專利名稱：太陽能供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能供電裝置，具體的將是具體有儲能結(jié)構(gòu)的太陽能供電裝置。
背景技術(shù)：
目前，大多數(shù)太陽能供電裝置中都采用電池作為儲能元件，由于電池充電時對電壓/電流要求高，因此其電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，部分電路甚至需要用微處理器來控制電路工作，因而其電路本身就消耗了相當(dāng)部分的能量，對能量利用率和充電的效率都有一定的影響。此外，有些充電電路已采用了新型的法拉電容(也稱黃金電容，超級電容，雙電層電容)，利用了其兼有電容的大電流快速充電特性，同時又有電池的儲能性，串聯(lián)等效電阻低， 使用壽命長，充電電壓寬等特點。在太陽能供電裝置中電路中采用直接對法拉電容充電時， 由于法拉電容通常容量較大，太陽能電池提供的充電電流有限等原因，使得法拉電容從最低儲能電壓充電至能夠滿足后端負載電路最低工作電壓的時間很長，在充電初始的很長一段時間內(nèi)，后端負載電路均不能啟動工作。同時，當(dāng)法拉電容電壓降至后端負載電路最低工作電壓以下后需要重新充電，也需要很長的充電時間，因此限制了后端電路的應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容針對上述情況，本實用新型提供了一種太陽能供電裝置，能夠?qū)^小的電流進行采集和存儲，并可實現(xiàn)既能快速為后端電路提供驅(qū)動電流，又能夠為后端電路長時間正常供電。本實用新型的太陽能供電裝置的基本結(jié)構(gòu)，是在太陽能的光電轉(zhuǎn)換單元與電能輸出端之間設(shè)置有儲能單元，該儲能單元為并聯(lián)狀態(tài)的第一儲能單元和第二儲能單元，且第二儲能單元的儲能容量大于第一單元。在第二儲能單元所在的并聯(lián)電路中，在第二儲能單元之前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)及受其控制的第一開關(guān)單元控制該充電電路的通斷，只有當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧妮敵鲭妷焊哂谠摰谝浑妷嚎刂平Y(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值時，該第一電壓控制結(jié)構(gòu)才導(dǎo)通第一開關(guān)單元，對第二儲能單元進行充電。本實用新型上述裝置的基本工作過程和原理，是由太陽能光電轉(zhuǎn)換單元的輸出電流先對儲能容量較小第一儲能單元充電，使其能被快速充電可滿足后端電路最低工作電壓的輸出電壓，并開始為后端電路供電。而在與第一儲能單元并聯(lián)的第二儲能單元電路中，由于第一儲能單元的輸出電壓尚未達到第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值，因此第二儲能單元的電路處于截止?fàn)顟B(tài)。只有當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧妮敵鲭妷哼_到(等于或高于)第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值，該第一電壓控制結(jié)構(gòu)才導(dǎo)通第一開關(guān)單元，開始對第二儲能單元充電，直到第一儲能單元因持續(xù)供電使輸出的電壓低于后端電路的工作電壓及第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值時，太陽能光電轉(zhuǎn)換單元的輸出電流才停止對第二儲能單元充電，并重新開始對第一儲能單元充電，使其能快速實現(xiàn)重新向后端輸出供電，如此反復(fù)。當(dāng)該大儲能容量的第二儲能單元存儲到足以滿足提供輸出的電能后，后端電路在開始由第二儲能單元向后端進行長時間持續(xù)供電。在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，可選擇的一種改進是，所說的太陽能光電轉(zhuǎn)換單元可以采用為并聯(lián)狀態(tài)的兩組或更多組，以增加光電轉(zhuǎn)換量，滿足能夠更快速地為第一儲能單元和第二儲能單元充電，縮短充電時間的使用需要。另一種可選擇的改進方案，是所說的第二儲能單元可以采用為并聯(lián)的至少兩組電容結(jié)構(gòu)，以增大電能的存儲容量，滿足能夠為后端電路提供更長久供電的需要。實驗表明，本實用新型上述太陽能供電裝置中，除特殊的目的或需要外，所說的第一儲能單元采用為至少一個容量彡330uF的鉭電容結(jié)構(gòu)，如AVX公司生產(chǎn)的TAJ系列鉭電容，型號如 TAJC337*006#NJ、TAJD337*006#NJ、TAJD4777*006#NJ 等；第二儲能單元采用為至少一個容量彡0. IF的法拉電容結(jié)構(gòu)，如Panasonic公司生產(chǎn)的SD系列法拉電容及SG系列法拉電容，型號如EECS0HD 104 (H)、EECS5R5 (H) 474，也可以是Shoei公司生產(chǎn)的PAS614L 型號的PAS法拉電容。采用所述容量和型號的電容結(jié)構(gòu)能夠滿足通常情況下的使用需要。上述結(jié)構(gòu)中，所說第二儲能單元所在的并聯(lián)電路中的開關(guān)單元，優(yōu)選采用為 MOSFET (場效應(yīng)管)、PNP型三極管或NPN型三極管，如Fairchild半導(dǎo)體公司PowerTrench 工藝的低柵壓P溝道MOSFET等，其具有開啟電壓低(1. 8V)，導(dǎo)通電阻小，開關(guān)速度快等特點，能夠有效的減小電路的功耗。MOS管是目前常用的一種導(dǎo)通控制結(jié)構(gòu)，P溝道MOS管具有低電平導(dǎo)通特性，能夠更方便的實現(xiàn)電路功能。所說的用于控制其通/斷的第一電壓控制結(jié)構(gòu)，可以選擇目前已有報道和/使用的intersi 1公司生產(chǎn)的超低功耗復(fù)位芯片ISL88003 系列，或MAXMIN的超低功耗復(fù)位芯片系列產(chǎn)品等。這類芯片具有可以選擇多種不同復(fù)位電平的特點，可以適應(yīng)和滿足不同情況的使用需要。在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的進一步優(yōu)選方式，是還可以在所說的第一儲能單元和第二儲能單元與其前端的太陽能的光電轉(zhuǎn)換單元之間，分別各連接有由前端整流結(jié)構(gòu)構(gòu)成的相應(yīng)整流單元，和/或在第一儲能單元與第二儲能單元的電能輸出端分別經(jīng)各自連接的由后端整流結(jié)構(gòu)構(gòu)成的相應(yīng)整流單元將電能輸出。從而可以進一步實現(xiàn)和保證在無光照時，使電路中法拉電容的電荷只供給后端電路使用，而在本實用新型上述結(jié)構(gòu)的電路上沒有任何消耗。所說的前端整流結(jié)構(gòu)和后端整流結(jié)構(gòu)均可以采用常用的二極管型元器件，或者是能具有同樣功能的結(jié)構(gòu)或電路。進一步，使本實用新型上述裝置中所說的第一儲能單元與第二儲能單元分別進行電流輸出，還可以有利于一些輔助電路/結(jié)構(gòu)的設(shè)置。例如，在該第一儲能單元的輸出端， 可以增加設(shè)置有過充保護單元，以保護第一儲能單元，避免因過充造成的損害。該過充保護單元通常以采用一接地電路最為簡便。例如，可以采用由設(shè)置有由第二電壓控制結(jié)構(gòu)控制通斷的第二開關(guān)單元，當(dāng)對第一儲能單元的充電電壓高于該第二電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值時，第二電壓控制結(jié)構(gòu)即可使受其控制的第二開關(guān)單元對地導(dǎo)通，將過大的充電電流分流接地，確保第一儲能單元的安全。所說的該第二開關(guān)單元，可以選擇如MOSFET (場效應(yīng)管)、 PNP型三極管或NPN型三極管，如infineon公司生產(chǎn)的型號為BSS138N的N溝道MOSFET 等。所述用于控制該開關(guān)單元通斷的第二電壓控制結(jié)構(gòu)，可以選擇目前已有報道和/使用的控制裝置，如包含ON Semiconductor公司生產(chǎn)的超低功耗電壓檢測芯片NCP303系列產(chǎn)品的控制裝置。本實用新型的太陽能供電裝置，在能對較小的太陽能光電轉(zhuǎn)換電流進行采集和存儲的基礎(chǔ)上，既能滿足快速為后端電路提供所需的供電電壓/電流，明顯縮短對后端電路供電的等待時間，使后端電路能夠快速開始工作的目的，同時又能夠?qū)崿F(xiàn)為后端電路提供長時間的正常供電。
以下結(jié)合附圖所示實施例的具體實施方式
，對本實用新型的上述內(nèi)容再作進一步的詳細說明。但不應(yīng)將此理解為本實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本實用新型上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本實用新型的范圍內(nèi)。

圖1是本實用新型太陽能供電裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型太陽能供電裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型太陽能供電裝置的又一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例1如圖1所示的本實用新型太陽能供電裝置，在太陽能的光電轉(zhuǎn)換單元Jl與電能輸出端之間設(shè)置有由并聯(lián)狀態(tài)的第一儲能單元Cl和第二儲能單元C2組成的儲能單元，其中第一儲能單元Cl為330uF的鉭電容結(jié)構(gòu)，第二儲能單元C2為0. IF的法拉電容結(jié)構(gòu)。在第一儲能單元Cl和第二儲能單元C2與其前端的太陽能的光電轉(zhuǎn)換單元Jl之間，分別各連接有由二極管形式的前端整流結(jié)構(gòu)Dl構(gòu)成的整流單元，同時在第一儲能單元Cl和第二儲能單元C2的電能輸出端，也分別經(jīng)各自連接的由二極管形式的后端整流結(jié)構(gòu)D2構(gòu)成的相應(yīng)整流單元將電能輸出，以保證在沒有光照時，電路中法拉電容的電荷只供給后端電路使用， 在本電路上沒有任何消耗。在第二儲能單元C2所在的并聯(lián)電路中，在該第二儲能單元C2 之前，還設(shè)有由intersil公司生產(chǎn)的的超低功耗復(fù)位芯片ISL88003系列(或MAXMIN的超低功耗復(fù)位芯片系列)等第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul及受其控制的開關(guān)單元Q1，控制該充電電路的通斷。其中開關(guān)單元Ql可以選擇如FAIRCHILD公司生產(chǎn)的FDN304P或infineon生產(chǎn)的 BSS138N的P溝道MOSFET等。只有當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧狢l的輸出電壓VCC等于或高于該第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的設(shè)定閾值(可根據(jù)不同使用需要設(shè)定)時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul才導(dǎo)通該第一開關(guān)單元Ql，開始對第二儲能單元C2充電。本實用新型的太陽能供電裝置在初始狀態(tài)沒有儲能時，由光電轉(zhuǎn)換單元Jl提供的電流為第一儲能單元Cl快速充電，且在其正端電壓低于第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的設(shè)定閾值的復(fù)位電壓時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的RESET管腳輸出與輸出電壓VCC的管腳相同的電壓，從而使開關(guān)單元Ql處于截止?fàn)顟B(tài)，第二儲能單元C2不被充電。由于第一儲能單元Cl 容量相對較小，因此能夠?qū)崿F(xiàn)在短時間內(nèi)迅速將第一儲能單元Cl的電壓充電后端電路最低工作電壓(VCC)以上，開始為后端電路供電。當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧狢l的電壓充電Ul設(shè)定閾值的復(fù)位電壓后，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul 的RESET管腳輸出低電平，從而使開關(guān)單元Ql導(dǎo)通，此時由太陽能光電轉(zhuǎn)換單元Jl提供的電流改由通過開關(guān)單元Ql向第二儲能單元C2充電。由于第二儲能單元C2容量較大，其充電電壓上升緩慢，但此時第一儲能單元Cl電壓已經(jīng)能夠保證后端電路正常工作，不會影響到后端電路的正常工作。當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧狢l持續(xù)供電后使其供電電壓降至第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的復(fù)位電壓以下時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的RESET管腳重新將開關(guān)單元Ql截止，停止對第二儲能單元C2充電，并重新恢復(fù)對第一儲能單元Cl充電。當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧狢l的電壓重新回到第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的復(fù)位電壓以上后，開關(guān)單元Ql才再次導(dǎo)通，又開始對第二儲能單元C2 充電。如此往復(fù)，直到第二儲能單元C2充電至后端電路最低工作電壓(VCC)以上后，由第二儲能單元C2為后端電路提供長時間的供電。通過計算可知，設(shè)電路中第二儲能單元C2的容值為C，其最大充電電壓為Umax，由于法拉電容放電不完全存在最低工作電壓Umin，則其能夠存儲的能量為，法拉電容所存儲的電荷為，即，所以，其能夠提供能量的安時數(shù)η為。如果充電電流為Iin，則法拉電容充電時間為，即。第二儲能單元C2的選擇可根據(jù)后端電路所需提供的能量來確定，假如后端電路最低工作電壓為3. 3V，選擇IF容量的電容，后端電路的最低工作電壓為2V。如太陽能的光電轉(zhuǎn)換單元Jl能夠持續(xù)提供20uA電流，則后端電路開始工作的時間為
權(quán)利要求1.太陽能供電裝置，在太陽能的光電轉(zhuǎn)換單元(JI)與電能輸出端之間設(shè)置有儲能單元，其特征是所說的儲能單元為并聯(lián)狀態(tài)的第一儲能單元(Cl)和第二儲能單元(C2)，且第二儲能單元(C2)的儲能容量大于第一單元(Cl)，在第二儲能單元(C2)所在的并聯(lián)電路中， 在該第二儲能單元(C2)之前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)(Ul)及受其控制的第一開關(guān)單元 (Ql)控制該充電電路的通斷，只當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧?Cl)的輸出電壓(VCC)高于該第一電壓控制結(jié)構(gòu)(Ul)的設(shè)定閾值時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)(Ul)導(dǎo)通第一開關(guān)單元(Ql)對第二儲能單元(C2)充電。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能供電裝置，其特征是所說的光電轉(zhuǎn)換單元(Jl)為并聯(lián)狀態(tài)的至少兩組。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能供電裝置，其特征是所說的第二儲能單元(C2)為并聯(lián)的至少兩組電容型結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的太陽能供電裝置，其特征是所說的第一儲能單元(Cl) 為至少一個容量彡330uF的鉭電容結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1至3之一所述的太陽能供電裝置，其特征是所說的第二儲能單元(C2) 為至少一個容量> 0. IF的法拉電容結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1至3之一所述的太陽能供電裝置，其特征是第二儲能單元(C2)所在的并聯(lián)電路中的開關(guān)單元(Ql)為MOSFET、PNP型三極管或NPN型三極管。
7.如權(quán)利要求1至3之一所述的太陽能供電裝置，其特征是在第一儲能單元(Cl)和第二儲能單元(C2)與其前端的太陽能的光電轉(zhuǎn)換單元(Jl)之間，分別各連接有由前端整流結(jié)構(gòu)(Dl)構(gòu)成的相應(yīng)整流單元。
8.如權(quán)利要求1至3之一所述的太陽能供電裝置，其特征是在所說的第一儲能單元 (Cl)與第二儲能單元(C2)的電能輸出端，分別經(jīng)各自連接的由后端整流結(jié)構(gòu)(D2)構(gòu)成的相應(yīng)整流單元將電能輸出。
9.如權(quán)利要求1至3之一所述的太陽能供電裝置，其特征是在所說的第一儲能單元 (Cl)的輸出端還設(shè)置有過充保護單元。
10.如權(quán)利要求9所述的太陽能供電裝置，其特征是在所說的過充保護單元為一接地電路，其中設(shè)置有由第二電壓控制結(jié)構(gòu)(U2)控制通斷的第二開關(guān)單元(Q2)，當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧?Cl)的輸出電壓高于該第二電壓控制結(jié)構(gòu)(U2)的設(shè)定閾值時，第二電壓控制結(jié)構(gòu)(U2) 使第二開關(guān)單元(Q2)對地導(dǎo)通，其中第二開關(guān)單元(Q2)可以為M0SFET、PNP型三極管或NPN 型三極管。
專利摘要太陽能供電裝置，在太陽能的光電轉(zhuǎn)換單元與電能輸出端之間設(shè)置有儲能單元。該儲能單元為并聯(lián)狀態(tài)的第一儲能單元和第二儲能單元，且第二儲能單元的儲能容量大于第一單元。在第二儲能單元所在的并聯(lián)電路中，在第二儲能單元之前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)及受其控制的第一開關(guān)單元控制該充電電路的通斷。只當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧妮敵鲭妷旱扔诨蚋哂谠摰谝浑妷嚎刂平Y(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)導(dǎo)通第一開關(guān)單元對第二儲能單元充電。本太陽能供電裝置在能對較小電流進行采集和存儲的基礎(chǔ)上，能夠快速為后端電路提供相應(yīng)的工作電流，明顯減少對后端電路供電的等待時間，并延長供電時間。
文檔編號H02N6/00GK202143007SQ20112027368
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者何江華, 徐立杰 申請人:成都英泰力科技有限公司