CN2497464Y

CN2497464Y - 太阳能充电器

Info

Publication number: CN2497464Y
Application number: CN 01226030
Authority: CN
Inventors: 李毅; 廖武; 平功常
Original assignee: Shenzhen Trony Technology Development Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Trony Technology Development Co Ltd
Priority date: 2001-06-02
Filing date: 2001-06-02
Publication date: 2002-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-02

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能电池充电器,由太阳能电池经输入接口提供低电压,经由U1芯片MAX856和电感L1、逆流二极管D1组成的第一级升压到5伏;再由U2芯片MAX1771、L2、Q1、D2构成第二级升至12V。由充电控制器芯片MAX846A、D3、开关K1、K2、K3、K4构充电控制回路,给镍镉、镍氢、锂离子电充电。既能满足多节蓄电池串联高压充电,又能满足一、两节蓄电充电。恒功率输出稳定,效率高,可供多种负载使用。

Description

太阳能充电器

本实用新型公开了一种太阳能电池充电器，涉及利用太阳能光电技术，经高效升压转换，给多节镍镉、镍氢或锂离子电池提供稳定充电，属太阳能电池充电技术领域。

随着太阳能技术的不断发展和完善，太阳能技术应用的领域也越来越广泛，其中太阳能电池充电器就是太阳能技术应用的一个方面。目前，太阳能电池充电器还不适合制成大功率，仅限于功率较小的中、低速充电范围内产品。因太阳能电池价格仍然较贵，充电功率做的越大价格越高，成本降不下来。受此限制，满足电压较高的条件，相应电流就不能太大；反之电压低，电流大。从太阳能电池充电器产品的充电方式上大概分为两类：直接充电式和间接充电式。

直接充电式：是指太阳能电池的输出电压，不经过转换，只是通过简单的处理，如加逆流二极管等，直接与充电器相连，给蓄电池充电。目前一些太阳能充电器，属于这种直接类型，这种类型的太阳能充电器结构简单，工作不太稳定，太阳能利用率低。太阳光是随时间变化而都变化的，当光照度不足，太阳能电池的输出电压下降到蓄电池工作电压以下时，系统就停止工作。通常这类充电器选择太阳能电池的输出电压较高，电流较小，适合于多节蓄电池串联充电的要求。不适合给一、两节蓄电池充电，因电流太小，要满足低电压、大电流，才能提高充电器的工作效率。

间接式充电：是指太阳能电池输出电压，先经过直流DC-DC升压处理，然后再给充电器供电。它的特点是输出电压恒定，系统工作稳定性较高，适应各种环境的变化能力较强。通常，这类充电器选择的太阳能电池输出电压较低，电流较大。目前太阳能充电器功率6W的产品，最高电压输出电压可以作到12伏，最大电流电流几百毫安。但往往在使用过程中由于输入电压偏低，稳定性差而造充电启动失败，而降低了工作效率。

本实用新型的目的在于针对以上间接式太阳能充电器存在技术问题加以改进。采用两级直流DC-DC升压电路，真正实现低压启动，输出功率高，电压可调范围大。使其实现通过各种接口和开关控制多种类型负载进行可控充电，即满足多节蓄电池串联高压充电，又能满足给一、两节蓄电池低压大电流充电。

本实用新型是通过以下设计方案来实现的：该太阳能充电器包括外部太阳能电池阵列及内部DC-DC升压电路和充电控制电路，以及与外部负载充电和供电接口及转换开关组成，特征还在于所说的外部太阳能电池阵列还包括太阳能电池1，将太阳能电池1接口J1输出的低电压输入到第一级升压电路2，该电路采用低压升压芯片，将输入的低电压经U1升压后，输出稳定的5伏电压，经第二级升压电路3将再次提升，该电路采用启动电压高，功率较大的集成电路升压芯片U2，输出稳定的12伏电压；由充电控制芯片U3和接口J2、选择开关K构成一个恒功率输出电压可控的充电控制电路4，控制多种类型负载进行可控充电或供电。

实施本实用新型所产生的积极效果主要表现在采用两级直流DC-DC转换技术，实现了低压启动，高功率输出的优良特性。太阳能电池输出最小电压在0.8V变化时，太阳能充电器能稳定地输出功率恒定，电压连续可控1.25～12伏，最高工作电流达到500mA以上。采用功能强的升压芯片和控制芯片及接口和选择开关，可以控制多种类型电池充电。该充电器也可以作为一个独立电源使用灵活，通用性强。

下面结合附图进一步说明本实用新型的技术内容并例举最佳实施例：

图1是本实用新型的整体结构示意方框图。

图2是本实用新型的电路工作原理示意图。

如图1所示，本实用新型的充电器主要包括太阳能电池1、第一级升压电路2、第二级升压电路3、充电控制器4、蓄电池或用电器5 五个部分。其中太阳能电池1输出电压范围为0.8～5V，第一级升压电路2主要是将太阳能提供的电压提升并稳定在5V输出，以次作为第二级电路3的基准电压。第一级升压电路2在0.8V输入的情况下也能正常工作，并能很好地驱动第二级升压电路3工作，使整个系统具有很好的低压工作特性，增强了系统对太阳能电池光电转换的抗干扰性。第二级升压电路3，则将太阳能电池提供的0.8～5伏电压提升到12伏并稳定地输出，为充电控制器4供电。充电控制器4可以同时给1～6节镍氢/镍镉电池或1～2节锂离子电池充电，通过开关来选择电池的数量和电池的类型。本充电器是采用限压恒流对充电电池进行充电控制，通过限制充电电压，保护特别是锂离子这样的充电电池(电压稳定精度可达到±0.5％)。电路在充电过程中，随着电池电压的逐渐升高，充电电流将逐渐减小。当电池电压接近充电器所限制的浮充电压时，充电电流只有十几毫安，它能够及时补充电池的自放电损耗而又不使电池出现过充的现象。因此即使充电器对电池进行长时间的充电，也不会损坏电池。充电器还设置了最大充电电流，即使出现短路也不会损坏蓄电池。因为该充电器是用限压的方法对电池进行充电的，所以它的输出具有很好的稳压特性。而且输出电压和电池组的电压相同，因而也可以直接将充电器的输出作为电源给用电器供电，或者边充电边给用电器供电。使用起来非常方便灵活。

如图2所示，本实用新型的充电器主要包括第一级升压电路2、第二级升压电路3和充电控制器4三个部分。第一级升压电路2中的J1为太阳能电池输出接口，充电控制器4中的J2为系统输出接蓄电池或用电器的接口。

第一级升压电路2中的U1是采用升压DC-DC集成电路芯片MAX856。该芯片可以在输入电压为0.8V至5V变化时，稳定地输出5V电压，输出电流最大可达到90mA，足以给第二级的芯片U2供电。利用芯片开关功能U1脚8输出脉冲接储能元件电感L1，能量在L1上存储并反馈到U1脚5改变脉冲的频率。U1脚8输出经逆流二极管D1与U2的脚2相连，C1为旁路电容，电容C2和C4起滤波的作用。

第二级升压电路3中的U2是采用升压DC-DC集成电路芯片MAX1771，它能将电压最高升高到12V。其基本工作原理和第一级一样，开关场效应管Q1的栅极与U2的脚1连接，Q1的漏极与储能元件电感L2相连。电路的输出电压大小是由R1、R2或者R1、R3确定的，可调节输出电压在5V至12V范围内变化。具体可根据电路中要充电的电池数量及电压大小来确定输出电压的大小。输出电压经过逆流二极管D2与充电控制器U3的引脚1相连。电容C5是滤波电容，它能滤去杂波，使输出电压更平滑。

第三部分充电控制器是采用充电控制芯片MAX846A，即图中的U3是一种通用型充电控制集成电路芯片。该芯片可以给镍镉、镍氢、锂离子等多种电池充电，。K1、K3、K4为单刀三掷开关，K2为双刀双掷开关，U3脚6接开关K1的活动头，用来选择充电电池的类型，K1的两个固定头2、3分别连接K3和K4活动头，分别用来调节镍氢和镍镉电池的数量的。调节K3和K4上的电阻R7～R18可以设置不同的输出电压，以适应不同类型和数量的蓄电池。U3脚10连接开关K2的一个活动头1，用来选择锂离子电池的数量。U3的脚3、5分别接补偿电容C8、C9，U3脚2上的电容C10为旁路电容。U3脚7连接电阻R6来设定充电电流。Q2为P沟道型场效应管，其栅极与U3脚16连接。充电控制器的输出经过二极管D3和滤波电容C7后与充电负载蓄电池相连，给蓄电池充电。D4为充电控制器的充电指示灯，R19限流电阻，保护充电指示灯以免电流过大烧坏指示灯。最佳实施例：见图2，设定充电器功率为6W，最大输出12伏，开关K1可以选择给锂离子、镍氢或是镍镉电池充电。当选锂离子电池时，用K2来选择充电池数量，可以选择1节或2节。选1节时输出电压稳定在4.1V±0.5％，选2节时输出电压稳定在8.2V±0.5％；当选镍氢或是镍镉电池时，用K3或是K4来选择充电池的数量，它们都可以选择1、2或3三种(此时K2接在1上)。如果把K2接在2上时，表示K3、K4所选电池数量乘以2。例如，图2中K1、K2、K3投向的位置表示给镍氢电池充电，K1活动头投向镍氢电池，K3接在3上，K2接在2上，即3^*2给6节镍氢电池充电。

Claims

1、一种太阳能充电器，包括外部安装的太阳能电池阵列，内部有直流升压电路部分，充电控制器及多种接口，其特征在于所说直流升压采用两级直流DC-DC升压电路，将太阳能电池1接口J1输入的低电压经第一级升压电路2的集成电路升压芯片U1提升电压，输出稳定的5伏；第二级升压电路3采用启动电压较高，功率较大的集成电路升压芯片U2，将电压提升，输出稳定的12伏电压；由充电控制芯片U3、接口J2和选择开关K构成一个恒功率输出电压可调的充电控制电路4，控制多种类型负载进行可控充电。

2、根据权利要求1所述一种太阳能充电器，其特征在于所说的升压电路还包括第一级升压电路2：主要由U1集成电路升压芯片MAX856和储能元件L1、逆流二极管D1构成，该芯片将输入电压0.8提升到5伏，U1脚8输出脉冲接储能元件电感L1，能量储存在L1上并反馈到U1脚5，U1脚8接逆流二极管D1及U2脚2相连；

第二级升压电路3：主要由U2集成电路芯片MAX1771、储能元件L2、场效应管Q1和逆流二极管D2构成，U2将第一级5伏电压提至12V，由开关场效应管Q1栅极输出电压到U2脚1，Q1的漏极与储能元件电感L2相连，U2电路的输出电压大小由R1、R2和R1、R3来调节输出电压；

所说的充电控制器4：主要由U3充电控制芯片MAX846A、二极管D3、开关K、接口J2构成，输入电压到充电控制器U3脚1，由接口J2输出可控充电电压。

3、根据权利要求2所述的一种太阳能充电器，其特征在于所说充电控制器的开关K包括K1、K3、K4为单刀三掷开关，K2为双刀双掷开关，U3脚6接开关K1的活动头，K1的两个固定头2、3分别连接K3和K4的活动头上，均以选择充电池的种类和数量。

4、根据权利要求2所述的一种太阳能充电器，其特征在于所说充电控制器，开关K3的固定头1、2、3分别接电阻R7+R8、R9+R10、R11+R12，K4的固定头1、2、3、分别接电阻R13+R14、R15+R16、R17+R18，转换输出电压。

5、根据权利要求2所述的一种太阳能充电器，其特征在于所说充电控制器U3脚10接双刀双掷开关K2的一个活动头1，以选择锂离子电池充电及数量，另一个活动头接地。

6、根据权利要求2所述的一种太阳能充电器，其特征在于所说充电控制器U3脚3、5分别接补偿电容C8、C9，U3脚2上的电容C10为旁路电容，U3脚7接电阻R6。

7、根据权利要求2所述的一种太阳能充电器，其特征在于所说充电控制器中Q2为P沟道型场效应管，分压电阻R4和C6并联在源极和栅极上，与U3脚16连接，Q2漏极接二极管D3输出电压通过电容C7滤波，经输出接口J2与外部充电负载连接。

8、根据权利要求2或3所述的一种太阳能充电器，其特征在于所说充电控制器中开关K1活动头接镍氢电池上，K3活动头接在2上时，给6节镍氢电池充电。