一种户外微功率设备太阳能供电电路的制作方法

本实用新型涉及电源设计技术领域，具体涉及一种户外微功率设备太阳能供电电路。

背景技术：

随着计算机技术的发展，许多户外微功率设备用于军事、科研、交通、环境监测、医疗卫生等多个领域，由于分布区域广，管理和维护难度大。供电电源的可靠性和使用寿命对户外小负载监测设备的正常运行影响极大。现有监测设备采用太阳能与锂电池组合的供电方案，但锂电池的使用寿命有限，难以满足设备长期运行的需要；同时现有小负载设备供电方案中，缺乏对超级电容和锂电池储能状态的有效监测，无法及时了解监测设备内电源的工作状态。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种户外微功率设备太阳能供电电路，具体技术方案如下：

一种户外微功率设备太阳能供电电路，包括太阳能电池板、超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块、蓝牙监测模块；所述太阳能电池板与超级电容储能模块连接，所述超级电容储能模块、锂电池储能模块分别与电源管理模块连接；所述超级电容储能模块与锂电池储能模块连接；所述蓝牙监测模块分别与超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块连接；所述超级电容储能模块包括超级电容；所述锂电池储能模块包括锂电池；

所述太阳能电池板用于将太阳能转化为电能，并将转化后的电能输入超级电容储能模块；所述超级电容储能模块用于储存电能并通过电源管理模块向小负载设备提供电源或向锂电池储能模块充电；所述锂电池储能模块用于在超级电容储能模块上的电能大于小负载设备的功耗时进行充电，在超级电容储能模块供给小负载设备的电能不足时通过电源管理模块对小负载设备放电；所述电源管理模块用于控制超级电容储能模块和锂电池储能模块的切换，并输出稳定的电压源；所述蓝牙监测模块用于监测超级电容储能模块、锂电池储能模块的状态，并控制电源管理模块的输出。

优选地，所述太阳能电池板通过防逆流二极管与超级电容储能模块串联连接。

优选地，所述超级电容储能模块还包括过压保护二极管；所述超级电容与过压保护二极管并联连接；所述过压保护二极管用于保护超级电容过电压被击穿，电压保护值为超级电容的额定电压。

优选地，所述超级电容的最大充电功率pcmax与小负载设备的最大功率pomax存在以下关系：

pcmax>10*pomax。

优选地，还包括开关管；所述开关管与电源管理模块连接，用于控制电源的通断。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过超级电容与锂电池的组合，解决锂电池的频繁充放过程中容易失效的缺点，利用超级电容可不限次充放电的优点以及锂电池大容量、高密度储能的优势，满足了户外微功率设备太阳能供电设备稳定运行的需求，有效提高设备采用太阳能供电时的使用寿命。本实用新型设置电源管理模块，可以合理控制超级电容和锂电池的充、放电，最大限度地减少锂电池的充、放电过程，可有效地提高锂电池的使用寿命，确保太阳能供电系统长期运行稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图；

图2为太阳能电池板与超级电容储能模块连接的电路图；

图3为电源管理模块的电路原理图；

图4位蓝牙监测模块的电路原理图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1-图4所示，一种户外微功率设备太阳能供电电路，包括太阳能电池板、超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块及蓝牙监测模块；太阳能电池板通过防逆流二极管与超级电容储能模块串联连接，超级电容储能模块、锂电池储能模块分别与电源管理模块连接；超级电容储能模块与锂电池储能模块连接；锂电池储能模块包括锂电池；蓝牙监测模块分别与超级电容储能模块、锂电池储能模块、电源管理模块连接；超级电容储能模块包括超级电容、过压保护二极管；超级电容与过压保护二极管并联连接；过压保护二极管用于保护超级电容过电压被击穿，电压保护值为超级电容的额定电压。

太阳能电池板用于将太阳能转化为电能，并将转化后的电能输入超级电容储能模块；超级电容储能模块用于储存电能并通过电源管理模块向小负载设备提供电源或向锂电池储能模块充电；锂电池储能模块用于在超级电容储能模块上的电能大于小负载设备的功耗时进行充电，在超级电容储能模块供给小负载设备的电能不足时通过电源管理模块对小负载设备放电；电源管理模块用于控制超级电容储能模块和锂电池储能模块的切换，并输出稳定的电压源；蓝牙监测模块用于监测超级电容储能模块、锂电池储能模块的状态，并控制电源管理模块的输出。利用蓝牙监测模块的ad采样接口和io接口，可有效对太阳能供电电路的各个状态进行监测，并可控制电源负载的输出。本实用新型中选择超级电容的电压，锂电池的电压和电源管理模块的稳压输出作为监测、控制的对象，还可根据需要，灵活配置更多的监测对象。

如图3所示，电源管理模块以维持稳压电源输出+5vd为控制目标，同时具备过流、过压、过热保护等功能，主要控制策略如下（1）太阳能电池板的输入电压+vcc大于锂电池电压+vbat时，由+vcc电源输入经电源管理模块稳压后输出+5vd。(2)太阳能电池板的输入电压+vc小于锂电池电压时，锂电池输入+vbat经电源管理模块稳压后输出+5vd电源。（3）当太阳能输入电压+vcc大于锂电池电压+vbat且锂电池电压小于满充电压4.2v时，太阳能电源+vcc的一部分用于给锂电池充电，须优先满足+5vd稳压电源输出。

超级电容的容量应确保电容的最大充电功率pcmax应远大于小负载设备的最大功率pomax,如按pcmax>10*pomax可获得较好的结果，即夜间无法收集太阳能时，大部分电能仍由超级电容供电，可避免锂电池反复充放电。

一种户外微功率设备太阳能供电电路还包括开关管；开关管与电源管理模块连接，用于控制电源的通断，蓝牙监测模块可通过无线蓝牙传输，实现移动终端对超级电容上的电能、锂电池电能量等状态进行监测，通过蓝牙指令控制开关管接通或断开小负载设备的电源。

其中，防逆流二极管采用肖特基二极管in5822，过压保护二极管采用smaj6.0a，开关管的型号为irf5210，蓝牙监测模块包括蓝牙模块jdy-17。

本实用新型的工作流程如下：

s1：太阳能电池板收集太阳能产生电能经过防逆流二极管后输入超级电容储能模块。

s2：超级电容储能模块接收太阳能电池板输入的电能并使超级电容上的电压vc升高。

s3：电源管理模块用于管理超级电容储能模块和锂电池储能模块的充放电，当太阳能电池板上的输入电压vcc大于锂电池的电压vbat时，小负载设备由超级电容储能模块供电，且如果锂电池的电压vbat小于锂电池充满电的最高电压时vmax时，超级电容储能模块储存的电能对锂电池储能模块充电，超级电容上的电压vc被限制于接近于锂电池上的电压vbat。

s4：当锂电池上的储存的电量已满，充满电的电压达到vmax时，锂电池储能模块不再接受超级电容储能模块上的电能；超级电容除了给负载供电，太阳能电池板持续输入的电能会使超级电容上的电压vc升高，当超级电容上的电压达到过压保护二极管的放电电压时，多余的电能通过过压保护二极管对地进行泄放电，防止超级电容过压被击穿。

s5：当太阳能电池板收集不到电能时，超级电容储能模块继续对小负载设备供电，直至超级电容上的电压vc小于锂电池上的电压vbat,电源管理模块切换至锂电池储能模块对小负载设备供电，确保小负载设备的稳定运行。

s6：蓝牙监测模块通过移动终端进行激活，未连接时蓝牙监测模块处于超低功耗休眠状态，蓝牙功耗只有几十微安，移动终端通过蓝牙监测模块对超级电容的电压、锂电池的电量、小负载设备的负载大小进行检测并采集对应数据。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。