CN214626473U - 一种防饿死的自启动光伏电源 - Google Patents

一种防饿死的自启动光伏电源 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种防饿死的自启动光伏电源，包括光伏电池组、快充电路、快充控制电路、自启动电路、储能电路、输出控制电路和稳压输出电路。本实用新型通过自启动电路可以让光伏电池组产生的较小输出给处于过放状态的储能电路充电，从而可以防止电源出现“饿死”现象；光伏电池组通过自启动电路给储能电路充电的过程中，快充控制电路可判断光伏电池组的供电能力，当光照条件良好时，光伏电池组的输出满足快充条件，快充控制电路控制快充电路开启，自启动过程结束，系统进入快速充电过程；输出控制电路用于判断储能电路的电量，当储能电路的电量达到可以对外输出条件时，输出控制电路控制稳压输出电路开启，完成电源启动，摆脱饿死状态。

Description

一种防饿死的自启动光伏电源
技术领域
本实用新型涉及能源利用领域，具体涉及一种防饿死的自启动光伏电源。
背景技术
目前无线传感器等远程信号监测终端的供电一般采用锂、镍氢、纽扣电池，难以实现长时间持续工作。目前已有采用光伏补充充电的电源设计中由于存在MCU控制系统工作，限于光伏电池因光照条件随天气变化的不确定性，如果电池出现过放电，当系统过放时，微控制器无法再次启动，导致系统永久失效，将会陷入“饿死”状态而无法恢复启动。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种防饿死的自启动光伏电源，可以解决电源“饿死”的问题。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种防饿死的自启动光伏电源，包括光伏电池组、快充电路、快充控制电路、自启动电路、储能电路、输出控制电路和稳压输出电路；所述快充控制电路并联在所述光伏电池组的两端，所述光伏电池组的一端与所述自启动电路的一端连接，所述光伏电池组的另一端与所述储能电路的一端连接，所述自启动电路的另一端与所述储能电路的另一端连接，所述快充电路与所述自启动电路并联，所述快充电路还与所述快充控制电路连接，所述稳压输出电路的一端连接在所述自启动电路与所述储能电路的公共连接端上，所述稳压输出电路的另一端用于连接负载，所述输出控制电路的一端连接在所述光伏电池组与所述储能电路的公共连接端上，所述输出控制电路的另一端连接在所述储能电路上，所述输出控制电路还与所述稳压输出电路连接。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，所述自启动电路包括二极管D1,所述快充电路包括电感L1、电源芯片U1和二极管D2，所述快充控制电路包括电阻R1和电阻R2，所述储能电路包括储能电容C1和储能电容C2，所述稳压输出电路包括电感L2、电源芯片U2、二极管D3和电容C3，所述输出控制电路包括电阻R3和电阻R4；
所述光伏电池组的正极连接在所述二极管D1的正极上，所述储能电容C1与所述储能电容C2串联，所述储能电容C1与所述储能电容C2串联后的一端连接在所述二极管D1的负极上，所述储能电容C1与所述储能电容C2串联后的另一端连接在所述光伏电池组的负极上；
所述电阻R1和所述电阻R2串联后并联在所述光伏电池组的两端上；所述光伏电池组的正极通过所述电感L1连接在所述电源芯片U1的Vin引脚上，所述电源芯片U1的Vo引脚连接在所述二极管D1的负极上，所述电源芯片U1的CE引脚连接在所述电阻R1与所述电阻R2的公共连接端上，所述电源芯片U1的GND引脚接地，所述二极管D2的正极连接在所述电源芯片U1的Vin引脚上，所述二极管D2的负极连接在所述电源芯片U1的Vo引脚上；
所述电阻R3与所述电阻R4串联后并联在所述储能电容C2的两端；所述二极管D1的负极通过所述电感L2连接在所述电源芯片U2的Vin引脚上，所述电源芯片U2的Vo引脚用于连接负载，所述电源芯片U2的CE引脚连接在所述电阻R3与所述电阻R4的公共连接端上，所述电源芯片U2的GND引脚接地，所述二极管D3的正极连接在所述电源芯片U2的Vin引脚上，所述二极管D3的负极连接在所述电源芯片U2的Vo引脚上，所述电容C3的一端连接在所述电源芯片U2的Vo引脚上，所述电容C3的另一端接地。
进一步，所述光伏电池组的负极接地。
进一步，所述二极管D1具体为肖特基二极管。
进一步，所述电源芯片U1以及所述电源芯片U2均为ME21XX系列的Buck-Boost电源变换芯片。
进一步，所述储能电容C1以及所述储能电容C2均为超级电容。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过自启动电路可以让光伏电池组产生的较小输出给处于过放状态的储能电路充电，从而可以防止电源出现“饿死”现象；光伏电池组通过自启动电路给储能电路充电的过程中，快充控制电路可判断光伏电池组的供电能力，当光照条件良好时，光伏电池组的输出满足快充条件，快充控制电路控制快充电路开启，自启动过程结束，系统进入快速充电过程；输出控制电路用于判断储能电路的电量，当储能电路的电量达到可以对外输出条件时，输出控制电路控制稳压输出电路开启，完成电源启动，摆脱饿死状态，获取负载所需的稳定的电压输出；本实用新型结构简单、成本低、效率高，特别适合长期独立工作小功率供电电源。
附图说明
图1为本实用新型一种防饿死的自启动光伏电源的整体结构框图；
图2为本实用新型一种防饿死的自启动光伏电源的具体电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，一种防饿死的自启动光伏电源，包括光伏电池组、快充电路、快充控制电路、自启动电路、储能电路、输出控制电路和稳压输出电路；所述快充控制电路并联在所述光伏电池组的两端，所述光伏电池组的一端与所述自启动电路的一端连接，所述光伏电池组的另一端与所述储能电路的一端连接，所述自启动电路的另一端与所述储能电路的另一端连接，所述快充电路与所述自启动电路并联，所述快充电路还与所述快充控制电路连接，所述稳压输出电路的一端连接在所述自启动电路与所述储能电路的公共连接端上，所述稳压输出电路的另一端用于连接负载，所述输出控制电路的一端连接在所述光伏电池组与所述储能电路的公共连接端上，所述输出控制电路的另一端连接在所述储能电路上，所述输出控制电路还与所述稳压输出电路连接。
本实用新型通过自启动电路可以让光伏电池组产生的较小输出给处于过放状态的储能电路充电，从而可以防止电源出现“饿死”现象；光伏电池组通过自启动电路给储能电路充电的过程中，快充控制电路可判断光伏电池组的供电能力，当光照条件良好时，光伏电池组的输出满足快充条件，快充控制电路控制快充电路开启，自启动过程结束，系统进入快速充电过程；输出控制电路用于判断储能电路的电量，当储能电路的电量达到可以对外输出条件时，输出控制电路控制稳压输出电路开启，完成电源启动，摆脱饿死状态，获取负载所需的稳定的电压输出；本实用新型结构简单、成本低、效率高，特别适合长期独立工作小功率供电电源。
在本具体实施例中，防饿死的自启动光伏电源的具体电路结构如图2所示，图2中，E代表光伏电池组，RL代表负载，所述自启动电路包括二极管D1,所述快充电路包括电感L1、电源芯片U1和二极管D2，所述快充控制电路包括电阻R1和电阻R2，所述储能电路包括储能电容C1和储能电容C2，所述稳压输出电路包括电感L2、电源芯片U2、二极管D3和电容C3，所述输出控制电路包括电阻R3和电阻R4；所述光伏电池组的正极连接在所述二极管D1的正极上，所述储能电容C1与所述储能电容C2串联，所述储能电容C1与所述储能电容C2串联后的一端连接在所述二极管D1的负极上，所述储能电容C1与所述储能电容C2串联后的另一端连接在所述光伏电池组的负极上；所述电阻R1和所述电阻R2串联后并联在所述光伏电池组的两端上；所述光伏电池组的正极通过所述电感L1连接在所述电源芯片U1的Vin引脚上，所述电源芯片U1的Vo引脚连接在所述二极管D1的负极上，所述电源芯片U1的CE引脚连接在所述电阻R1与所述电阻R2的公共连接端上，所述电源芯片U1的GND引脚接地，所述二极管D2的正极连接在所述电源芯片U1的Vin引脚上，所述二极管D2的负极连接在所述电源芯片U1的Vo引脚上；所述电阻R3与所述电阻R4串联后并联在所述储能电容C2的两端；所述二极管D1的负极通过所述电感L2连接在所述电源芯片U2的Vin引脚上，所述电源芯片U2的Vo引脚用于连接负载，所述电源芯片U2的CE引脚连接在所述电阻R3与所述电阻R4的公共连接端上，所述电源芯片U2的GND引脚接地，所述二极管D3的正极连接在所述电源芯片U2的Vin引脚上，所述二极管D3的负极连接在所述电源芯片U2的Vo引脚上，所述电容C3的一端连接在所述电源芯片U2的Vo引脚上，所述电容C3的另一端接地。
优选的，所述光伏电池组的负极接地。所述二极管D1具体为肖特基二极管。所述电源芯片U1以及所述电源芯片U2均为ME21XX系列的Buck-Boost电源变换芯片。所述储能电容C1以及所述储能电容C2均为超级电容。光伏电池组采用小功率4.2V的光伏板。
电源饿死是指电源因过放电导致电源在无人为干预的条件下无法恢复正常工作状态的现象。电源系统中因环境光照不足等原因，光伏电池组不能提供电能，储能电路如果产生过放电，那么整个电源系统就会停止工作，输出控制电路根据储能电路的能量状态停止稳压输出电路工作，负载也停止工作，电源处于饿死状态。
电源处于过放电状态时，在光照下光伏电池组产生较小输出时即可经由二极管D1构成的自启动电路为储能电容C1和储能电容C2组成的储能电路充电，二极管D1选择的是型号为SR560的肖特基二极管，其导通电压降为0.2V，肖特基二极管具有低导通压降的特性；储能电容C1和储能电容C2选择电容参数为100F/2.7V的超级电容，超级电容具有容量大、过放不失效的特点。光伏电池板通过自启动网络给储能电路充电时，由电阻R1、R2组成的快充控制电路可判断光伏电池组供电能力的参数CE1(其是通过分压原理来判断光伏电池组产生的电压是否达到快充所需要的电压)，当光照条件良好时，CE1满足快充电路的启动条件，由ME21XX型号的电源芯片U1、快恢复的二极管D2以及电感L1构成的快充电路被启动(ME21XX系列Buck-Boost电源变换芯片具有条件可控工作的特点)，自启动过程结束，系统进入快速充电过程；当光照条件较差，则只通过自启动电路充电。输出控制电路由电阻R3、R4组成，判断被充电的储能电容组成的储能电路的电量(输出控制电路也是通过分压原理来判断储能电路的电压是否达到放电所需要的电压)，当CE2表明可达到对外负载输出条件时，由ME21XX型号的电源芯片U1、快恢复的D3、电感L2以及电容C3构成的稳压输出电路，完成电源启动，摆脱饿死状态，获得负载所需的稳定的电压输出。
本实用新型一种防饿死的自启动光伏电源基于光伏电池组和超级电容通过纯硬件控制网络解决电源的“饿死”现象，在电源中的储能元件出现过放时，可在光照条件下脱离死机状态，恢复系统供电，过程中无需程序控制，使其工作可靠，整体硬件简单，成本低，可以实现对小功率器件(特别是无线监测终端传感器)的独立长期持续供电。
本实用新型公开了一种由光伏电池和超级电容通过纯硬件控制设计解决电源的“饿死”现象，并通过控制切换充电方式提高充电效率，以获得电源过放后可自启动，可长期持续工作的效果。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种防饿死的自启动光伏电源，其特征在于：包括光伏电池组、快充电路、快充控制电路、自启动电路、储能电路、输出控制电路和稳压输出电路；所述快充控制电路并联在所述光伏电池组的两端，所述光伏电池组的一端与所述自启动电路的一端连接，所述光伏电池组的另一端与所述储能电路的一端连接，所述自启动电路的另一端与所述储能电路的另一端连接，所述快充电路与所述自启动电路并联，所述快充电路还与所述快充控制电路连接，所述稳压输出电路的一端连接在所述自启动电路与所述储能电路的公共连接端上，所述稳压输出电路的另一端用于连接负载，所述输出控制电路的一端连接在所述光伏电池组与所述储能电路的公共连接端上，所述输出控制电路的另一端连接在所述储能电路上，所述输出控制电路还与所述稳压输出电路连接。
2.根据权利要求1所述的防饿死的自启动光伏电源，其特征在于：所述自启动电路包括二极管D1,所述快充电路包括电感L1、电源芯片U1和二极管D2，所述快充控制电路包括电阻R1和电阻R2，所述储能电路包括储能电容C1和储能电容C2，所述稳压输出电路包括电感L2、电源芯片U2、二极管D3和电容C3，所述输出控制电路包括电阻R3和电阻R4；
所述光伏电池组的正极连接在所述二极管D1的正极上，所述储能电容C1与所述储能电容C2串联，所述储能电容C1与所述储能电容C2串联后的一端连接在所述二极管D1的负极上，所述储能电容C1与所述储能电容C2串联后的另一端连接在所述光伏电池组的负极上；
所述电阻R1和所述电阻R2串联后并联在所述光伏电池组的两端上；所述光伏电池组的正极通过所述电感L1连接在所述电源芯片U1的Vin引脚上，所述电源芯片U1的Vo引脚连接在所述二极管D1的负极上，所述电源芯片U1的CE引脚连接在所述电阻R1与所述电阻R2的公共连接端上，所述电源芯片U1的GND引脚接地，所述二极管D2的正极连接在所述电源芯片U1的Vin引脚上，所述二极管D2的负极连接在所述电源芯片U1的Vo引脚上；
所述电阻R3与所述电阻R4串联后并联在所述储能电容C2的两端；所述二极管D1的负极通过所述电感L2连接在所述电源芯片U2的Vin引脚上，所述电源芯片U2的Vo引脚用于连接负载，所述电源芯片U2的CE引脚连接在所述电阻R3与所述电阻R4的公共连接端上，所述电源芯片U2的GND引脚接地，所述二极管D3的正极连接在所述电源芯片U2的Vin引脚上，所述二极管D3的负极连接在所述电源芯片U2的Vo引脚上，所述电容C3的一端连接在所述电源芯片U2的Vo引脚上，所述电容C3的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的防饿死的自启动光伏电源，其特征在于：所述光伏电池组的负极接地。
4.根据权利要求2所述的防饿死的自启动光伏电源，其特征在于：所述二极管D1具体为肖特基二极管。
5.根据权利要求2所述的防饿死的自启动光伏电源，其特征在于：所述电源芯片U1以及所述电源芯片U2均为ME21XX系列的Buck-Boost电源变换芯片。
6.根据权利要求2所述的防饿死的自启动光伏电源，其特征在于：所述储能电容C1以及所述储能电容C2均为超级电容。
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