一种光能发电供电装置的制作方法

本实用新型涉及一种发电装置，特别涉及一种光能发电供电装置。

背景技术：

低功耗蓝牙是一项基于蓝牙4.0(又称低功耗蓝牙Bluetooth Low Energy)标准的应用技术。目前基于低功耗蓝牙的无线信标产品主要应用场景分为2类，一类是基于低功耗蓝牙信标技术的室内定位应用，另一类是基于低功耗蓝牙信标技术的无线广告应用。低功耗蓝牙信标设备通过蓝牙BLE通讯协议以无线的传输方式向外界周期性的发送一个标记信号，类似大海中的灯塔，beacon之名也由此而来。这个特定的标记信号可以和室内地图的某一个位置坐标搭配，使得其他蓝牙设备只要到达低功耗蓝牙信标设备附件并检测到低功耗蓝牙的标记信号就可以通过地图得知自己所在的位置。因此低功耗蓝牙在室内定位的应用中，其功能相对于室外GPS卫星定位系统中的卫星。低功耗蓝牙发出的标记信号也可以和商家或者商家销售的商品搭配，让搜索到低功耗蓝牙标记信号的设备在低功耗蓝牙信号达到的范围内得知商家或商品的信息，例如打折，优惠活动等等，同时起到引导潜在客户进入实体店或线上商店消费的作用。总的来说，低功耗蓝牙信标是一种基于蓝牙低功耗技术新兴技术，可以为广泛大众的室内活动提供有效的便利。

低功耗蓝牙信标设备通常是用电池供电的，电池可以是纽扣电池，或者普通干电池。既然是电池供电设备，电池的寿命就是影响用户体验的一个重要参数。电池寿命 越长，换电池的频繁度就越低，不仅为用户节省电池成本，也能减少换电池的人力成本，同时耗尽电量的电池回收费用也是一个需要考虑的问题,如何设法尽量做到不用一次性电池或者让电池寿命最大化是本专利技术需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种利用将可见的光能转化为电能，以达到不使用一次性电池或者让电池寿命最大化，就可实现为蓝牙信标设备电路提供电能。

本实用新型的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种光能发电供电装置，为蓝牙信标设备电路，包括太阳能面板和电源管理电路；所述太阳能面板连接于所述电源管理电路，所述太阳能面板用于将室内可见光转换成电能；所述电源管理电路将所述太阳能面板转换下来的电能进行处理，以提供给所述蓝牙信标设备所需要的电压。

本实用新型与现有技术对比的有益效果是：

本实用新型利用太阳能面板将光能转换成电能，然后配以高效的电源管理电路，将由太阳能面板产生的不稳定的电能转化成稳定的电压，为所述蓝牙信标设备提供电源，以达到完全节省电池或者大大延长电池使用寿命的效果。

【附图说明】

图1为本实用新型具体实施方式的光能发电供电装置的方框示意图；

图2为本实用新型另一具体实施方式的光能发电供电装置的方框示意图；

图3为本实用新型又一具体实施方式的光能发电供电装置的方框示意图；

图4为本实用新型具体实施方式中的光能发电供电装置的电源管理电路的主要电 路结构框图；

图5为本实用新型具体实施方式中的电源管理电路中的冷启动电路的结构示意图；

图6为本实用新型具体实施方式中的冷启动电路中的两相交替开关电容直流对直流转换电路结构示意图；

图7a为本实用新型具体实施方式中的冷启动电路中的开关电路结构的简图示意图；

图7b为本实用新型具体实施方式中的冷启动电路中的开关电路结构的详细结构示意图；

图8为本实用新型具体实施方式中的冷启动电路中粗略电平检测电路结构示意图；

图9为本实用新型具体实施方式中的冷启动电路中电压泵电路结构示意图；

图10为本实用新型具体实施方式中的冷启动电路中的振荡器电路结构示意图；

图11为本实用新型具体实施方式中的冷启动电路中的电流镜电路结构示意图；

图12为本实用新型具体实施方式中的冷启动电路中的参考电流电路结构示意图；

图13为本实用新型具体实施方式中的光能发电供电装置中直流对直流升压转换电路的核心部分电路结构示意图；

图14为本实用新型具体实施方式中的直流对直流升压转换电路中的最大功率点跟踪核心电路示意图；

图15为本实用新型具体实施方式中的最大功率点跟踪电路的功率跟踪曲线示意图；

图16为本实用新型具体实施方式中的电源管理电路中功率跟踪电路的可调脉宽脉冲产生电路示意图；

图17为本实用新型具体实施方式中的异常保护模块的异常检测电路结构示意图；

图18为本实用新型又一具体实施方式的光能发电供电装置的方框示意图；

图19为本实用新型具体实施方式中一款采用光能发电供电装置的低功耗蓝牙信标设备的应用场景示意图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

如图1，在本具体实施方式中，一种光能发电供电装置，为蓝牙信标设备供电，包括太阳能面板207和电源管理电路212；所述太阳能面板207连接于所述电源管理电路212，所述太阳能面板207用于将室内可见光转换成电能；所述电源管理电路212将所述太阳能面板207转换下来的电能进行处理，以提供给所述蓝牙信标设备内部电路220工作所需要的电压。

具体地，如图2所示，温差发电供电装置还包括储电单元211，优选地，储电单元211可为充电纽扣电池、可充电的干电池、超级电容或其他类型的大电容。储电单元211连接至电源管理电路212，用于储存所述电源管理电路212处理过的电能，并将其限定为预先设定的额定电压值，以供所述蓝牙信标设备内部各个电路使用。

具体地，如图3所示，当所述太阳能面板207面积足够大,在普通室内通过折射照射到太阳能面板207上，太阳能面板207输出电压高于储电单元211电压时，此时一个肖特基二极管300就充当了电源管理电路212的角色，就基本满足为储电单元211充电要求。当太阳能面板207输出电压高于储电单元211电压加上肖特基二极管300的正向电压时，肖特基二极管导通，使得太阳能面板207产生的电流能够流入储电单 元211。当太阳能面板207输出电压低于储电单元211电压加上肖特基二极管300的正向电压时，肖特基二极管300起到隔离作用，使得储电单元211的电流不会反灌入太阳能面板207，同时储电单元211为负载315提供电压和电流。

具体地，如图4所示，所述电源管理电路212包括直流对直流升压转换电路302、冷启动电路303、最大功率点跟踪电路304及电能储存管理电路301；由于太阳能面板207转换下来的初始电压很小，通过所述直流对直流升压转换电路302将太阳能面板转换出的电能进行升压处理，具体地是将小电流低电压转换成小电流高电压，才能直接给蓝牙信标设备内部各个电路供电或者给储电单元211充电。由于直流对直流升压转换电路302的输入直流电压一般有一个使用范围，所述冷启动电路303用于当所述光能发电装置从零电压状态启动时，将输入电压累积到直流对直流升压转换电路302正常工作时所需的最低直流输入电压值。由于热能采集的不稳定性和负载电路耗电的不稳定性，为了达到最优化的工作效率，增设了所述最大功率点跟踪电路304，所述最大功率点跟踪电路304实时跟踪所述太阳能面板207输出功率，并通过实时调节直流对直流升压转换电路302的输入阻抗使得太阳能面板207获得最大热电转化功率，使得太阳能面板210更有效的导入电能供给负载电路。电能储存管理电路301连接至所述储电单元211和所述太阳能面板207，用于：当储电单元211存电压值低于设定的额定电压值，为使储电单元211的电压值到达预先设定的额定电压值，电能储存管理电路301将让太阳能面板207继续向储电单元211充电；当储电单元存211电压值高于设定的额定电压值，电能储存管理电路301将停止让太阳能面板207继续向储电单元211充电，以确保储电单元211的电压值保持在预先设定的额定电压值，该电路是用来管理储电单元211是处于充电还是放电的工作模式。

鉴于实际使用环境各不相同，为保护整体装置的电路正常工作，在所述电源管理电路中还增设了异常保护模块305，具体地，异常保护模块305包括如图17所示的异常检测电路、保护电路(图中未示)和一逻辑控制单元，如图17所示，所述异常检测电路包括相互并联的三路分压电阻701(具体包括电阻R71、R72、R81、R82、R91、R92、R92)和四路比较器702～705，其中，为储电单元211的电压，每一路分压电阻都分别对所述储电单元的电压V_STO进行分压，分压后形成的三个电压与参考电压分别输入至四路比较器，比较器702～705输出逻辑电平信号S，是用于表征装置中电路是否正常工作的电平信号，例如高电平表示正常，而四路比较电路的每一路出现低电平即可分别表示出现过压、过温、过流、欠压的异常情况；所述逻辑控制单元根据比较器的输出控制所述保护电路的工作状态。例如，出现过压时，控制所述保护电路进行过压保护。

具体地，如图5所示，冷启动电路303包括内置振荡器401、非交叠时钟产生器402、开关驱动电路403、两相交替开关电容直流对直流转换电路404、粗略电平检测电路405以及电压泵电路406；内置振荡器401和非交叠时钟产生器402组合用以产生电源管理电路212所需的时钟信号；开关驱动电路403根据产生的时钟信号来驱动两相交替开关电容直流对直流转换电路404工作；两相交替开关电容直流对直流转换电路404用来给内置电容充电升压，粗略电平检测电路405和电压泵电路406组合用来检测冷启动是否完成，一旦完成，就可以开始启动直流对直流升压电路302，对电路中的负载提供电能。

如图10所示，在本具体实施方式中，所述内置振荡器401为一种宽松型振荡器，由比较器444、比较器446、RS触发器443、限流反相器449以及电容448构成。参考 电压447决定了振荡信号从高电平翻转到低电平以及相反方向翻转的翻转电压点，电容448的大小决定了电容上电压上升和下降的时间，从而决定了振荡信号的周期。所述限流反相器449由P型参考电流和N型参考电流连接PMOS型三极管和NMOS型三极管构成，该限流反相器449与普通反相器的区别在于增加了P型参考电流和N型参考电流，用于限制限流反相器449在翻转时所消耗的电流，对整体电路的低功耗性能起到了重要的作用。

在本具体实施方式中，在所述内置振荡器中，参考电压Vref1的产生电路446、参考电压Vref2的产生电路447、参考电流ImirrorP的产生电路441和参考电流ImirrorN的产生电路442组成一个电流镜电路，如图11所示，其中，图中的451为引脚连接成二极管连接方式的PMOS型三极管，在电源和地信号之间总共有12个这样的PMOS三极管串型连接在一起，12个PMOS三极管分成3组，每组4个，每组之间的电路节点抽头出来就形成了所需的参考电压Vref1和Vref2。如图12所示，参考电流电路由若干PMOS型三极管454，若干个NMOS型三极管452，若干个电容453，和1个电阻455连接构成；这其中NMOS型三极管MN41，MN43，C10，C11，C12构成一个启动电路，保证上电以后电路能正常工作。PMOS三极管MP40，MP41，和NMOS三极管MN40，MN42，以及电阻R100联接起来构成一个参考电流产生电路，其所产生的向下流出电流可由PMOS型三极管MP42镜像产生；其所产生的向下流入电流可由NMOS型三极管MN45镜像产生。

在本具体实施方式中，图6所示的为两相交替开关电容直流对直流转换电路404。该电路的两相交替时钟信号分别为Φ1和Φ2。此电路分为A区和B区，两区各由若干个开关411和若干个电容412连接构成。当Φ1相时钟驱动时，A区内的电容形成串联， 此时B区的电容形成并联，这时A区的电容412-C_PA3的电荷会被重新分配注入到电容412-C_CBUF，抬高电容412-C_CBUF上的电压。当Φ2相时钟驱动时，A区内的电容形成并联，此时B区的电容形成串联，这时B区的电容412-C_PB3的电荷会被重新分配注入电容412-C_CBUF底板，进一步抬高电容412-C_CBUF上的电压。Φ1和Φ2交替工作就会不断抬高电容412-C_CBUF上的电压，达到升压目的。

在本具体实施方式中，如图7a和7b所示的是两相交替开关电容直流对直流转换电路404中的实际开关电路411结构示意图，其中图7a为简图，图7b为详细结构示意图。该开关由3个MOS型三极管413，414，415连接构成。NMOS型三极管414和PMOS型三极管413为两个开关辅助三级管，它们在开关导通三极管415导通时，将PMOS三极管415的栅极接到地上，使得415完全打开。在PMOS三极管415处于非导通状态下，它们将PMOS三极管415的栅极接到高电平，确保415完全关断没有漏电。

如图8所示，在本具体实施方式中，所述粗略电平检测电路405由若干个PMOS型三极管430和若干个NMOS型三极管431联接构成。电源电压V_DD经过三个连接成二极管结构的PMOS型三极管串联(Mp1c，Mp2c，Mp3c)分压，使得Mp1c与Mp2c之间相连的网络节点电压Vrefc与电源电压V_DD成固定比例，当Vrefc大于Mp4c和Mn4c三极管所组成的反相器翻转电压时就代表V_DD电平已经达到了某个高度。由于Mp4c和Mn4c三极管所组成的反相器翻转电压随温度和工艺偏差都会变化，因此这个翻转电压值是一个粗略的数值范围，而并不是一个精确的绝对值。当然在这部分电路中，也不需要一个非常精密的门限电压值。Mp5c和Mn5c三极管形成一个输出级反相器。

如图9所示，在本具体实施方式中，在电压泵电路406中，两个PMOS型三极管 420和两个NMOS型三极管421构成一个推拉电路。这个推拉电路的输入分别连接在2个电容422上面，电容的另一端分别连接一组正，反相的时钟信号上。由于连着电容底板的时钟信号刚好相位相反，该电路形成一个倍压的电压泵，使得推拉电路的电源电平Vpump为时钟的高电平电压VDD的2倍。

如图13所示，在本具体实施方式中，所述直流对直流升压转换电路302包括电感450、PMOS型三极管451、NMOS型三极管452和储电单元453，储电单元453可以是电容，也可以是一个可充电电池。所述直流对直流升压转换电路302通过2个不同相位的时钟信号交替开关PMOS型三极管451和NMOS型三极管452，使得储存电流的电感450能够不断地向储电压单元453充电，使其电压越升越高。

如图14所示，在本具体实施方式中，所述最大功率点跟踪电路304包括功率跟踪电路600和最大功能测量电路660；所述功率跟踪电路600由D类型触发器608和611、数字比较器610、异或逻辑门609、递增、递减逻辑607连接组成。这部分电路的输出是一个数字信号S，用来控制可调脉宽脉冲产生电路602，所述最大功能测量电路660由带时钟的模拟比较器603、缓存电路613、递增递减逻辑604、D类型触发器605以及平均值计算单元606联接组成。所述最大功能测量电路660还包括一个零电流开关控制电路650，所述零电流开关控制电路650由带时钟的模拟比较器603、缓存电路613、递增递减逻辑电路604以及D类型触发器605连接组成。所述零电流开关控制电路650用于确保当电感里的电流为零时，PMOS型三极管622里通过的电流为零。

具体地，图15为是本实用新型具体实施方式中的结合电源管理电路中的直流对直流电平转换升压电路的功率跟踪电路曲线示意图，这里X轴为太阳能面板207输出 的电压，Y轴为太阳能面板207输出的功率，图中曲线是一个可能会遇到的实际太阳能面板207发电曲线。而使用最大功率跟踪算法的目的就是要实时调节太阳能面板207电路的输入阻抗，使得太阳能面板207输出的功率处于最大状态。

如图16所示，在本具体实施方式中，所述可调脉宽脉冲产生电路602由干个电阻652、一个电容654、若干个开关653、若干个反向器651以及一个或非逻辑门655连接构成。开关653可以由NMOS型三极管和PMOS型三极管并联构成。开关控制信号S0～S4构成该电路的数字输入信号S。五个电阻R0～R4依次串联，然后在电阻R0～R4上对应并联电阻S0～S4，再连接一个一端接地的电容C1，构成一个可调控的延时电路，可以对输入时钟信号进行延时，延时后的时钟信号再与输入时钟信号本身进行或非运算，就会在输出端形成一个宽窄可调的脉冲信号。

图18为本实用新型具体实施方式中一款采用光能发电供电装置的蓝牙信标设备的应用电路结构示意图。

本具体实施方式中的在蓝牙信标设备上添加光能发电供电的装置，蓝牙信标设备中的数据存储单元204分别连接于电源管理电路212和微控制器203，数据存储单元204，用来储存微控制器203需要用到的程序和数据；蓝牙收发单元205连接微控制器203，用来将需要传输的数据通过蓝牙标准以无线的方式完成数据收发；206为天线，用来将电信号转化成电磁波并发生到空中或将空中的电磁波转化成电信号进行接收处理；参考时钟202连接微控制器203，用来同步蓝牙信标装置内部的各个电路单元。203为微控制器，根据各电路单元提供的信号，用以控制蓝牙信标装置内部的各个电路单元正常的工作。一般情况下，微控制器203、数据存储单元204、参考时钟202、蓝牙收发单元205可以被集成在一个芯片中，构成控制单元210。当太阳能面板207连接于 电源管理电路212，太阳能面板207将室内可见光转换成电能，电源管理电路212再将太阳能面板207转换下来的电能进行处理，以提供给蓝牙信标设备内部各个电路220正常工作所需要的电压。211为储电单元，这里大多数蓝牙信标设备中会使用一次性可充电纽扣或可充电干电池或超级电容，或者其他类型的大电容。储电单元211连接电源管理电路212，用于储存电源管理电路212处理过的电能，并将储存的电能限定为预先设定的额定电压值，以为蓝牙信标设备内部各个电路220提供稳定的电能，从而实现了不使用电池就可实现为蓝牙信标设备内部各个电路提供电能，或无需更换电池以达到给蓝牙信标设备供电的目的。

图19为一种蓝牙信标设备的应用场景案例示意图。100为一个大型零售服装店，商店100里面有各种商品120，例如，男装，女装，鞋帽，皮包，眼镜等等。商家在店铺内部以及门口各处布置了蓝牙信标设备110.当店外消费者101持有的手机感应到门口的蓝牙信标设备，就会自动收到店家的广告131吸引消费者入店。当消费者101进入店铺后，有会感应到其他店内的蓝牙信标设备，实时得知商品信息134，具体商品促销信息133，以及店内地图信息132，帮助消费者更容易找到她感兴趣的商品。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。