反接保护模块15模块的输出端、还通过第一电容C1接地，降压芯片U1的OUT端连接低压保护模块17、还通过第二电容C2接地，所述降压芯片U1的两个GND端接地。

所述降压芯片U1的额定输入电压在48V以上，能稳定输出3A的电流。该DC/DC变换模块14对现有光伏电站常见的多晶硅太阳电池组件适用度较好，实际测试时，降压芯片U1在单块的202Wp到300Wp组件都能很好地稳定工作。而且，由于有充裕的光伏组件容量，即使处在阴雨天太阳能充电器的输出能量也可以提供单台智能手机的稳定充电，与手机标准的市电原配充电器相比基本无法察觉到任何差异。当然，DC/DC变换模块14还可以采用其它模块，本实用新型对此不作限制。

本实用新型实施例中，所述防反接保护模块15可以采用多种电路结构实现，如二极管或桥式整流器，当防反接保护模块15采用二极管时（即第一二极管D1），所述第一二极管D1的正极连接所述输入端子12，所述第一二极管D1的负极连接降压芯片U1的IN端，防止反接时损坏DC/DC变换模块14。其中，所述第一二极管D1可采用防反接硅整流二极管或者肖特基二极管，反接将不会有输入电流。

当防反接保护模块15采用桥式整流器时，所述桥式整流器正输出端连接所述输入端子12，所述桥式整流器负输出端连接降压芯片U1的IN端，从而可实现输入端的任意极性接入。

另外，所述防反接保护模块15还可以采用大电流整流二极管，并接在DC/DC变换模块14的输入端（即降压芯片U1的IN端），PV组件正常输入时大电流整流二极管反接不工作，错接PV组件极性时，使光伏组件的输出短路起保护DC/DC变换模块14的作用。这种反向并联的方式在光伏组件正确连接时基本上没有任何损耗，错误连接时可实现非常安全的保护，拥有极致的性能。

下述的实施例，均以二极管作为防反接保护模块15进行说明。但是，在设计本实用新型的太阳能充电器时，如果选择了将MC4接插件内置于太阳能充电器本体内部的方式，防反接保护模块15建议选用桥式整流器的方式，避免碰到极限特殊情况时，出现无法人工调整而导致系统不能工作的情况。

请继续参阅图1和图2，所述低压保护模块17主要用于当DC/DC变换模块14输出电压低于允许的特定值时，自动切断USB接口13的能量输出，并且完成自锁，其包括比较器U2，所述比较器U2的正相输入端连接所述防反接保护模块15，比较器U2的反相输入端连接参考电压供电端V1，比较器U2的输出端连接开关模块16。

具体实施时，所述参考电压供电端V1的电压可设置为4.88V，一旦低于该电压点比较器U2输出低电平使开关模块16断开与USB接口13的连接，即切断输出同时自锁。

优选的，所述的太阳能充电器还包括用于提示低压状态的指示灯模组D3，所述指示灯模组D3的一端连接降压芯片U1的IN端，指示灯模组D3的另一端通过电阻接地。该指示灯模组D3是一种带有一定的可用太阳辐射能量预判能力的指示灯，包括三个或以上不同设定阈值的三盏或更多LED指示灯的组合，每盏指示灯熄灭的瞬间可表示不同的预判光伏发电可用的稳定供电时间。

其中，指示灯模组D3测量的是DC/DC变换模块14实际工作时的在线输入电压，当测试的电压值在设定阈值以上时，指示灯恒流点亮，即亮度稳定不变。当测试的电压值低于相应设定阈值的瞬间，相应指示灯将立即熄灭。三个指示灯的阈值设置主要依据为光伏组件在不同太阳能辐射值下的输出特性，按一定经验规律进行设计。

以HKS05003的降压芯片U1，实验室采用50Wp多晶硅组件为例，若选用三盏指示灯，则其测试电压阈值可分别设定为：13V、15V、17V。以目前标准的手机充电输入电流典型值1A为例，当降压芯片U1的IN端的电压高于17V三盏指示灯均点亮时，三盏指示灯的电流恒流值相等，即三盏指示灯的亮度一致；当降压芯片U1的IN端的电压低于17V且高于15V时，一盏指示灯熄灭，一般的可信稳定剩余工作时长可为25-60分钟；降压芯片U1的IN端的电压小于15V且大于13V时，两盏指示灯熄灭，一般的可信剩余稳定工作时长为15-25分钟；当降压芯片U1的IN端的电压低于13V时，三盏指示灯均熄灭，此时太阳能充电器一般的可信剩余稳定工作时长为5-15分钟。其中，每种状态的可信剩余稳定工作时长除具体的云层天气等情况外，还与手机电池当时的剩余电量、充电过程手机屏幕的耗电情况及手机应用软件的运行等有关联关系。

在选择指示灯模组的光源颜色时，优先选择在户外阳光下仍清晰可见同时易于判断其亮灭状态的颜色（如蓝色），而且三盏指示灯可用同一种颜色。另外，指示灯的亮度设置最好比一般家用型设计的亮度要高5-8倍，可优选功率型的贴片LED，可降低工作电流使用效果更佳。

更优的，在所述降压芯片U1的OUT端和比较器U2的输出端之间还可串接一橙色指示灯，当比较器U2输出低电平时，将橙色指示灯负极电势降低，使橙色指示灯点亮，而比较器U2输出高电平时，橙色指示灯处于熄灭状态，从而指示低压保护模块进行低压保护的状态。在低压保护模块17动作后，如果需解除锁定，可设置为需人工断开充电器与光伏组件的连接，也可以设置为在保护锁定预设时间之后（如10-25分钟）自动解除。

请再次参阅图2，所述开关模块16主要用于防止两个USB端口之间互相影响，实现只允许能量从USB端口输出而不能流入的功能。本实施例中，所述开关模块16包括模拟开关K1和第二二极管D2，所述第二二极管D2的正极连接比较器U2的输出端，所述第二二极管D2的负极连接模拟开关K1的一端，模拟开关K1的控制端连接所述比较器U2的输出端，模拟开关K1的另一端连接USB接口13。当比较器U2输出高电平时，模拟开关K1导通使USB接口13有能量输出；当比较器U2输出低电平时，模拟开关K1断开，使USB接口13不能输出电能。所述第二二极管D2可以在智能手机插入USB接口13中时，防止极端情况下充电终端的电流灌入DC/DC变换模块14中。

为了便于用户实现对“可用太阳光辐射能量人工预测”，本实用新型的太阳能充电器还包括测试按钮K2和测试负载Q1，所述测试按钮K2的一端连接比较器U2的输出端，测试按钮K2的另一端连接通过所述测试负载Q1接地。本实施例中，该测试按钮K2可设置在太阳能充电器本体上，测试负载Q1可内置于太阳能充电器本体中。其它实施例中，所述测试按钮K2和测试负载Q1也可作为太阳能充电器外接配件，需要测试时与USB接口13连接即可。

具体实施时，所述测试负载Q1可选用2欧姆15瓦的功率电阻，以实现目前典型的智能手机2倍以上充电电流的测试。在按下测试按钮K2时，可观察指示灯模组D3的亮灯状态，并与本实用新型的厂家预置可用太阳光辐射能量时长换算关系推荐表相对照，即可完成一定程度的人工预测功能，此过程包含计算在内一般预测的总耗时在8-20秒可完成，可进一步提升对光伏发电可用的稳定供电时间的预判能力。现场施工人员可结合太阳能充电器的使用手册资料，通过产品开发时合理配置的内置测试负载Q1，及上述指示灯模组D3的配合，可以实现一定程度的太阳光辐射能量可用值人工预测。

进一步的，本实用新型的光伏施工人员用太阳能充电器还可包括输入指示灯D4，所述输入指示灯D4的正极连接输入端子12，输入指示灯D4的负极接地，在输入端子12与PV组件11连接时，使输入指示灯D4点亮，表示太阳能充电器有电能输入，具体实施时，该输入指示灯D4可采用蓝色指示灯，用于指示PV组件11是否有电流输出。

更进一步地，所述的光伏施工人员用太阳能充电器还包括用于指示DC/DC模块14的工作状态的输出指示灯D5，所述输出指示灯D5的正极连接比较器U2的输出端，输出指示灯D5的负极接地。当比较器U2输出高电平时，输出指示灯D5点亮；当比较器U2输出低电平时，输出指示灯D5熄灭，其亮灭方式与上述橙色指示灯相反，因此需要选择其它颜色的LED灯，如红色的LED灯。

综上所述，本实用新型提供的光伏施工人员用太阳能充电器，直接利用光伏电站的PV组件为施工人员的手机、移动电源，及标准USB供电的仪表等用电设备的正常使用提供电力能源。本实用新型的太阳能充电器其稳定性相当高，可实现与智能手机标准的市电原配充电器基本相同的充电效果。而且光伏电站现场施工人员在电站的建设期间，就能够在第一时间亲身使用这种安全、稳定、完全绿色的光伏发电能量，给予了光伏电站的建设施工人员一种小小的关爱。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏施工人员用太阳能充电器，与光伏电站的PV组件连接，其特征在于，包括：

输入端子；

至少一USB接口；

用于将PV组件输出的电压转换为5V直流电的DC/DC变换模块；

用于防止反接时损坏DC/DC变换模块的防反接保护模块；

用于接通或者断开所述USB接口的输出的开关模块；

用于根据PV组件输出电压值，控制开关模块的工作状态的低压保护模块；

所述输入端子连接所述PV组件和防反接保护模块的输入端，防反接保护模块的输出端依次通过所述DC/DC变换模块、低压保护模块和开关模块与所述USB接口连接。

2.根据权利要求1所述的光伏施工人员用太阳能充电器，其特征在于，所述DC/DC变换模块包括型号为HKS05003的降压芯片、第一电容和第二电容，所述降压芯片的IN端连接所述防反接保护模块的输出端、还通过第一电容接地，降压芯片的OUT端连接低压保护模块、还通过第二电容接地，所述降压芯片的两个GND端接地。

3.根据权利要求2所述的光伏施工人员用太阳能充电器，其特征在于，所述防反接保护模块包括第一二极管，所述第一二极管的正极连接所述输入端子，所述第一二极管的负极连接降压芯片的IN端。

4.根据权利要求2所述的光伏施工人员用太阳能充电器，其特征在于，所述防反接保护模块包括桥式整流器，所述桥式整流器正输出端连接所述输入端子，所述桥式整流器负输出端连接降压芯片的IN端。

5.根据权利要求3所述的光伏施工人员用太阳能充电器，其特征在于，所述低压保护模块包括比较器，所述比较器的正相输入端连接所述防反接保护模块，比较器的反相输入端连接参考电压供电端，比较器的输出端连接开关模块。

6.根据权利要求5所述的光伏施工人员用太阳能充电器，其特征在于，所述开关模块包括模拟开关和第二二极管，所述第二二极管的正极连接比较器的输出端，所述第二二极管的负极连接模拟开关的一端，模拟开关的控制端连接所述比较器的输出端，模拟开关的另一端连接所述USB接口。

7.根据权利要求5所述的光伏施工人员用太阳能充电器，其特征在于，还包括用于提示低压状态的指示灯模组，所述指示灯模组的一端连接降压芯片的IN端，指示灯模组的另一端接地。

8.根据权利要求7所述的光伏施工人员用太阳能充电器，其特征在于，还包括测试按钮和测试负载，所述测试按钮的一端连接比较器的输出端，测试按钮的另一端连接通过所述测试负载接地。

9.根据权利要求5所述的光伏施工人员用太阳能充电器，其特征在于，还包括用于指示DC/DC模块的工作状态的输出指示灯，所述输出指示灯的正极连接比较器的输出端，输出指示灯的负极接地。

10.根据权利要求1所述的光伏施工人员用太阳能充电器，其特征在于，还包括输入指示灯，所述输入指示灯的正极连接输入端子，输入指示灯的负极接地。