专利名称：一种太阳能手动互补充电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及充电技术，具体的说涉及用于为低压小功率电器充电的太阳能手动互补充电器。
背景技术：
现有的小功率充电器可分为固定充电和移动充电两种，固定充电的优点是安全稳定，对电池伤害小，但只能固定于带插座处充电，降低了它的实用性。随着社会的快速发展， 移动充电应运而生，现有的移动充电主要有太阳能充电，手动充电，车载充电等。太阳能充电电压稳定，充电电流小，有利于延长电池寿命，但充电缓慢，而且受环境影响比较大，在没有太阳光时无法充电。手动充电的优点是充电快速，受环境影响小，但由于手动充电电流不稳定，对电池伤害较大，影响电池寿命，所以具有很大的局限性。车载充电则属于间接充电， 先逆变后，再由固充对电器充电，其使用同样具有很大的局限性。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种太阳能手动互补充电器，主要用于手机、MP3、数码相机等各种低充电电压的小功率器件。本实用新型将太阳能充电和手动充电的优点结合，使得充电器可以在白天缓慢充电，需要时太阳能手动混合充电，夜间手动单独充电。另外，手动充电采用新型均流控制模式，改善手动充电性能。为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是一种太阳能手动互补充电器，其包括太阳能光板、手动发电机、太阳能光板稳压模块、发电机稳压模块、DC/DC稳压充电模块，太阳能光板的输出端与太阳能光板稳压模块的输入端连接，太阳能光板稳压模块的输出端与DC/DC稳压充电模块的输入端连接；手动发电机的输出端与发电机稳压模块的输入端连接，发电机稳压模块的输出端与DC/DC稳压充电模块的输入端连接。上述的太阳能手动互补充电器中，太阳能光板稳压模块包括第一开关管、第一电压传感器、第一电流传感器、第一电感和DSP控制电路；第一电感串接在第一电压传感器的输入端，第一电压传感器和第一电流传感器的输出端与DSP控制电路的第一输入端连接， DSP控制电路的第一输出端与第一开关管连接，输出脉冲信号给第一开关管。上述的太阳能手动互补充电器中，太阳能光板稳压模块还包括第一输入滤波电容、第一续流二极管，第一输出滤波电容；第一输入滤波电容并联在太阳能光板的输出端， 第一续流二极管阳极接在太阳能光板稳压模块输入的负极，阴极接在第一开关管的源极， 第一输出滤波电容并联在太阳能光板稳压模块的输出端。上述的太阳能手动互补充电器，还包括用于为DSP控制电路供电的辅助电源；所述太阳能光板稳压模块和发电机稳压模块的构成一样且共用DSP控制电路，其中第一电感和第二电感都具有次级绕组，次级绕组通过继电器与辅助电源的输入端连接。上述的太阳能手动互补充电器中，辅助电源包括用于输出12V直流电压的第一稳压芯片和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片；第一稳压芯片的输出端接第二稳压芯片的输入端；第一稳压芯片和第二稳压芯片的输出端与DSP控制电路的电源输入端连接。上述的太阳能手动互补充电器中，DC/DC稳压模块中包括变压器、第三开关管、第三续流二极管、第三输出滤波电容、第三电压传感器、第三电流传感器和所述DSP控制电路，第三开关管与变压器初级的异名端串联，续流二极管与变压器次级的同名端串联，第三输出电容和第三电压传感器的输入端并接于DC/DC稳压模块的输出两端，第三电流传感器的输入端和变压器的异名端串联，DSP控制电路与第三电压传感器和第三电流传感器的输出端相连，发出脉冲信号给开关管。上述太阳能手动互补充电器的充电方法，包括太阳能光板将太阳能转化成电能输出给太阳能光板稳压模块，太阳能光板稳压模块稳定太阳能的输出电压和电流，太阳能光板稳压模块的输出作为DC/DC模块的输入；手动发电机将动能转换成电能输出给发电机稳压模块，发电机稳压模块稳定发电机的输出电压和电流，发电机稳压模块的输出也作为 DC/DC模块的输入；所述发电机稳压模块的输出与太阳能光板稳压模块的输出一致，两个稳压模块都带有电流负反馈；DC/DC模块为器件充电，所述DC/DC模块具有输出电压等级选择开关，为各种电压等级的器件充电。上述的充电方法中，DC/DC稳压充电模块中的DSP控制电路接收第三电压传感器采样得到的电池电压和第三电流传感器采样得到的充电电流。上述的充电方法中，DSP控制电路通过第一电压传感器采样太阳能光板稳压模块的输出电压，将采样得到的输出电压与预设电压值相减，当输出电压增大时，差值增大，按差值变化的比例值，等比例的减小DSP控制电路第一输出端输出脉冲信号的占空比；当输出电压减小时，差值减小，按差值变化的比例值，等比例的增大DSP控制电路第一输出端输出脉冲信号的占空比，从而使得输出电压稳定在预设电压值上；DSP控制电路通过第一电流传感器采样太阳能光板稳压模块的输出电流，将采样得到的输出电压和输出电流相乘， 得到输出功率，将所得输出功率与上一时刻采样得到的输出功率比较，取输出功率大者的输出电流作为此采样时刻到下一采样时刻的输出电流，保证最大输出功率。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果本实用新型实现了太阳能和手动互补充电，太阳能光板将太阳能转换成电能输出，手动发电机由一个手压手柄控制，经过传动机构控制精密发电机的旋转将动能转换成电能，保证太阳能光板能最大功率输出，并且稳定太阳能光板稳压模块的输出电压，DSP控制电路将两个模块的输出稳定在同一个电压等级，最后通过DC/DC模块为器件充电。两个稳压模块通过两个电流传感器和DSP控制电路，稳定了输出电流，不仅解决了 DC/DC并联问题，还减小了手动充电电流的波动，优化手动充电的性能。太阳能光板稳压模块和发电机稳压模块中的电感具有次级绕组，系统的辅助电源由继电器开关选择太阳能光板稳压模块中的电感次级绕组或发电机稳压模块中的电感次级绕组作为辅助电源的输入，解决了太阳光不充足时辅助电源供电的问题。DSP控制电路接收第三电压传感器和第三电流传感器发出的信号，从而选择恒压、恒流或者浮充的充电方式，这不仅提高了充电效率，而且对手机电池伤害较小，提高了手机电池的使用寿命。
4[0015]图1是实施方式中太阳能手动互补充电器的总体结构示意图。图2是实施方式中太阳能光板稳压模块的电路图。图3是实施方式中发电机稳压模块的电路图。图4是辅助电源的电路图。图5是实施方式中DC/DC模块的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步说明，但本实用新型的实施和保护范围不限于此。参见图1，图1给出了太阳能手动互补充电电路的总体结构图，其中，太阳能光板将太阳能转化成电能输出给太阳能光板稳压模块，太阳能光板稳压模块稳定太阳能的输出电压和电流，太阳能光板稳压模块的输出作为DC/DC模块的输入。手动发电机由一个手压手柄控制，经过传动机构控制精密发电机的旋转将动能转换成电能输出给发电机稳压模 ±夬，发电机稳压模块稳定发电机的输出电压和电流，发电机稳压模块的输出也作为DC/DC 模块的输入。发电机稳压模块的输出与太阳能光板稳压模块的输出一致，两个稳压模块都带有电流负反馈，解决了 DC/DC并联技术的难题，还改善了充电性能。最后通过DC/DC模块为器件充电，DC/DC模块具有选择开关，能够满足多种输出电压等级，从而为各种电压等级的器件充电。图2给出了太阳能光板稳压模块的电路图，电路结构基于buck电路拓扑，solar+ 为太阳能光板输入的正极，solar-为太阳能光板输入的负极，电容Cl为第一输入滤波电容，电路通过控制第一开关管Ql的开通和关断的时间来实现输出电压的调节，Dl为第一续流二极管，当第一开关管Ql关断时续流第一电感器Tl的电流。第一电感器Tl的原边电感起储能作用，副边电感的Auxiliaryl+端作为辅助电源的正极，C2为第一输出滤波电容，solarout+为太阳能光板稳压模块的输出，第一电压传感器采样太阳能光板稳压模块的输出电压，第一电流传感器采样太阳能光板稳压模块的输出电流，采样信号通过DSP控制电路控制第一开关管Ql占空比的大小，从而达到输出电压、电流的稳定。DSP控制电路通过第一电压传感器采样太阳能光板稳压模块的输出电压，将采样得到的输出电压与预设电压值相减，当输出电压增大时，差值增大，按差值变化的比例值，等比例的减小DSP控制电路第一输出端输出的脉冲信号的占空比；当输出电压减小时，差值减小，按差值变化的比例值，等比例的增大DSP控制电路第一输出端输出的脉冲信号的占空比，从而使得输出电压稳定在预设电压值上；DSP控制电路通过第一电流传感器采样太阳能光板稳压模块的输出电流，将采样得到的输出电压和输出电流相乘，得到输出功率，将所得输出功率与上一时刻采样得到的输出功率比较，取输出功率大者的输出电流作为此采样时刻到下一采样时刻的输出电流，这样保证了最大输出功率。图3为发电机稳压模块的电路图，电路结构与太阳能光板稳压模块一致，共用DSP 控制电路，motor+和motor-分别为手动发电机产生电压的正负极。C6为第二输入滤波电容，通过控制第二开关管Q2的开通和关断来实现输出电压的调节，D2为第二续流二极管， 第二电感T2的原边电感起储能作用，T2的副边电感的Auxiliary〗+端作为辅助电源的正极。motorout+为发电机稳压模块的输出，第二电压传感器采样输出电压，第二电流传感器
5采样输出电流，采样信号输入给DSP控制电路，采用与太阳能光板稳压模块相同的控制方式保证发电机稳压模块输出电压的稳定和输出功率的最大化。图4给出了系统的辅助电源电路，辅助电源可以融合于太阳能光板稳压模块中， 当太阳能有输入时，继电器Kl打至Auxiliaryl+ (见图2)，起隔离作用的第一电感Tl副边的输出作为整个系统的辅助电源，当太阳能没有输入时，开关Kl打至Auxiliary〗+，发电机稳压模块(见图3)中的第二电感T2副边的输出为整个系统的辅助电源，T2的副边同样具有隔离作用。稳压芯片7812和7805分别输出12V和5V的直流电压，作为DSP控制电路的电源。DSP控制电路采样输出电压和输出电流，将采样得到的输出电压和输入电压相乘得到输出功率，将所得输出功率与上一时刻采样得到的输出功率比较，取大者作为调整后的输出功率采用爬坡法最大功率跟踪太阳能光板的输出功率。图5给出了 DC/DC模块的电路图，电路采用反激式拓扑结构，C6为第三输入滤波， C7为第三输出滤波，DSP输出的控制信号为高频的PWM信号，从而控制第三开关管Q3的导通和关断。T3为高频变压器，既起到传输电能的作用，又起到隔离输入输出的作用。第三电压传感器采样输出电压，第三电流传感器采样输出电流，采样得到的信号输入DSP控制电路，作为控制参数。DSP对电池充电的控制策略采用恒流、恒压、浮充三个阶段充电方法，实时采样电池电压，判断充电状态。当第三电压传感器采样得到的电池电压低于第一设定电压时，DSP控制电路通过第三电流传感器采样DC/DC模块的输出电流，将采样得到的输出电流与预设电流值相减，当输出电流增大时，差值增大，按差值变化的比例值，等比例的减小 DSP控制电路第三输出端输出的脉冲信号的占空比；当输出电流减小时，差值减小，按差值变化的比例值，等比例的增大DSP控制电路第三输出端输出的脉冲信号的占空比，从而使得输出电流稳定在预设电流值上，使的DC/DC模块工作在恒流充电模式，当第三电压传感器采样得到的电池电压达到第二设定电压时，DSP控制电路通过第三电压传感器采样DC/ DC模块的输出电压，将采样得到的输出电压与预设电压值相减，当输出电压增大时，差值增大，按差值变化的比例值，等比例的减小DSP控制电路输出的脉冲信号的占空比；当输出电压减小时，差值减小，按差值变化的比例值，等比例的增大DSP控制电路输出的脉冲信号的占空比，从而使得输出电压稳定在预设电压值上，使DC/DC模块工作在恒压充电模式，当第三电压传感器采样得到的电池电压高于第三设定电压时，DSP控制电路在第一预设时间段采用前述的恒流充电方式恒充，在第二预设时间段内DSP控制电路停止发送脉冲信号，蓄电池在第二预设时间段内停止充电，循环恒流充电和停充两步操作，使DC/DC模块工作在浮充模式，浮充时间达到第三预设时间后，停止充电，显示充电完成。DC/DC模块中带有电压选择开关，可以选择变压器T3副边绕组的匝数，从而选择电池充电电压。
权利要求1.一种太阳能手动互补充电器，其特征在于包括太阳能光板、手动发电机、太阳能光板稳压模块、发电机稳压模块、DC/DC稳压充电模块，太阳能光板的输出端与太阳能光板稳压模块的输入端连接，太阳能光板稳压模块的输出端与DC/DC稳压充电模块的输入端连接； 手动发电机的输出端与发电机稳压模块的输入端连接，发电机稳压模块的输出端与DC/DC 稳压充电模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能手动互补充电器，特征在于太阳能光板稳压模块包括第一开关管、第一电压传感器、第一电流传感器、第一电感和DSP控制电路；第一电感串接在第一电压传感器的输入端，第一电压传感器和第一电流传感器的输出端与DSP控制电路的第一输入端连接，DSP控制电路的第一输出端与第一开关管连接，输出脉冲信号给第一开关管。
3.根据权利要求2所述的太阳能手动互补充电器，特征在于太阳能光板稳压模块还包括第一输入滤波电容、第一续流二极管，第一输出滤波电容；第一输入滤波电容并联在太阳能光板的输出端，第一续流二极管阳极接在太阳能光板稳压模块输入的负极，阴极接在第一开关管的源极，第一输出滤波电容并联在太阳能光板稳压模块的输出端。
4.根据权利要求1所述的太阳能手动互补充电器，特征在于还包括用于为DSP控制电路供电的辅助电源；所述太阳能光板稳压模块和发电机稳压模块的构成一样且共用DSP控制电路，其中第一电感和第二电感都具有次级绕组，次级绕组通过继电器与辅助电源的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的太阳能手动互补充电器，特征在于辅助电源包括用于输出 12V直流电压的第一稳压芯片和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片；第一稳压芯片的输出端接第二稳压芯片的输入端；第一稳压芯片和第二稳压芯片的输出端与DSP控制电路的电源输入端连接。
6.根据权利要求1所述的太阳能手动互补充电器，特征在于DC/DC稳压模块中包括变压器、第三开关管、第三续流二极管、第三输出滤波电容、第三电压传感器、第三电流传感器和所述DSP控制电路，第三开关管与变压器初级的异名端串联，续流二极管与变压器次级的同名端串联，第三输出电容和第三电压传感器的输入端并接于DC/DC稳压模块的输出两端，第三电流传感器的输入端和变压器的异名端串联，DSP控制电路与第三电压传感器和第三电流传感器的输出端相连。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能手动互补充电器，充电器包括太阳能光板、手动发电机、太阳能光板稳压模块、发电机稳压模块、DC/DC稳压充电模块，太阳能光板的输出端与太阳能光板稳压模块的输入端连接，太阳能光板稳压模块的输出端与DC/DC稳压充电模块的输入端连接；手动发电机的输出端与发电机稳压模块的输入端连接，发电机稳压模块的输出端与DC/DC稳压充电模块的输入端连接。太阳能光板将太阳能转换成电能输出，手动发电机将动能转换成电能，再经两个稳压模块输出同一个电压等级，最后通过DC/DC模块为器件充电。本实用新型具有充电方式灵活、功率输出大、电压输出稳定、使用寿命长的优点。
文档编号H02J9/04GK202218039SQ20112032490
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者吴国瑞, 康龙云, 杨会州, 温懋勤 申请人:华南理工大学