专利名称：太阳能供电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能供电装置，具体的将是具体有储能结构的太阳能供电装置。
背景技术：
目前，大多数太阳能供电装置中都采用电池作为储能元件，由于电池充电时对电压/电流要求高，因此其电路结构较为复杂，部分电路甚至需要用微处理器来控制电路工作，因而其电路本身就消耗了相当部分的能量，对能量利用率和充电的效率都有一定的影响。此外，有些充电电路已采用了新型的法拉电容(也称黄金电容，超级电容，双电层电容)，利用了其兼有电容的大电流快速充电特性，同时又有电池的储能性，串联等效电阻低， 使用寿命长，充电电压宽等特点。在太阳能供电装置中电路中采用直接对法拉电容充电时， 由于法拉电容通常容量较大，太阳能电池提供的充电电流有限等原因，使得法拉电容从最低储能电压充电至能够满足后端负载电路最低工作电压的时间很长，在充电初始的很长一段时间内，后端负载电路均不能启动工作。同时，当法拉电容电压降至后端负载电路最低工作电压以下后需要重新充电，也需要很长的充电时间，因此限制了后端电路的应用。
实用新型内容针对上述情况，本实用新型提供了一种太阳能供电装置，能够对较小的电流进行采集和存储，并可实现既能快速为后端电路提供驱动电流，又能够为后端电路长时间正常供电。本实用新型的太阳能供电装置的基本结构，是在太阳能的光电转换单元与电能输出端之间设置有储能单元，该储能单元为并联状态的第一储能单元和第二储能单元，且第二储能单元的储能容量大于第一单元。在第二储能单元所在的并联电路中，在第二储能单元之前还设有第一电压控制结构及受其控制的第一开关单元控制该充电电路的通断，只有当第一储能单元的输出电压高于该第一电压控制结构的设定阈值时，该第一电压控制结构才导通第一开关单元，对第二储能单元进行充电。本实用新型上述装置的基本工作过程和原理，是由太阳能光电转换单元的输出电流先对储能容量较小第一储能单元充电，使其能被快速充电可满足后端电路最低工作电压的输出电压，并开始为后端电路供电。而在与第一储能单元并联的第二储能单元电路中，由于第一储能单元的输出电压尚未达到第一电压控制结构的设定阈值，因此第二储能单元的电路处于截止状态。只有当第一储能单元的输出电压达到(等于或高于)第一电压控制结构的设定阈值，该第一电压控制结构才导通第一开关单元，开始对第二储能单元充电，直到第一储能单元因持续供电使输出的电压低于后端电路的工作电压及第一电压控制结构的设定阈值时，太阳能光电转换单元的输出电流才停止对第二储能单元充电，并重新开始对第一储能单元充电，使其能快速实现重新向后端输出供电，如此反复。当该大储能容量的第二储能单元存储到足以满足提供输出的电能后，后端电路在开始由第二储能单元向后端进行长时间持续供电。在上述结构基础上，可选择的一种改进是，所说的太阳能光电转换单元可以采用为并联状态的两组或更多组，以增加光电转换量，满足能够更快速地为第一储能单元和第二储能单元充电，缩短充电时间的使用需要。另一种可选择的改进方案，是所说的第二储能单元可以采用为并联的至少两组电容结构，以增大电能的存储容量，满足能够为后端电路提供更长久供电的需要。实验表明，本实用新型上述太阳能供电装置中，除特殊的目的或需要外，所说的第一储能单元采用为至少一个容量彡330uF的钽电容结构，如AVX公司生产的TAJ系列钽电容，型号如 TAJC337*006#NJ、TAJD337*006#NJ、TAJD4777*006#NJ 等；第二储能单元采用为至少一个容量彡0. IF的法拉电容结构，如Panasonic公司生产的SD系列法拉电容及SG系列法拉电容，型号如EECS0HD 104 (H)、EECS5R5 (H) 474，也可以是Shoei公司生产的PAS614L 型号的PAS法拉电容。采用所述容量和型号的电容结构能够满足通常情况下的使用需要。上述结构中，所说第二储能单元所在的并联电路中的开关单元，优选采用为 MOSFET (场效应管)、PNP型三极管或NPN型三极管，如Fairchild半导体公司PowerTrench 工艺的低栅压P沟道MOSFET等，其具有开启电压低(1. 8V)，导通电阻小，开关速度快等特点，能够有效的减小电路的功耗。MOS管是目前常用的一种导通控制结构，P沟道MOS管具有低电平导通特性，能够更方便的实现电路功能。所说的用于控制其通/断的第一电压控制结构，可以选择目前已有报道和/使用的intersi 1公司生产的超低功耗复位芯片ISL88003 系列，或MAXMIN的超低功耗复位芯片系列产品等。这类芯片具有可以选择多种不同复位电平的特点，可以适应和满足不同情况的使用需要。在上述结构的基础上的进一步优选方式，是还可以在所说的第一储能单元和第二储能单元与其前端的太阳能的光电转换单元之间，分别各连接有由前端整流结构构成的相应整流单元，和/或在第一储能单元与第二储能单元的电能输出端分别经各自连接的由后端整流结构构成的相应整流单元将电能输出。从而可以进一步实现和保证在无光照时，使电路中法拉电容的电荷只供给后端电路使用，而在本实用新型上述结构的电路上没有任何消耗。所说的前端整流结构和后端整流结构均可以采用常用的二极管型元器件，或者是能具有同样功能的结构或电路。进一步，使本实用新型上述装置中所说的第一储能单元与第二储能单元分别进行电流输出，还可以有利于一些辅助电路/结构的设置。例如，在该第一储能单元的输出端， 可以增加设置有过充保护单元，以保护第一储能单元，避免因过充造成的损害。该过充保护单元通常以采用一接地电路最为简便。例如，可以采用由设置有由第二电压控制结构控制通断的第二开关单元，当对第一储能单元的充电电压高于该第二电压控制结构的设定阈值时，第二电压控制结构即可使受其控制的第二开关单元对地导通，将过大的充电电流分流接地，确保第一储能单元的安全。所说的该第二开关单元，可以选择如MOSFET (场效应管)、 PNP型三极管或NPN型三极管，如infineon公司生产的型号为BSS138N的N沟道MOSFET 等。所述用于控制该开关单元通断的第二电压控制结构，可以选择目前已有报道和/使用的控制装置，如包含ON Semiconductor公司生产的超低功耗电压检测芯片NCP303系列产品的控制装置。本实用新型的太阳能供电装置，在能对较小的太阳能光电转换电流进行采集和存储的基础上，既能满足快速为后端电路提供所需的供电电压/电流，明显缩短对后端电路供电的等待时间，使后端电路能够快速开始工作的目的，同时又能够实现为后端电路提供长时间的正常供电。
以下结合附图所示实施例的具体实施方式
，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本实用新型的范围内。
图1是本实用新型太阳能供电装置的一种结构示意图。图2是本实用新型太阳能供电装置的另一种结构示意图。图3是本实用新型太阳能供电装置的又一种结构示意图。
具体实施方式
实施例1如图1所示的本实用新型太阳能供电装置，在太阳能的光电转换单元Jl与电能输出端之间设置有由并联状态的第一储能单元Cl和第二储能单元C2组成的储能单元，其中第一储能单元Cl为330uF的钽电容结构，第二储能单元C2为0. IF的法拉电容结构。在第一储能单元Cl和第二储能单元C2与其前端的太阳能的光电转换单元Jl之间，分别各连接有由二极管形式的前端整流结构Dl构成的整流单元，同时在第一储能单元Cl和第二储能单元C2的电能输出端，也分别经各自连接的由二极管形式的后端整流结构D2构成的相应整流单元将电能输出，以保证在没有光照时，电路中法拉电容的电荷只供给后端电路使用， 在本电路上没有任何消耗。在第二储能单元C2所在的并联电路中，在该第二储能单元C2 之前，还设有由intersil公司生产的的超低功耗复位芯片ISL88003系列(或MAXMIN的超低功耗复位芯片系列)等第一电压控制结构Ul及受其控制的开关单元Q1，控制该充电电路的通断。其中开关单元Ql可以选择如FAIRCHILD公司生产的FDN304P或infineon生产的 BSS138N的P沟道MOSFET等。只有当第一储能单元Cl的输出电压VCC等于或高于该第一电压控制结构Ul的设定阈值(可根据不同使用需要设定)时，第一电压控制结构Ul才导通该第一开关单元Ql，开始对第二储能单元C2充电。本实用新型的太阳能供电装置在初始状态没有储能时，由光电转换单元Jl提供的电流为第一储能单元Cl快速充电，且在其正端电压低于第一电压控制结构Ul的设定阈值的复位电压时，第一电压控制结构Ul的RESET管脚输出与输出电压VCC的管脚相同的电压，从而使开关单元Ql处于截止状态，第二储能单元C2不被充电。由于第一储能单元Cl 容量相对较小，因此能够实现在短时间内迅速将第一储能单元Cl的电压充电后端电路最低工作电压(VCC)以上，开始为后端电路供电。当第一储能单元Cl的电压充电Ul设定阈值的复位电压后，第一电压控制结构Ul 的RESET管脚输出低电平，从而使开关单元Ql导通，此时由太阳能光电转换单元Jl提供的电流改由通过开关单元Ql向第二储能单元C2充电。由于第二储能单元C2容量较大，其充电电压上升缓慢，但此时第一储能单元Cl电压已经能够保证后端电路正常工作，不会影响到后端电路的正常工作。当第一储能单元Cl持续供电后使其供电电压降至第一电压控制结构Ul的复位电压以下时，第一电压控制结构Ul的RESET管脚重新将开关单元Ql截止，停止对第二储能单元C2充电，并重新恢复对第一储能单元Cl充电。当第一储能单元Cl的电压重新回到第一电压控制结构Ul的复位电压以上后，开关单元Ql才再次导通，又开始对第二储能单元C2 充电。如此往复，直到第二储能单元C2充电至后端电路最低工作电压(VCC)以上后，由第二储能单元C2为后端电路提供长时间的供电。通过计算可知，设电路中第二储能单元C2的容值为C，其最大充电电压为Umax，由于法拉电容放电不完全存在最低工作电压Umin，则其能够存储的能量为，法拉电容所存储的电荷为，即，所以，其能够提供能量的安时数η为。如果充电电流为Iin，则法拉电容充电时间为，即。第二储能单元C2的选择可根据后端电路所需提供的能量来确定，假如后端电路最低工作电压为3. 3V，选择IF容量的电容，后端电路的最低工作电压为2V。如太阳能的光电转换单元Jl能够持续提供20uA电流，则后端电路开始工作的时间为
权利要求1.太阳能供电装置，在太阳能的光电转换单元(JI)与电能输出端之间设置有储能单元，其特征是所说的储能单元为并联状态的第一储能单元(Cl)和第二储能单元(C2)，且第二储能单元(C2)的储能容量大于第一单元(Cl)，在第二储能单元(C2)所在的并联电路中， 在该第二储能单元(C2)之前还设有第一电压控制结构(Ul)及受其控制的第一开关单元 (Ql)控制该充电电路的通断，只当第一储能单元(Cl)的输出电压(VCC)高于该第一电压控制结构(Ul)的设定阈值时，第一电压控制结构(Ul)导通第一开关单元(Ql)对第二储能单元(C2)充电。
2.如权利要求1所述的太阳能供电装置，其特征是所说的光电转换单元(Jl)为并联状态的至少两组。
3.如权利要求1所述的太阳能供电装置，其特征是所说的第二储能单元(C2)为并联的至少两组电容型结构。
4.如权利要求1至3之一所述的太阳能供电装置，其特征是所说的第一储能单元(Cl) 为至少一个容量彡330uF的钽电容结构。
5.如权利要求1至3之一所述的太阳能供电装置，其特征是所说的第二储能单元(C2) 为至少一个容量> 0. IF的法拉电容结构。
6.如权利要求1至3之一所述的太阳能供电装置，其特征是第二储能单元(C2)所在的并联电路中的开关单元(Ql)为MOSFET、PNP型三极管或NPN型三极管。
7.如权利要求1至3之一所述的太阳能供电装置，其特征是在第一储能单元(Cl)和第二储能单元(C2)与其前端的太阳能的光电转换单元(Jl)之间，分别各连接有由前端整流结构(Dl)构成的相应整流单元。
8.如权利要求1至3之一所述的太阳能供电装置，其特征是在所说的第一储能单元 (Cl)与第二储能单元(C2)的电能输出端，分别经各自连接的由后端整流结构(D2)构成的相应整流单元将电能输出。
9.如权利要求1至3之一所述的太阳能供电装置，其特征是在所说的第一储能单元 (Cl)的输出端还设置有过充保护单元。
10.如权利要求9所述的太阳能供电装置，其特征是在所说的过充保护单元为一接地电路，其中设置有由第二电压控制结构(U2)控制通断的第二开关单元(Q2)，当第一储能单元(Cl)的输出电压高于该第二电压控制结构(U2)的设定阈值时，第二电压控制结构(U2) 使第二开关单元(Q2)对地导通，其中第二开关单元(Q2)可以为M0SFET、PNP型三极管或NPN 型三极管。
专利摘要太阳能供电装置，在太阳能的光电转换单元与电能输出端之间设置有储能单元。该储能单元为并联状态的第一储能单元和第二储能单元，且第二储能单元的储能容量大于第一单元。在第二储能单元所在的并联电路中，在第二储能单元之前还设有第一电压控制结构及受其控制的第一开关单元控制该充电电路的通断。只当第一储能单元的输出电压等于或高于该第一电压控制结构的设定阈值时，第一电压控制结构导通第一开关单元对第二储能单元充电。本太阳能供电装置在能对较小电流进行采集和存储的基础上，能够快速为后端电路提供相应的工作电流，明显减少对后端电路供电的等待时间，并延长供电时间。
文档编号H02N6/00GK202143007SQ20112027368
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者何江华, 徐立杰 申请人:成都英泰力科技有限公司