CN2938523Y - 太阳能充电器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开的太阳能充电器包括太阳能电池、蓄电池、功率控制器件及基极电压控制电路，太阳能电池的正极连接功率控制器件的集电极，功率器件的发射极与蓄电池的正极连接，基极电压控制电路的控制端与功率控制器件的基极连接，所述功率控制器件为达林顿三极管，所述基极电压控制电路为具有较高电压的基极电压控制电路，从而实现在既减少因功率控制器件未处于饱和状态而引起的额外功率损耗的同时，又实现了蓄电池过冲保护。

Description

太阳能充电器
技术领域
本实用新型涉及充电器，尤其涉及太阳能充电器。
背景技术
在许多监测系统中，监测台站均建设在野外无人值守的环境中，为了保证台站仪器设备的连续可靠运行；多采用太阳能供电系统，即以太阳能电池为蓄电池充电，再通过电源控制器为设备提供需要的各种类型电力。
监测系统中太阳能充电的特点是：有日照时太阳能电池对蓄电池充电并为系统供电，无日照时蓄电池放电为设备供电，在连续阴天日照不足时蓄电池容量应保证所有设备连续供电若干天以上。因此，在资源有限的条件下，在满足蓄电池充放电控制的同时，提高充电效率，减少无功损耗是地震台站太阳能充电系统设计时必须考虑的重要问题。
同时，由于供电电源的波动可能对监测系统产生明显的影响。而在太阳能充电过程中，电池实际上是充电器的一个负载，这个负载有别于常见的阻性负载、容性负载或感性负载，而是一个时变、非定常、动态负载，在实例中，地震台站蓄电池电压变化幅度可能超过1V。
典型的蓄电池充电模式为″恒流″(充电电流恒定，电压逐渐升高)→″恒压″(电压恒定，充电电流逐渐减小)→″浮充″(低电压、低电流)。要求具有充电速度快、充电还原效率高、可超长时间充电，无过充危险、蓄电池使用寿命长等特性。
最简单的防过充电控制采用大电流继电器开关即可，即在蓄电池电压充电达到额定值后，以继电器开关断开太阳能充电回路。但这样会缺少蓄电池浮充电环节，对保持蓄电池的理想充放电性能不利，同时可能导致太阳能的浪费，效率下降。实例试验证明，利用二位开关控制太阳能充电过程会产生几百秒周期的电压波动，对系统产生明显的影响。
采用各种现代电子功率器件构成的太阳能充电回路，可以实现非常理想的充放电特性。图3所示为传统太阳能充电器的电路图，该电路中，以一个NPN型三极管作为功率器件，额定充电电压由稳压二极管决定，功率器件NPN型三极管的基极电压决定了其E极蓄电池充电电压。设器件均为理想参数，而太阳能电池在大电流输出时的特性与恒流源相当。当太阳能电池电压高于额定充电电压时，蓄电池充电电压由稳压二极管端电压决定，此时相当于蓄电池处于充满状态；当太阳能电池电压低于额定充电电压时，蓄电池充电电压与太阳能电池电压相当，此时相当于太阳能电压因日照不足，或蓄电池因放电造成的电压过低而正在为蓄电池大电流充电。
根据上述过程分析，在上述电路中，当处于大电流充电状态时，功率器件的C点与B点电压相等，即CE间电压等于BE间电压。而根据功率器件的特性曲线分析，对应大电流充电的CE间压降高于理想饱和压降的状态，导致了额外的功率损耗。
在这一类型的功率充电控制系统中，其功率器件的无功损耗可能达到几十瓦甚至上百瓦，不仅影响充电效率的提高，而且需要配套散热装置，直接影响地震监测系统连续运行的可靠性。为了进一步提高充电效率，必须探索降低功率器件损耗的实现途径。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可以减少充电过程无功损耗，提高太阳能充电系统效率的太阳能充电器。
为实现上述目的，本实用新型提供的太阳能充电器包括太阳能电池、蓄电池及功率控制器件，其特征在于：还包括基极电压控制电路，太阳能电池的正极连接功率控制器件的集电极，功率器件的发射极与蓄电池的正极连接，基极电压控制电路的控制端与功率控制器件的基极连接，所述功率控制器件为达林顿三极管，所述基极电压控制电路为一片升/降开关电源芯片及若干电阻、若干电容、若干电感和若干二极管组成的电路。
为实现上述目的，本实用新型提供另一太阳能充电器，该太阳能充电器包括太阳能电池、蓄电池及功率控制器件，其特征在于：还包括基极电压控制电路，太阳能电池的正极连接功率控制器件的集电极，功率器件的发射极与蓄电池的正极连接，基极电压控制电路的控制端与功率控制器件的基极连接，所述功率控制器件为达林顿三极管，所述基极电压控制电路为线性降压型三端稳压电源、隔离稳压电源、电位器及电阻组成的电路。
如上所述，本实用新型采用具有较高电压的基极电压控制电路为功率控制器件的基极(B极)提供控制电压，从而减少因功率控制器件未处于饱和状态而引起的额外功率损耗。
附图说明
图1为本实用新型的第一实施例的电路原理图；
图2为本实用新型的第二实施例的电路原理图；
图3为现有太阳能充电器的电路原理图。
具体实施方式
首先，对传统的太阳能充电电路进行分析，传统的太阳能充电电路是采用类似于射极跟随器的电路，由于基极B与发射极E之间的PN结正向压降特性，无功损耗主要来源于功率控制器件，而功率器件的损耗取决于其两端的压降与充电电流的乘积，在充电电流不变的情况下，发射极电压(蓄电池实际充电电压)取决于基极的控制电压。集电极C与发射极E之间的压降则取决于电源、负载的特性。在CE间达到饱和压降时，该器件有最低的损耗。
所以，针对太阳能充电的过程的特点，针对功率器件的特性，采取降低功率器件的压降的技术措施，即可实现降低充电装置无功损耗的目标。
为了减少因功率控制器件未处于饱和状态而引起的额外功率损耗，本实用新型采用的方案是：采用具有较高电压的基极电压控制电路为功率控制器件的基极(B极)提供控制电压。
根据太阳能充电过程的特点，该基极电压控制电路应当满足以下条件：
(1)当太阳能电池的电压高于蓄电池的电压时，其输出电压应稳定且高于额定蓄电池电压与功率器件CE间压降之和。
(2)当太阳能电池的电压低于蓄电池电压时，其输出电压应高于当时蓄电池电压与功率器件CE间压降之和，理想的状态是输出电压与B极电位差维持基本稳定，以提供稳定的基极驱动电流。
根据上述构思，本实用新型提供了太阳能充电器的第一实施例。如图1所示，该第一实施例揭露的充电器包括：太阳能电池、蓄电池、功率控制器件及基极电压控制电路，太阳能电池的正极连接功率控制器件的集电极，功率器件的发射极与蓄电池的正极连接，基极电压控制电路的控制端与功率控制器件的基极连接，所述功率控制器件为达林顿三极管，所述基极电压控制电路包括一片升/降开关电源芯片及若干电阻、若干电容、若干电感和若干二极管。本实施例中，升/降开关电源芯片为LT1513型芯片，该芯片具有管脚Vin、管脚S/S、管脚GND、管脚TAB、管脚VC、管脚IFB、管脚Vfb及管脚Vsw。其中，太阳能电池的正极经二极管1与管脚Vin连接，管脚Vin与管脚S/S连接电容1后接地，管脚GND及管脚TAB接地，管脚VC连接电阻3及电容2后接地，管脚IFB连接滤波电容3、滤波电容4及滤波电阻2，管脚Vfb连接变阻器5，管脚Vsw连接电容5、二极管2及电阻4后与达林顿三极管的B基(基极)连接，电容5与二极管2的接电节点连接电感A及电阻1后接地，管脚Vsw与管脚Vin间连接电感B，电感A和电感B耦合，构成采样电路，电阻1为采样电阻，太阳能电池的正极还连接达林顿三极管的C极(集电极)，达林顿三极管的E极(发射极)连接蓄电池的正极。
第一实施例以一片升/降开关电源芯片形成可高于输入电压的控制信号，控制功率器件-达林顿三极管的B极电压，可实现使达林顿三极管在充电时始终处于过饱和状态的要求，当蓄电池充电达到额定充电电压时，因达林顿管的基极截至而自动停止充电。
根据上述同一构思，本实用新型提供了太阳能充电器的第二实施例。如图2所示，该第二实施例揭露的充电器包括：太阳能电池、蓄电池、功率控制器件及基极电压控制电路，太阳能电池的正极连接功率控制器件的集电极，功率器件的发射极与蓄电池的正极连接，基极电压控制电路的控制端与功率控制器件的基极连接，所述功率控制器件为达林顿三极管，所述基极电压控制电路包括线性降压型三端稳压电源、隔离稳压电源、电位器及电阻。本第二实施例中，所述三端稳压电源为LD1086V型电源芯片，隔离电源为DCP011205B型芯片，DCP011205B型芯片的管脚Vin与太阳能电池的正极连接，并与LD1086V型电源芯片的管脚Vout连接，DCP011205B型芯片的管脚GND与太阳能电池的负极连接，LD1086V型电源芯片的管脚Vin与DCP011205B型芯片的管脚GND连接，LD1086V型电源芯片的管脚ADJ串联电位器后与太阳能电池的负极连接，DCP011205B型芯片的管脚Vout串联一电阻后与达林顿三极管的B基连接，达林顿三极管的C极与太阳能电池的正极连接，E极与蓄电池的正极连接，蓄电池的负极与太阳能电池的负极连接。
第二实施例是选用线性降压型三端稳压电源，再串联叠加一隔离稳压电源的输出，形成高于输入电源(太阳能)电压的控制信号源。在输入电压较高时，该线性稳压电源可调节输出稳定的电压；当输入电压较低时，该线性稳压电源得输出电压与输入电压形成基本固定的电压差，形成“跟随”的特性。该电路的特点是：在保证达林顿三极管在充电时始终处于过饱和状态的同时，其基极B的控制电压基本维持不变，可以获得基本稳定的B极控制特性。
如上所述，本实用新型采用具有较高电压的基极电压控制电路为功率控制器件的基极(B极)提供控制电压，从而减少因功率控制器件未处于饱和状态而引起的额外功率损耗。

Claims (8)

1.一种太阳能充电器，包括太阳能电池、蓄电池及功率控制器件，其特征在于：还包括基极电压控制电路，太阳能电池的正极连接功率控制器件的集电极，功率器件的发射极与蓄电池的正极连接，基极电压控制电路的控制端与功率控制器件的基极连接，所述功率控制器件为达林顿三极管，所述基极电压控制电路为一片升/降开关电源芯片及若干电阻、若干电容、若干电感和若干二极管组成的电路。
2.如权利要求1所述的太阳能充电器，其特征在于：所述升/降开关电源芯片为LT1513型芯片。
3.如权利要求2所述的太阳能充电器，其特征在于：太阳能电池的正极经二极管1与LT1513型芯片的管脚Vin连接，LT1513型芯片的管脚Vin与管脚S/S连接电容1后接地，管脚GND及管脚TAB接地，管脚VC连接电阻3及电容2后接地，管脚IFB连接滤波电容3、滤波电容4及滤波电阻2，管脚Vfb连接变阻器5，管脚Vsw连接电容
5、二极管2及电阻4后与达林顿三极管的B基连接，电容5与二极管2的接电节点连接电感A及电阻1后接电，管脚Vsw与管脚Vin间连接电感B，电感A和电感B耦合，构成采样电路，电阻1为采样电阻，太阳能电池的正极还连接达林顿三极管的C极，达林顿三极管的E极连接蓄电池的正极。
4.一种太阳能充电器，包括太阳能电池、蓄电池及功率控制器件，其特征在于：还包括基极电压控制电路，太阳能电池的正极连接功率控制器件的集电极，功率器件的发射极与蓄电池的正极连接，基极电压控制电路的控制端与功率控制器件的基极连接，所述功率控制器件为达林顿三极管，所述基极电压控制电路为线性降压型三端稳压电源、隔离稳压电源、电位器及电阻组成的电路。
5.如权利要求4所述的太阳能充电器，其特征在于：所述三端稳压电源为LD1086V型电源芯片。
6.如权利要求4或5所述的太阳能充电器，其特征在于：所述隔离电源为DCP011205B型芯片。
7.如权利要求6所述的太阳能充电器，其特征在于：DCP011205B型芯片的管脚Vin与太阳能电池的正极连接，并与LD1086V型电源芯片的管脚Vout连接，DCP011205B型芯片的管脚GND与太阳能电池的负极连接，LD1086V型电源芯片的管脚Vin与DCP011205B型芯片的管脚GND连接，LD1086V型电源芯片的管脚ADJ串联电位器后与太阳能电池的负极连接，DCP011205B型芯片的管脚Vout串联电阻后与达林顿三极管的B基连接，达林顿三极管的C极与太阳能电池的正极连接，E极与蓄电池的正极连接，蓄电池的负极与太阳能电池的负极连接。
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