CN210806837U - 一种自动充电供电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动充电供电电路，采用电阻、电容、电压比较器、二极管、三极管、场效应管组成，充电模式下电容充电，供电模式下电容放电。本实用新型充分利用光能充电、储电和放电，节约了能源；根据储电量，精确判断充放电状态，提供不间断供电；自动切换充放电模式，无需人工干预。

Description

一种自动充电供电电路

技术领域

本实用新型属于模拟电子电路技术领域，具体涉及一种场效应管和三极管的控制电路。

背景技术

场效应管和三极管在电源领域的应用，包括开关电源的设计，利用了半导体的开关和截止特性。充电和放电电路的设计，目前仍然以电容和电感的组合设计为主，利用非线性器件对电压和电流的延迟响应特性。将两者结合，更加精确的实现自动充电和放电，从而为用电设备提供不间断供电。能量收集系统的应用越来越广，光能收集，特别是室内环境中弱光能收集问题是能量收集领域的一个重要问题。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术存在的问题，提出了一种自动充电供电电路，为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案。

采用电源、场效应管P1、场效应管P2、场效应管P3、三极管N1、三极管N2、三极管N3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电容C1、电容C2、电压比较器U1和电压比较器U2组成自动充电供电电路。

电源和二极管D1的正极连接，二极管D1的负极和电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端和电压比较器U1的供电口连接；电压比较器U1的供电口和场效应管P1的源极连接，场效应管P1的栅极和三极管N1的集电极连接，电阻R12并联在场效应管P1的源极和栅极之间；场效应管P1的漏极和二极管D3的正极连接，二极管D3的负极和二极管D4的正极连接，二极管D4的负极和电容C1的一极连接，电容C1的另一极接地；二极管D4的负极和二极管D2的负极连接，二极管D2的正极和电源连接；三极管N1的基极和电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端和电压比较器U1的输出口连接，三极管N1的发射极接地，电阻R14并联在三极管N1的基极和发射极之间；二极管D3的负极和场效应管P2的漏极连接，场效应管P2的源极和电容C2的一极连接，电容C2的另一极接地，电阻R21并联在场效应管P2的源极和栅极之间；二极管D4的正极和场效应管P2的漏极连接，二极管D4的负极和场效应管P2的源极连接；场效应管P2的栅极和三极管N2的集电极连接，三极管N2的发射极接地，三极管N2的基极和电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端和电压比较器U2的输出口连接，电阻R23并联在三极管N2的基极和发射极之间；二极管D4的负极和场效应管P3的源极连接，场效应管P3的栅极和三极管N3的集电极连接，电阻R31并联在场效应管P3的源极和栅极之间，场效应管P3的漏极作为电路的供电口；三极管N3的基极和电阻R32的一端连接，电阻R32的另一端和电压比较器U2的输出口连接，三极管N3的发射极接地，电阻R33并联在三极管N3的基极和发射极之间。

场效应管P1、场效应管P2和场效应管P3为P型场效应管，三极管N1、三极管N2和三极管N3为NPN型三极管，电容C1为电解电容，负极接地，电容C2为超级电容，电压比较器U1和电压比较器U2为低功耗电压比较器，电源为光能板连接器。

在上述电路增加电容C3和电容C4，电容C3并联在场效应管P1的栅极和漏极之间，电容C4并联在场效应管P3的源极和栅极之间，将二极管D3和二极管D4替换为发光二极管，将电容C2替换为可充电电池。

在上述电路增加外接电源和二极管D6，外接电源的供电口和二极管D6的正极连接，二极管D6的负极和二极管D1的负极连接。

在上述电路增加电压转换器和电容C5，电压转换器的输入端和场效应管P3的漏极连接，电压转换器的输出端作为电路的供电口，和电容C5的一极连接，电容C5的另一极接地。

本实用新型充分利用光能充电、储电和放电，节约了能源；根据储电量，精确判断充放电状态，提供不间断供电；自动切换充放电模式，无需人工干预。

附图说明

图1是本电路的原理图，图中标记BAT表示光能板连接器，POW表示外接电源，P1、P2、P3表示P型场效应管，N1、N2、N3表示NPN型三极管，D1、D2、D5、D6表示二极管，D3、D4表示发光二极管，R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23、R31、R32、R33表示电阻，C1表示电解电容，C2表示超级电容，C3、C4、C5表示电容，U1、U2表示低功耗电压比较器，DC表示电压转换器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案做具体的说明。

一种自动充电供电电路，采用光能板连接器BAT、外接电源POW、P型场效应管P1、P型场效应管P2、P型场效应管P3、NPN型三极管N1、NPN型三极管N2、NPN型三极管N3、二极管D1、二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4、二极管D5、二极管D6、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电解电容C1、超级电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、低功耗电压比较器U1和低功耗电压比较器U2、电压转换器DC组成。

优选的，电压比较器U1的比较电压为2.5V，电压比较器U2的比较电压为2.2V，电解电容C1为470μF和16V，超级电容C2为0.47F和5.5V，电容C3和电容C4为10nF，电容C5为100nF，电阻R11为470Ω、电阻R12和电阻R32为51MΩ、电阻R13、电阻R14、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R31和电阻R33为100MΩ。

如图1所示，光能板连接器BAT和二极管D1的正极连接，二极管D1的负极和电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端和电压比较器U1的供电口连接；外接电源POW的供电口和二极管D6的正极连接，二极管D6的负极和二极管D1的负极连接；电压比较器U1的供电口和场效应管P1的源极连接，场效应管P1的栅极和三极管N1的集电极连接，电阻R12并联在场效应管P1的源极和栅极之间，电容C3并联在场效应管P1的栅极和漏极之间；场效应管P1的漏极和二极管D3的正极连接，二极管D3的负极和二极管D4的正极连接，二极管D4的负极和电容C1的正极连接，电容C1的负极接地；二极管D4的负极和二极管D2的负极连接，二极管D2的正极和电源连接；三极管N1的基极和电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端和电压比较器U1的输出口连接，三极管N1的发射极接地，电阻R14并联在三极管N1的基极和发射极之间；二极管D3的负极和场效应管P2的漏极连接，场效应管P2的源极和电容C2的一极连接，电容C2的另一极接地，电阻R21并联在场效应管P2的源极和栅极之间；二极管D4的正极和场效应管P2的漏极连接，二极管D4的负极和场效应管P2的源极连接；场效应管P2的栅极和三极管N2的集电极连接，三极管N2的发射极接地，三极管N2的基极和电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端和电压比较器U2的输出口连接，电阻R23并联在三极管N2的基极和发射极之间；二极管D4的负极和场效应管P3的源极连接，场效应管P3的栅极和三极管N3的集电极连接，电阻R31并联在场效应管P3的源极和栅极之间，电容C4并联在场效应管P3的源极和栅极之间；三极管N3的基极和电阻R32的一端连接，电阻R32的另一端和电压比较器U2的输出口连接，三极管N3的发射极接地，电阻R33并联在三极管N3的基极和发射极之间；电压转换器DC的输入端和场效应管P3的漏极连接，电压转换器DC的输出端作为电路的供电口，和电容C5的一极连接，电容C5的另一极接地。

本电路支持两种充电模式，光能充电或外接电源手动充电。

BAT接收光能，D1导通，D2导通，或者POW手动开启，D6导通，电流经R11流向U1的供电口。

U1比较供电口的电压，若小于2.5V，则输出口无电压输出，若大于2.5V，则输出口有电压输出,电流经R13和R14接地，N1的基极和发射极产生电压，N1导通。

R11的电流，经R12流向N1的集电极，经N1接地，P1的源极和栅极产生电压，P1导通，电流中的交流小信号被C3滤波。

D3导通发光，显示正在充电，D5导通，电流经P1、D3、D5流向C2，为C2充电。

BAT的电流经D2流向C1的正极和U2的供电口，C1快速充电。

U2比较供电口的电压，若小于2.2V，则输出口无电压输出，若大于2.2V，则输出口有电压输出,电流经R32和R33接地，N3的基极和发射极产生电压，N3导通。

U2供电口的电流，经R31流向N3的集电极，经N3接地，P3的源极和栅极产生电压，P3导通，电流中的交流小信号被C4滤波。

电流经P3流向DC的输入端，经DC变压，输出端为用电设备供电，电流中的交流小信号被C5滤波。

本电路支持外界充电中断时，自动供电。

BAT和POW电压小于2.5V或无电压，D1、D2、D3、D5截止，U1无输出，N1和P1截止，C1和C2放电。

电流从C1流向U2的供电口，U2比较供电口的电压，若小于2.2V，则输出口无电压输出，若大于2.2V，则输出口有电压输出,电流经R22和R23接地，N2的基极和发射极产生电压，N2导通。

电流从C2经R21流向N2的集电极，经N2接地，P2的源极和栅极产生电压，P2导通，D4导通发光，显示正在供电，电流经P2、D4流向U2的供电口。

U2比较供电口的电压，若小于2.2V，则输出口无电压输出，若大于2.2V，则输出口有电压输出,电流经R32和R33接地，N3的基极和发射极产生电压，N3导通。

U2供电口的电流，经R31流向N3的集电极，经N3接地，P3的源极和栅极产生电压，P3导通，电流中的交流小信号被C4滤波。

电流经P3流向DC的输入端，经DC变压，输出端为用电设备供电，电流中的交流小信号被C5滤波。

外部供电电压大于2.5V，本电路处于充电模式，D3发光，C1和C2充电，同时给供电设备供电；外部供电电压小于2.5V或中断，本电路处于供电模式，D4发光，C1和C2放电，为供电设备供电，直至C2储存电量耗尽或电压小于2.2V。

上述作为本实用新型的实施例，并不限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动充电供电电路，其特征在于，包括：电源、场效应管P1、场效应管P2、场效应管P3、三极管N1、三极管N2、三极管N3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电容C1、电容C2、电压比较器U1、电压比较器U2；电源和二极管D1的正极连接，二极管D1的负极和电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端和电压比较器U1的供电口连接；

电压比较器U1的供电口和场效应管P1的源极连接，场效应管P1的栅极和三极管N1的集电极连接，电阻R12并联在场效应管P1的源极和栅极之间；

场效应管P1的漏极和二极管D3的正极连接，二极管D3的负极和二极管D4的正极连接，二极管D4的负极和电容C1的一极连接，电容C1的另一极接地；

二极管D4的负极和二极管D2的负极连接，二极管D2的正极和电源连接；

三极管N1的基极和电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端和电压比较器U1的输出口连接，三极管N1的发射极接地，电阻R14并联在三极管N1的基极和发射极之间；

二极管D3的负极和场效应管P2的漏极连接，场效应管P2的源极和电容C2的一极连接，电容C2的另一极接地，电阻R21并联在场效应管P2的源极和栅极之间；

二极管D4的正极和场效应管P2的漏极连接，二极管D4的负极和场效应管P2的源极连接；

场效应管P2的栅极和三极管N2的集电极连接，三极管N2的发射极接地，三极管N2的基极和电阻R22的一端连接，电阻R22的另一端和电压比较器U2的输出口连接，电阻R23并联在三极管N2的基极和发射极之间；

二极管D4的负极和场效应管P3的源极连接，场效应管P3的栅极和三极管N3的集电极连接，电阻R31并联在场效应管P3的源极和栅极之间；

三极管N3的基极和电阻R32的一端连接，电阻R32的另一端和电压比较器U2的输出口连接，三极管N3的发射极接地，电阻R33并联在三极管N3的基极和发射极之间。

2.根据权利要求1所述的自动充电供电电路，其特征在于，所述场效应管P1、场效应管P2和场效应管P3为P型场效应管，所述三极管N1、三极管N2和三极管N3为NPN型三极管。

3.根据权利要求1所述的自动充电供电电路，其特征在于，所述电容C1为电解电容，负极接地，所述电容C2为超级电容。

4.根据权利要求1所述的自动充电供电电路，其特征在于，所述电压比较器U1和电压比较器U2为低功耗电压比较器。

5.根据权利要求1所述的自动充电供电电路，其特征在于，所述电源为光能板连接器。

6.根据权利要求1至5任一所述的自动充电供电电路，其特征在于，包括：电容C3和电容C4，电容C3并联在场效应管P1的栅极和漏极之间，电容C4并联在场效应管P3的源极和栅极之间。

7.根据权利要求6所述的自动充电供电电路，其特征在于，所述二极管D3和二极管D4为发光二极管。

8.根据权利要求7所述的自动充电供电电路，其特征在于，所述C2替换为可充电电池。

9.根据权利要求8所述的自动充电供电电路，其特征在于，包括：外接电源和二极管D6，外接电源的供电口和二极管D6的正极连接，二极管D6的负极和二极管D1的负极连接。

10.根据权利要求9所述的自动充电供电电路，其特征在于，包括：电压转换器和电容C5，电压转换器的输入端和场效应管P3的漏极连接，电压转换器的输出端和电容C5的一极连接，电容C5的另一极接地。

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