CN216929673U - 一种太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路。该充电电路由太阳能电池、超级电容、升压电路、阈值控制电路等部分组成。本实用新型使太阳能电池与超级电容相接，在低照度环境下太阳能电池产生的微弱电流存储集聚在超级电容中，待电压高于一定值时启动升压电路，以较大电流为用电器充电，实现阈值控制自动充电，有效防止了用电器亏电的情况。重复此过程，将较小的充电电流集聚后转换成大电流实现阈值控制充电。通过本实用新型，避免了在光照度较低时可能出现的充电电流小于用电器充电指示灯耗电、越充电越少的情况，提高了太阳能电池的使用效率，使其应用范围更加宽泛，以其较强的实用性为人们的生活提供了便利。

Description

一种太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路

技术领域

本实用新型涉及光伏充电技术领域，具体地说是一种太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路。

背景技术

太阳能光伏发电的输入能量稳定性较差，间歇性明显且受时间和外部环境的影响较大。使用太阳能电池进行光电转换并为充电宝、手机等电器进行充电时，当外界光照度较低时太阳能电池发电量较小，常无法进行正常充电，甚至出现充电电流小于用电器充电指示控制电路耗电，进而导致电量越充越少的情况发生，造成了能源上的浪费。因此使用太阳能进行发电时通常需要配备储能装置才可以工作。

传统的能量存储大都通过铅酸蓄电池来补偿太阳能光伏发电***中不稳定的输入能量。但蓄电池自身存在循环寿命较短的缺点，而且对充放电电流有着严格要求，进而对独立光伏***的大规模应用造成了限制。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路，以解决现有低照度情况下太阳能电池发电量较小而无法正常充电的问题。

本实用新型是这样实现的：一种太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路，包括超级电容、升压模块和阈值控制电路；太阳能电池的正极通过隔离二极管与超级电容的非接地端相接，太阳能电池的负极接地，隔离二极管的正极与太阳能电池的正极相接，隔离二极管的负极与超级电容的非接地端相接，超级电容用于对低照度下太阳能电池输出的电流进行存储集聚；阈值控制电路包括一个晶闸管和若干串联的二极管；若干串联的二极管串联后的正极通过一电阻与超级电容的非接地端相接，若干串联的二极管串联后的负极与晶闸管的控制极相接；晶闸管的阳极连接升压模块的接地端，晶闸管的阴极接地；超级电容的非接地端一方面通过第一滤波电容与升压模块的接地端相接，另一方面通过一电感与升压模块的外部电感连接端相接；升压模块的外部电感连接端与其输出端之间连接有第一稳压二极管（电压为5.1V）；第一稳压二极管的正极与升压模块的外部电感连接端相接，第一稳压二极管的负极与升压模块的输出端相接；升压模块的输出端与充电电池的正极相接，充电电池的负极接地；升压模块的输出端还通过一电阻与发光二极管的正极相接，发光二极管的负极接地。

优选的，所述升压模块为CE8301升压模块。

优选的，在所述超级电容的两端并联有第二稳压二极管（电压为5.1V）。

优选的，所述升压模块的输出端还通过第二滤波电容接地。

优选的，所述隔离二极管的型号为1N4007。

优选的，若干串联的二极管的数量为五个，且这五个二极管的型号均为1N4148。

优选的，所述晶闸管的型号为Bt169d。

本实用新型所提供的太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路，由太阳能电池、超级电容、升压电路、阈值控制电路等部分组成。在低照度下能够实现小电流集聚，达到一定阈值电量时启动升压电路。避免了在光照度较低时可能出现的充电电流小于用电器充电指示灯耗电、越充电越少的情况，提高了太阳能电池的使用效率，使其应用范围更加宽泛，以其较强的实用性为人们的生活提供了便利。

附图说明

图1是本实用新型的模块化结构图。

图2是本实用新型的具体电路结构图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所提供的太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路包括超级电容、升压电路以及阈值控制电路。太阳能电池通过隔离二极管与超级电容相接，超级电容又分别连接升压电路和阈值控制电路，升压电路与阈值控制电路也相接。升压电路还连接充电指示灯。

结合图2，太阳能电池通过隔离二极管D1（型号为1N4007）与超级电容C3（10 F）连接，太阳能电池的正极连接隔离二极管D1的正极，隔离二极管D1的负极与超级电容C3的一端（即非接地端）相连接，超级电容C3的另一端接地。太阳能电池的负极接地。低照度环境下太阳能电池产生的微弱电流集聚在超级电容C3中，使用隔离二极管D1来防止超级电容C3在低照度环境下通过太阳能电池放电。超级电容C3的两端并联一5.1V的第二稳压二极管D2，第二稳压二极管D2的正极接地，第二稳压二极管D2的负极与超级电容C3的非接地端相接。第二稳压二极管D2用于防止太阳能电池对超级电容C3过充，起到保护超级电容C3的作用。

升压电路具体是采用了型号为CE8301的升压模块U1，阈值控制电路包括五个串联的二极管以及一个晶闸管（型号具体为Bt169d）。升压模块U1具有三个端口，分别为输出端（Vout）、接地端（Vss）和外部电感连接端（LX）。升压模块U1的接地端通过晶闸管Bt169d接地，晶闸管Bt169d的阳极与升压模块U1的接地端相接，晶闸管Bt169d的阴极接地。超级电容C3的非接地端连接电阻R1（680 Ω）的一端，电阻R1的另一端串联五个二极管后与晶闸管Bt169d的控制极相接。五个串联的二极管依序分别为D3、D4、D5、D6和D7，且这五个二极管的型号均为1N4148。二极管D3的正极连接电阻R1，二极管D7的负极连接晶闸管Bt169d的控制极。电阻R1即为超级电容C3的等效串联内阻，电阻R1越小超级电容C3的放电效率越高，同时较低的串联内阻很好的避免了因为内阻过高带来的热量积累，防止了热量积累引起的电极材料活性减弱，这样就能够使超级电容C3得到较好的性能保障。

超级电容C3的非接地端一方面通过第一滤波电容C1（0.01 μF）与升压模块U1的接地端相接，另一方面通过储能电感L1（47 μH）与升压模块U1的外部电感连接端相接。升压模块U1的外部电感连接端通过第一稳压二极管D8（5.1 V）与其输出端相接，第一稳压二极管D8的正极连接升压模块U1的外部电感连接端，第一稳压二极管D8的负极连接升压模块U1的输出端。升压模块U1外部连接的储能电感L1和第一稳压二极管D8属于本领域的常规设置，此处不再过多赘述。升压模块U1的输出端还连接第二滤波电容C2（100 μF）的一端，第二滤波电容C2的另一端接地。升压模块U1的输出端还连接充电电池（5 V）的正极，充电电池的负极接地。电阻R2（起限流作用，1kΩ）和发光二极管（红色LED）串联，发光二极管的负极接地，发光二极管的正极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接升压模块U1的输出端。

超级电容C3提供升压模块U1的工作电压，当升压模块U1接地端的晶闸管被导通时，升压模块U1开始工作并输出5V电压，此时发光二极管点亮，输出的5V电压为充电电池提供充电电压，开始进行充电。当晶闸管内的电流小于保持其导通状态的维持电流时，晶闸管关断，发光二极管熄灭，充电结束。之后再由太阳能电池对超级电容C3进行充电，直至晶闸管再次被导通，重复上述过程，实现低照度环境下太阳能微弱电流集聚及阈值控制充电。

本实用新型中晶闸管在阈值控制电路中作为阈值控制开关。采用晶闸管来代替耗能较高的传统运放构成的迟滞比较器，改善了迟滞效应，降低了能耗，简化了电路布局，增加了设计的便携性。采用五支1N4148与晶闸管组成阈值控制电路，1N4148按照每支0.6V的导通电压计算，加上晶闸管的0.7V导通电压，电阻R1上的压降约为0.1V（按晶闸管控制极触发电流为0.2mA来计算，电阻R1上的压降为680Ω*0.2mA=0.136V），因此阈值控制电路的电压不低于3.8V，超级电容为5.1V、10F超级电容，采用5.1V第二稳压二极管D2进行电路保护。此控制电路作为电路开关来实现低照度环境下阈值控制充电。

太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路的数据实测及分析。

1）在室内60W白炽灯环境下对型号为DLP1130S的PHILIPS移动电源进行测试得出了六组数据，如表1所示。

注：I₁*为光电池提供给超级电容的充电电流；I₂**为超级电容提供给锂电池充电电流。

其中，1-6组数据是采用 60W白炽灯光源在分别距离太阳能电池5cm、7cm、9cm、11cm、13cm、15cm距离下测得。光照强度随着距离的增加而降低，超级电容充电用时增加，充电电池的充电时间在30s~60s之间。该电路能够实现低照度环境下对太阳能电池产生的微弱电流进行收集并将这部分微弱电流以较大电流提供给充电电池，可以较好的解决太阳能电池在低照度环境下越充越少的问题，克服了不常用电器充电电池因自放电导致的亏损问题，故所设计电路在室内60W白炽灯环境下符合要求。

2）室内自然光环境下对型号为DLP1130S的PHILIPS移动电源进行测试得出了三组数据，如表2所示。

注：I₁*为光电池提供给超级电容的充电电流；I₂**为超级电容提供给锂电池充电电流。

分别在上午10：00、10：30、11：00三个时间，在室内自然光环境下测得三组数据。

随时间变化至中午，光照强度的增加，超级电容充电用时缩短，充电电池的充电时间在30s~40s之间，室内自然环境下产生的小电流收集到超级电容中，当晶闸管导通后以较大电流提供给充电电池作为充电电流，可实现对充电电池进行阈值控制充电，达到防止电池亏损的目的。

3）在室外太阳光照环境下对型号为DLP1130S的PHILIPS移动电源进行测试得出了三组数据，如表3所示。

注：I₁*为光电池提供给超级电容的充电电流；I₂**为超级电容提供给锂电池充电电流。

在下午16：30、 17：00、 17：30三个时间，室外太阳光照环境下测得三组数据。随着时间推向傍晚，光照强度逐渐降低，超级电容充电用时增加，充电电池的充电时间在35s~45s之间。接近傍晚时在室外太阳光环境下，太阳能电池产生的微弱电流收集到超级电容中，当晶闸管导通时，再由超级电容以较大电流提供给充电电池。

太阳能电池具有环保、节能、无污染的特点，本实用新型使太阳能电池与超级电容相接，在低照度环境下太阳能电池产生的微弱电流存储集聚在超级电容中，待电压高于一定值时启动升压电路，以较大电流为用电器充电，实现阈值控制自动充电，有效防止了用电器亏电的情况。重复此过程，将较小的充电电流集聚后转换成大电流实现阈值控制充电。通过本实用新型，既节约了能源，同时也提高了太阳能电池的利用率。

Claims (7)

1.一种太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路，其特征是，包括超级电容、升压模块和阈值控制电路；太阳能电池的正极通过隔离二极管与超级电容的非接地端相接，太阳能电池的负极接地，隔离二极管的正极与太阳能电池的正极相接，隔离二极管的负极与超级电容的非接地端相接；阈值控制电路包括一个晶闸管和若干串联的二极管；若干串联的二极管的正极通过一电阻与超级电容的非接地端相接，若干串联的二极管的负极与晶闸管的控制极相接；晶闸管的阳极连接升压模块的接地端，晶闸管的阴极接地；超级电容的非接地端一方面通过第一滤波电容与升压模块的接地端相接，另一方面通过一电感与升压模块的外部电感连接端相接；升压模块的外部电感连接端与其输出端之间连接有第一稳压二极管，第一稳压二极管的正极与升压模块的外部电感连接端相接，第一稳压二极管的负极与升压模块的输出端相接；升压模块的输出端与充电电池的正极相接，充电电池的负极接地；升压模块的输出端还通过一限流电阻与发光二极管的正极相接，发光二极管的负极接地。

2.根据权利要求1所述的太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路，其特征是，所述升压模块为CE8301升压模块。

3.根据权利要求1所述的太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路，其特征是，在所述超级电容的两端并联有第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的正极接地，所述第二稳压二极管的负极与超级电容的非接地端相接。

4.根据权利要求1所述的太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路，其特征是，所述升压模块的输出端通过第二滤波电容接地。

5.根据权利要求1所述的太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路，其特征是，所述隔离二极管的型号为1N4007。

6.根据权利要求1所述的太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路，其特征是，若干串联的二极管的数量为五个，且这五个二极管的型号均为1N4148。

7.根据权利要求1所述的太阳能低照度发电电流集聚阈值控制充电电路，其特征是，所述晶闸管的型号为Bt169d。

Images