一种太阳能稳压电源的制作方法

本发明涉及太阳能电压稳定输出，特别是一种太阳能稳压电源。

背景技术：

智慧农业是农业生产的高级阶段，是集互联网、移动互联、 云计算和物联网技术为—体，通过农业生产现场的各种节点和无线通信网络实现农业生产环境的智能感知、智能预警、 智能决策、智能分析、专家在线指导，为农业生产提供精准化种植、可视化管理、智能化决策，因此，智慧农业成为了我国未来农业发展的基本战略。

Zigbee技术是简单易行、低成本实现智慧农业的解决方案，目前在我国农业物联网中被广泛使用。然而，Zigbee系统稳定、可靠运行，持续稳定的电源系统是前提条件。

当前，在农业生产现场的Zigbee系统中，供电方式有220V有线供电和太阳能供电二种方式。

220V有线供电虽然能提供稳定持续的电源，但成本高、安全性差，这种供电方式受到了一定制约和限制。

太阳能供电不需要布线，成本相对较低且安全，但受光照的影响较大，存在供电能力差、稳定性不足的缺点，特别是太阳能在温室内、受植物遮挡、南方长时间阴雨、雾霾等影响，其持续供电能力、稳定性更差，严重影响Zigbee系统的稳定运行。

即便是通过增大太阳能电池面积或增加储存电池的容量，能解决一部分问题，但成本会大幅度增加。

因此，如何在低成本、低照度条件下，实现太阳能供电系统的持续、稳定的供电，是当前农业生产现场Zigbee系统的太阳能供电急需解决的问题。

技术实现要素：

基于上述原因，本发明的基本思路是，利用太阳能电池将光能转换成电能，结合超级电容的超快速储存电能的特点，利用PT1301升压模块实现升压，提升后的电压为二路电路供电，一路是通过二极管组后形成稳定的电压直接向外输出，另一路是利用HM4205电池充放电模块向单节磷酸铁锂电池充电，把电能储存起来，也即是太阳能电池既可以直接向外供电，同时也可以向单节磷酸铁锂电池充电；无光照或太阳能电池发电量不足时，单节磷酸铁锂电池放电，利用TPS61200升压模块对单节磷酸铁锂电池的放电电压进行升压，并通过隔离二级管后实现稳定的电压向外输出，从而实现持续、稳定的对外供电。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种太阳能稳压电源，包括太阳能电池、DC/DC升压模组、二极管组、锂电池充放电保护与稳压模组、稳压直流输出端，其目的是最大程度利用太阳能进行发电，实现持续稳定地输出3.6V和3.4V直流稳压电源。

进一步地，所述DC/DC升压模组由超级电容组、PT1301升压模块和直流正5V输出端构成，其目的是利用超级电容组实现太阳能发电的快速存储、限压与稳压，并提升电压，使其输出稳定的直流正5V电。

进一步地，所述锂电池充放电保护与稳压模组是由HM4205电池充放电模块、单节磷酸铁锂电池、TPS61200升压模块、隔离二级管组成。

进一步地，所述二极管组由第一二极管、第二二极管串联而成，即第一二极管的阴极与第二二极管的阳极直接相连。

进一步地，所述超级电容组由第一超级电容和第二超级电容串联而成，即第一超级电容的负极与第二超级电容的正极相连。

进一步地，所述太阳能电池的正极与第一超级电容的正极、PT1301升压模块的VDD端脚相连，太阳能太阳能电池的负极与第二超级电容的负极、公共地端相连。

进一步地，所述HM4205电池充放电模块的IN端脚与直流正5V输出端、第一二极管的阳极直接相连，HM4205电池充放电模块的OUT端脚与TPS61200升压模块的IN端脚直接相连。

进一步地，所述单节磷酸铁锂电池的正极与HM4205电池充放电模块的BAT端脚相连，单节磷酸铁锂电池的负极与公共地相连，其目的是利用HM4205模块对单节磷酸铁锂电池进行充放电的有效管理，提高其充电效率和延长使用寿命。

进一步地，所述隔离二级管的阳极与TPS61200升压模块的VOUT端角相连，而隔离二级管的阴极与第二二极管的阴极、稳压直流输出端相连。

进一步地，所述二极管组与锂电池充放电保护与稳压模组并联，并联后的一端与DC/DC升压模组相连，并联后的另一端与稳压直流输出端相连，其目的是：

（1）DC/DC升压模组输出电流分为二路，一路经二极管组后，从稳压直流输出端输出3.6V稳定直流电压；另一路是经锂电池充放电保护与稳压模组后，为单节磷酸铁锂电池充电；即太阳能电池在直接对外稳压供电的同时，也可以向单节磷酸铁锂电池充电，将电能储存。

（2）HM4205电池充放电模块控制单节磷酸铁锂电池放电，经TPS61200升压模块升压，隔离二级管的减压，向外输出3.4V的稳定直流电压。

（3）稳压直流输出端输出电压是由光照强度决定的，当有光照并大于太阳能电池发电阈值时，太阳能发电输出，这时稳压直流输出端输出的电压为3.6V；当无光照或光照小于太阳能电池发电阈值时，太阳能不能发电，由单节磷酸铁锂电池放电，这时稳压直流输出端输出的电压为3.4V。

附图说明

图1是本发明的总体构成连接图。

图2是本发明的DC/DC升压模组构成连接图。

图3是本发明的锂电池充放电保护与稳压模组构成连接图。

图4是本发明的太阳能电池升压原理图。

图5是本发明的单节锂电池充放电及稳压输出原理图。

图中：

1－太阳能电池，2－DC/DC升压模组，3－二极管组，4－锂电池充放电保护与稳压模组，5－稳压直流输出端，201－超级电容组，202－PT1301升压模块，203－直流正5V输出端，401－HM4205电池充放电模块，402－单节磷酸铁锂电池，403－TPS61200升压模块，404－隔离二级管，C1－第一超级电容，C2－第二超级电容，D1－第一二极管，D2－第二二极管，GND－公共地。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做详细说明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求下限定和确定的本发明范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的创造均在保护之列。

如图1所示，本发明的一种太阳能稳压电源，包括：太阳能电池1、DC/DC升压模组2、二极管组3、锂电池充放电保护与稳压模组4、稳压直流输出端5。其目的是利用太阳能电池将太阳能转变为电能，持续稳定地输出3.6V和3.4V直流稳压电源。

二极管组3与锂电池充放电保护与稳压模组4并联，并联后的一端与DC/DC升压模组2相连，并联后的另一端与稳压直流输出端5相连。

如图2所示，DC/DC升压模组2由超级电容组201、PT1301升压模块202和直流正5V输出端203构成，其目的是利用超级电容组实现太阳能发电的快速存储、限压和稳压，并提升电压，从直流正5V输出端203输出正5V电压，最大限度的利用太阳能发电。

如图3所示，锂电池充放电保护与稳压模组4是由HM4205电池充放电模块401、单节磷酸铁锂电池402、TPS61200升压模块403和隔离二级管404组成，其目的是对单节磷酸铁锂电池402的充放电进行有效管理，延长其使用寿命。

如图4所示，超级电容组201由第一超级电容C1和第二超级电容C2串联而成，即第一超级电容C1的负极与第二超级电容C2的正极相连，其目的是提高超级电容组201的电压并限压至5.4V，且有储存电能的功能。

太阳能太阳能电池1的正极与第一超级电容C1的正极、PT1301升压模块202的VDD端角相连，太阳能太阳能电池1的负极与第二超级电容C2的负极、公共地端GND相连，其目的是太阳能电池1发电后，经超级电容组201限幅、稳压、存储后，作为PT1301升压模块202的输入端，并将电压提升至稳定的5V，从直流正5V输出端203输出。

PT1301升压模块202是超低压升压模块，能够将太阳能太阳能电池1发出的较低的电压升高至规定值，与超级电容组201组合，能最大程度提高太阳能的有效利用，使电源供电能力不受太阳光照强弱的影响。

如图5所示，二极管组3由第一二极管D1、第二二极管D2串联而成，即第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阳极直接相连，HM4205电池充放电模块401的IN端脚与直流正5V输出端203、第一二极管D1的阳极直接相连，HM4205电池充放电模块401的OUT端脚与TPS61200升压模块403的IN端脚直接相连，单节磷酸铁锂电池402的正极与HM4205电池充放电模块401的BAT端脚相连，单节磷酸铁锂电池402的负极与公共地GND相连，隔离二级管404的阳极与TPS61200升压模块403的VOUT端脚相连，而隔离二级管404的阴极与第二二极管D2的阴极、稳压直流输出端5相连，其目的是：

（1）DC/DC升压模组2输出的直流正5V输出端203分为二路，其中一路经二极管组3后，从稳压直流输出端5输出3.6V稳定直流电压；另一路是经锂电池充放电保护与稳压模组4后，为单节磷酸铁锂电池402充电；即太阳能电池1在直接对外稳压供电的同时，也可以向单节磷酸铁锂电池402充电，将电能储存。

（2）单节磷酸铁锂电池402在放电时，经TPS61200升压模块403提升电压，并通过隔离二级管404，从稳压直流输出端5输出3.4V的稳定直流电压。

（3）稳压直流输出端5输出电压是由光照强度决定的，当有光照时，太阳能电池1发电输出，这时稳压直流输出端输出的电压为3.6V；当无光照或光照小于太阳能电池发电阈值时，太阳能电池1不能发电，这时由单节磷酸铁锂电池402放电，因此，稳压直流输出端5输出的电压为3.4V。

本发明的一种太阳能稳压电源工作时，在有光照的条件下，太阳能电池1发电，经超级电容组201存储、限压后，由PT1301升压模块202进行升压至5V电压，从直流正5V输出端203输出。

从直流正5V输出端203输出的正5V电源，分二路进行，一路是经一路经二极管组3后，从稳压直流输出端5输出3.6V的稳定直流电压；另一路是经锂电池充放电保护与稳压模组后，为单节磷酸铁锂电池402充电，实现电能的储存。

当无光照或光照小于太阳能电池发电阈值时，太阳能电池1不能发电，HM4205电池充放电模块401控制单节磷酸铁锂电池402放电，所放电压经TPS61200升压模块403提升电压，并通过隔离二级管404，从稳压直流输出端5输出3.4V的稳定直流电压。

综上，本发明实施例提供的一种太阳能稳压电源，能最大程度利用太阳能电池发电，不受太阳能光照强弱变化的影响，稳定、持续输出定值的电源电压。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。