专利名称：环保微电能收集转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微电能收集和直流转换技术，属于能量采集转换技术领域，具体涉及ー种环保微电能收集转换器。
背景技术：
随着经济的发展和人民生活水平的提高，越来越多的便携式电子产品成为人们的日常生活中必需品，这些电子产品给人们生活提供方便的同时，也给人们造成了ー些困扰。目前市场上存在电子产品多采用各种不同电压不同型号的一次性电池供电，全球每天废弃掉的各种电池数以亿计，而这些被废弃的电池的能量 大多是没有得到充分利用的，有些甚至没有用到其总能量的一半就被废弃掉，如I. 5 V的干电池一般在低于I. 4 V就不能再用了，造成能源的极大浪费以及电磁环境的污染。
实用新型内容本实用新型提供ー种输入电压为从可利用收集废旧电池中的残余能量和光伏太阳能板在弱光照下产生的微弱电能采集的(T20V电压，输出稳定的3. 6V电压，为便携式电子产品的大容量可充电电池充电的环保微电能收集转换器。本实用新型采用的技术方案是环保微电能收集转换器，其特征在于包括有电源、DC/DC变换主回路电路、单片机，DC/DC变换主回路电路包括有检测电路、BUCK降压电路、BOOST升压电路，电源接入DC/DC变换主回路电路的检测电路，所述的检测电路的信号输出端接入单片机内部集成的A/D转换器，单片机内部集成的的D/A转换器与PWM波产生电路连接，PWM波产生电路分别通过一个开关与BUCK降压电路、BOOST升压电路连接，BUCK降压电路、BOOST升压电路的电压输出端共同连接有ー个充电电池，PWM波产生电路的输入端还与充电电池连接，PWM波产生电路的输出端与BOOST升压电路连接之间还连接有升压芯片电路，单片机还控制连接有显示电路、键盘电路。所述的电源是废旧电池或光伏太阳能板产生的残余电能。所述的BUCK降压电路和BOOST升压电路两部分电路共用同一电感，并通过控制开关一、开关ニ的开闭实现升降压电路的转换。所述的单片机采用内置A/D、D/A转换器的低功耗单片机C8051F020。所述的PWM波产生电路采用低压型器件CMOS定时器CC7555。所述的检测电路采用低频运行(单片机运行主频32768Hz)、间歇工作的方式，当检测到电动势很低的时候，系统无法充电时，关闭控制电路，使其处于待机状态以降低功耗。所述的充电电池为3. 6V锂电池。所述的升压芯片电路的升压芯片是05S05S。本系统以DC/DC变换为主电路，具有升压斩波(BOOST)电路和降压(BUCK)电路。利用低功耗CMOS定时器7555自制PWM发生控制器。同时采用自带D/A、A/D的低功耗单片机C8051R)20作为控制核心，采用电源最大功率定律实现了最大功率控制，使系统尽量多地吸收电源能量，在O至20V的电压范围内系统都可以正常稳定地工作。外加的显示部分清晰地反映出系统的运行状态。控制和显示电路采用间歇式工作方式，大大降低了系统自身的损耗。本实用新型的原理是本实用新型采用自带D/A、A/D的低功耗单片机C8051F020为控制核心，DC/DC变换主回路电路设计了共用一个电感的BUCK降压电路、BOOST升压电路的DC/DC变换电路，通过检测电路检测电源电动势的大小，由单片机控制开关K4、K5的通断，实现自动切换升降压电路。单片机控制PWM波产生电路控制PWM波的占空比，完成最大功率条件下残余电能的电路收集并完成对3. 6V锂电池的充电；若电源电压过低小于3. 6V时，系统通过升压芯片电路将输入电压升压后启动BOOST升压电路对锂电池完成充电；若电源电压过高大于3. 6V时，系统通过BUCK降压电路将输入电压降压后对锂电池直接充电。系统设计显示电路实时显示检测到的电源电动势和输入端口的电压等信息，系统还设计了 键盘输入电路实现对显示界面切换的功能。本实用新型的有益效果在于I)输入电压可达(T20V，可使用交直流变换电压对3. 6V锂电充电，也可使用弃用的废旧电池进行充电，实现节能环保。2)设计DC/DC变换电路代替现有技术中大多数所采用的集成芯片，通过单片机的控制实现升压降压电路的自动切换，完成输入电压(T20V较宽的要求。3)采用低压型器件7555定时器的工作电压范围宽，自身损耗小，较容易做到以尽可能低的电源电压对电池充电，7555定时器价格便宜且易购买，可降低系统成本。4)由于直流电源的变化极缓慢，检测电路采用低频运行(单片机运行主频32768Hz)、间歇工作的方式，当检测到电动势很低的时候，系统无法充电时，关闭控制电路，使其处于待机状态以降低功耗。5)当电源的电压大于7. 2V时，由最大功率传输定理知，当直流电源的输出端电压(充电器输入)Vi=Es/2时电源利用效率最高，也即充电电流最大。因此，本系统间断地检测Es和直流电源的输出端电压ViJf Vi和Es/2进行比较，比较的结果决定PWM输出的占空比，提高或降低Vi使其与Es/2尽量相等，以尽可能地提高电源的利用效率。6)当电源的电压大于3. 6V但小于7. 2V时，无法满足最大功率定律，BOOST变换器开关管常通，降低开关损耗，提闻效率。
图I为本实用新型的结构框图。图2为本实用新型的DC/DC变换主回路电路的主要电路图。图3为本实用新型PWM波产生电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做以详细说明I)系统的启动本系统启动时会出现两种情况[0028]a)若电池未完全放电，则将电池3. 6V的电压通过图3中05S05S升压芯片电路6升至6 7V，提供给PWM波产生电路5，启动图2中的BOOST升压电路4，在升压状态下，Es=0. 5V即可启动系统运行。b)若电池完全放电，因电路处于升压状态，此时图2中BUCK降压电路3中开关K4闭合，则输入的电压通过开关K4、电感L和升压ニ极管到达输出端，进行升压供电，电压达到I. 4V时即可启动图3中05S05S升压芯片电路6，使控制器进入正常工作状态。2)系统正常工作状态系统正常工作时，单片机I间歇性控制图2中的检测电路2主开关管Ql通断，当Ql关断吋，电源端电压Vi就是电源内部电动势Es，并通过VRl取样；当Ql接通吋，即得到输入端电压Vi，并通过VR2取样；以实现对电源电动势与输入电压的检测。单片机7将准确测量的电源电动势Esl和电源端ロ电压Vi经过A/D转换，并比较 Es和Vi的大小，实现升降电路的自动切換，同时用比较的结果控制单片机7D/A输出电压的增减，将D/A输出电压接入图3中PWM波产生电路5的Ptjl ロ，通过PWM控制器电路中7555定时器输出端进而控制的Pu和PD，实现对PWM波占空比控制。正常工作时具体充电过程为a)将检测电路2中检测的电源I电压Es与3. 6V比较；b)若Es小于3. 6V时，控制开关K4闭合BUCK降压电路3，K5断开BOOST升压电路4，形成BOOST升压电路4对电池10充电。利用单片机7采集的电源I电动势Esl与电源端ロ电压Vi比较，增大或减小D/A的输出电压Ptjl控制PWM波产生电路5中的7555定时器的5脚调整PWM波形的占空比，进而控制充电电流Ic的大小，实现系统在最大功率状态下运行。c)若Es大于3. 6V时，控制开关K4断开BUCK降压电路3，K5闭合BOOST升压电路4，形成ー个BUCK降压电路对电池10充电。再将检测的电源I电压Es与7. 2V比较若Es>7. 2V时，单片机7控制图3中的输出端Pq3为低电平，此时7555定时器产生PWM调节开关管使系统运行在最大功率状态；若Es〈7. 2V吋，单片机7控制输出端P O3为高电平，7555定时器复位，不产生PWM，主开关管Ql常通，电源直接对电池10充电，以使充电电流达到最大。本实用新型的主要性能參数(I)在 Rs=IOOQ , Es=IOV 20V 时，充电电流 Ic=O. 62mA 237mA。(2)在Rs=IOO Q时，能向电池充电的最小值可达3. 6V(3) Es从0逐渐升高时,能自动启动充电功能的Es尽可能低。(4) Es降低到不能向电池充电，最低至0时，尽量降低电池放电电流。(5)监测和控制电路工作间歇设定范围为0. I s 5s。(6)在 Rs=I Q，Es=L 2V 3. 6V 时，电池充电电流 Ic=O. 12mA 351mA。(7)电池完全放电，Es从0逐渐升高到I. 4V时，能自动启动充电功能。
权利要求1.一种环保微电能收集转换器，其特征在于包括有电源、DC/DC变换主回路电路、单片机，DC/DC变换主回路电路包括有检测电路、BUCK降压电路、BOOST升压电路，电源接入DC/DC变换主回路电路的检测电路，所述的检测电路的信号输出端接入单片机内部集成的A/D转换器，单片机内部集成的的D/A转换器与PWM波产生电路连接，PWM波产生电路分别通过一个开关与BUCK降压电路、BOOST升压电路连接，BUCK降压电路、BOOST升压电路的电压输出端共同连接有一个充电电池，PWM波产生电路的输入端还与充电电池连接，PWM波产生电路的输出端与BOOST升压电路连接之间还连接有升压芯片电路，单片机还控制连接有显示电路、键盘电路。
2.根据权利要求I所述的环保微电能收集转换器，其特征在于所述的电源是废旧电池或光伏太阳能板产生的残余电能。
3.根据权利要求I所述的环保微电能收集转换器，其特征在于所述的BUCK降压电路和BOOST升压电路两部分电路共用同一电感，并通过控制开关一、开关二的开闭实现升降压电路的转换。
4.根据权利要求I所述的环保微电能收集转换器，其特征在于所述的单片机采用内置A/D、D/A转换器的低功耗单片机C8051F020。
5.根据权利要求I所述的环保微电能收集转换器，其特征在于所述的PWM波产生电路采用低压型器件CMOS定时器CC7555。
6.根据权利要求I所述的环保微电能收集转换器，其特征在于所述的检测电路采用低频运行、间歇工作的方式，当检测到电动势很低的时候，系统无法充电时，关闭控制电路，使其处于待机状态以降低功耗。
7.根据权利要求I所述的环保微电能收集转换器，其特征在于所述的充电电池为3.6V锂电池。
8.根据权利要求I所述的环保微电能收集转换器，其特征在于所述的升压芯片电路的升压芯片是05S05S。
专利摘要本实用新型公开了一种环保微电能收集转换器，包括废旧电池或光伏太阳能板产生的残余电能作为电源，并将电源接入DC/DC变换主回路电路，通过DC/DC主回路电路中检测电路检测电源电动势和输入电路电压，将检测结果输入自带A/D和D/A转换的单片机控制开关K4、K5的开闭，构成BUCK降压或BOOST升压电路，并由单片机控制PWM波产生电路控制PWM波的占空比，完成最大功率条件下残余电能的电路收集并完成对3.6V锂电池的充电；还设计了显示电路实时显示检测到的电源电动势和输入端口的电压等信息，键盘输入电路实现对显示界面切换的功能。本实用新型电路功耗低，实现最大功率条件下的电能的收集、存储与转换，稳定性高，成本低，易于推广使用。
文档编号H02J7/00GK202651811SQ20122010186
公开日2013年1月2日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者李昕, 李良光 申请人:安徽理工大学