專利名稱：便攜式智能仿生薄膜太陽能供電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息電—f技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及-種便攜式智能仿生薄膜太
陽能供電設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，我們身邊的電子設(shè)備，尤其是便攜式電
子設(shè)備數(shù)量大幅上升。手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、mp3、 GPS、 PMP等移動(dòng)電 子設(shè)備無一不需要通過電池供電來維持正常工作。同時(shí)，隨著處理芯片的速度 不斷上升，液晶屏幕尺寸的不斷擴(kuò)大，Bluetooth、 Wi-Fi等無線通信功能和其 它各種新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在給我們帶來便利的同時(shí)，也帶來了進(jìn)一步的功耗 上升。而現(xiàn)在的鋰離子電池、聚合物電池和鎳氫電池普遍存在容量偏小、充電 緩慢等缺點(diǎn)?，F(xiàn)在移動(dòng)電話的平均一次充電后待機(jī)時(shí)間只有39個(gè)小時(shí)，通話時(shí) 間2小時(shí)；筆記本電腦的平均一次充電使用時(shí)間則不足3個(gè)小時(shí)。而且隨著使 用次數(shù)的增加，電池的容量也會(huì)隨之下降，使用時(shí)間還會(huì)進(jìn)一步降低。這些因 素都給移動(dòng)電子設(shè)備的使用造成了諸多不便，可以說，電池供電問題已經(jīng)成了 電子產(chǎn)品行業(yè)高速發(fā)展過程中面臨的最大挑戰(zhàn)。
而太陽能作為一種干凈、清潔、無污染、取之不盡用之不竭的能源，無疑 是非常具有開發(fā)價(jià)值的。并且，太陽能由于其特殊性，使得任何日光可以照射 到的時(shí)間和地點(diǎn)都可以方便快捷的采集和存儲(chǔ)，這給太陽能的使用提供了極大 的便利。只要解決太陽能充電設(shè)備的充電效率、攜帶重量和尺寸以及制造成本 等閑素，就可以使移動(dòng)電子設(shè)備在戶外長(zhǎng)時(shí)間使用成為可能。
目前國外便攜式薄膜太陽能供電產(chǎn)品可以做到充電時(shí)間短，便攜等高性能，
但是其價(jià)格也非常高。而國內(nèi)產(chǎn)品雖然價(jià)格較低，但其性能較差，實(shí)用性不高。 Pl由々k A品灼友龍?zhí)餅橛蒮f未n由承禾急定杜i、a題誥滯的辨^tfc由沿備沄籽異孕干
擾，充電器壽命不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種便攜式智能仿生薄膜太陽 能供電設(shè)備。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的 一種便攜式智能仿生太陽能 供電設(shè)備，它主要由可調(diào)輸出電壓太陽能模組、兩個(gè)直流一直流轉(zhuǎn)換模塊、控 制單元、雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路和可調(diào)壓電池組組成；其中，第一直流一直流轉(zhuǎn)換
模塊與可調(diào)輸出電壓太陽能模組相連，并與雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路相連；可調(diào)壓電 池組與雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路相連；雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路的輸出與第二直流-直流轉(zhuǎn)換 模塊相連；控制單元分別與第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊、第二直流一直流轉(zhuǎn)換模 塊、可調(diào)輸出電壓太陽能模組、可調(diào)壓電池組以及雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路均相連。 本發(fā)明的有益效果是
1、 利用植物枝葉仿生學(xué)原理，根據(jù)各太陽能模組反饋信息動(dòng)態(tài)調(diào)整各葉片角 度和利用動(dòng)態(tài)電路實(shí)時(shí)調(diào)整輸出電壓，穩(wěn)定輸出電流。
2、 設(shè)備根據(jù)負(fù)載的輸出電壓要求，智能調(diào)整內(nèi)部太陽能模組和內(nèi)置電池的串 并聯(lián)關(guān)系，將各模塊的輸出電壓調(diào)整到接近負(fù)載輸出電壓的附近，降低直 流變壓過程中的損耗，最大幅度的提升整體轉(zhuǎn)換效率。使產(chǎn)品體積更便攜， 更小巧，充電時(shí)間更短，效率更高，使用壽命更長(zhǎng)。


圖l是本發(fā)明便攜式智能仿生薄膜太陽能供電設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖2是圖1所示直流-直流轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)框圖3是圖1所示控制單元的結(jié)構(gòu)框圖4是圖1所示雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路的結(jié)構(gòu)框圖5是圖1所示可調(diào)輸出電壓太陽能模組的結(jié)構(gòu)框圖6是圖1所示可調(diào)壓電池組的結(jié)構(gòu)框具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。 如圖l所示，本發(fā)明便攜式智能仿生太陽能供電設(shè)備由如下幾個(gè)模塊組成: 可調(diào)輸出電壓太陽能模組、第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊、第二直流一直流轉(zhuǎn)換模
塊、控制爭(zhēng)元、雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路以及可調(diào)壓電池組構(gòu)成。其內(nèi)部模塊連接關(guān) 系為第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊與可調(diào)輸出電壓太陽能模組相連，并與雙向?qū)?通開關(guān)電路相連；可調(diào)壓電池組與雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路相連；雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路 的輸出與第二直流-直流轉(zhuǎn)換模塊相連；控制單元與第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊、
第二直流一直流轉(zhuǎn)換模塊、可調(diào)輸出電壓太陽能模組、可調(diào)壓電池組以及雙向
導(dǎo)通開關(guān)電路均相連。
如圖2所示，第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊的主要作用是將電源適配器輸出的 直流電壓根據(jù)控制單元的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需要的輸出電壓。其主要由脈沖寬 度調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路、第一電源場(chǎng)效應(yīng)管、第—電源場(chǎng)效應(yīng)管、輸出電感、輸出 電容組成。脈沖寬度調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路與第一電源場(chǎng)效應(yīng)管和第二電源場(chǎng)效應(yīng)管 相連，第一電源場(chǎng)效應(yīng)管和第二電源場(chǎng)效應(yīng)管與輸出電感相連，輸出電感與輸 出電容相連，輸出電感與脈沖寬度調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路相連。第二直流一直流轉(zhuǎn)換 模塊的主要作用是將雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路輸出的直流電壓根據(jù)控制單元的控制信 號(hào)轉(zhuǎn)換成所需要的輸出電壓。其組成結(jié)構(gòu)與第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊是相同的。
如圖3所示控制單元的主要作用是根據(jù)用戶輸出電壓的設(shè)置與電源適配器 輸出電壓、太陽能模組、電池組的輸出電壓情況進(jìn)行智能判斷，輸出各個(gè)模塊 的控制信號(hào)?？刂茊卧饕蛇\(yùn)算單元與雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路控制單元兩部分組 成。運(yùn)算單元和雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路控制單元直接相連。通過控制單元的控制， 本發(fā)明中薄膜太陽能模組、電池組均可根據(jù)輸出電壓的設(shè)置進(jìn)行串并聯(lián)關(guān)系的 選擇從而使其輸出電壓與將各模塊的輸出電壓調(diào)整到接近負(fù)載輸出電壓的附 近，降低直流變壓過程中的損耗，最大幅度的提升整體轉(zhuǎn)換效率。太陽能模組 和電源適配器輸出從第一直流-直流轉(zhuǎn)換模塊中輸出的電壓高于可調(diào)壓電池組 的輸出電壓，在太陽能模組或電源適配器可以提供電源時(shí)，給電池組充電。
如圖4所示，雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路的主要作用是將太陽能模組輸出的直流電 壓和電池組輸出電壓經(jīng)過控制單元的控制信號(hào)來輸出到第二直流一直流轉(zhuǎn)換模 塊。其主要由第一開關(guān)單元(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)和第二開關(guān)單元兩 個(gè)部分組成。第一開關(guān)單元與第二開關(guān)單元直接相連。
如圖5所示，所述的可調(diào)輸出電壓太陽能模組由太陽能電池陣列和控制單 元兩部分組成。其中太陽能電池陣列由數(shù)個(gè)太陽能電池組成，每個(gè)太陽能電池 分別與控制單元相連接，由控制單元負(fù)責(zé)控制各電池之間的級(jí)聯(lián)關(guān)系，以達(dá)到 控制輸出電壓和電流的目的。
如圖6所示，所述的可調(diào)壓電池組由電池陣列和控制單元兩部分組成。其
中電池陣列由數(shù)個(gè)可充電電池組成，每個(gè)可充電電池分別與控制單元相連接， 由控制單元負(fù)責(zé)控制各電池之間的級(jí)聯(lián)關(guān)系，以達(dá)到控制輸出電壓和充電電壓 的目的。
實(shí)施例
本實(shí)施例描述了本發(fā)明的一種使用情況，如圖l，可調(diào)輸出電壓太陽能模組
通過串并聯(lián)模式的改變，可輸出6V/12V/24V三種可選電壓。電源適配器輸出電 壓為24V，通過第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊后，由控制單元選擇輸出為 5. 4V/10. 8V/21. 6V中的一個(gè)?？烧{(diào)壓電池組輸出為4. 8V/9. 6V/19. 2V中的一種， 同樣由控制單元控制。在本實(shí)施例下，本發(fā)明可以對(duì)外提供5V/ 6V/ 9V/ 12V/16V/19V可由用戶選擇的電壓，最大輸出功率為70W。
便攜式智能仿生太陽能供電設(shè)備實(shí)施例由如下幾個(gè)模塊組成可調(diào)輸出電 壓太陽能模組、第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊、第二直流一直流轉(zhuǎn)換模塊、控制單 元、雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路以及可調(diào)壓電池組構(gòu)成。其內(nèi)部模塊連接關(guān)系為第一 直流一直流轉(zhuǎn)換模塊與可調(diào)輸出電壓太陽能模組相連，并與雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路
相連；可調(diào)壓電池組與雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路相連；雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路的輸出與直 流-直流轉(zhuǎn)換模塊2相連；控制單元與第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊、第二直流一直 流轉(zhuǎn)換模塊、可調(diào)輸出電壓太陽能模組、可調(diào)壓電池組以及雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路 均相連。
可調(diào)輸出電壓太陽能模組的太陽能電池由三菱公司的硅薄膜太陽能模塊
通過程序控制各電路的導(dǎo)通與閉合，實(shí)現(xiàn)控制各電池之間的級(jí)聯(lián)關(guān)系，調(diào)節(jié)輸 出電壓。
可調(diào)壓電池組中的電池由Nokia公司的BP-6MT組成，控制單元由T0P224P 開關(guān)芯片及80C51控制芯片和相關(guān)軟件組成，通過程序控制各電路的導(dǎo)通與閉 合，實(shí)現(xiàn)控制各電池之間的級(jí)聯(lián)關(guān)系，調(diào)節(jié)輸出電壓和充電電壓。
雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路中的第一開關(guān)單元和第二開關(guān)單元可選用HEXFET公司的 IRFR5305電源金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管。最大電流可達(dá)31A，開路電阻為0.065歐 姆。
控制單元主要由運(yùn)算單元與雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路控制單元兩部分組成。運(yùn)算 單元(41)和雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路控制單元(42)直接相連。用戶輸出電壓設(shè)置 傳送到運(yùn)算單元，運(yùn)算單元根據(jù)太陽能模組、電源適配器和電池組輸出電壓的
情況判斷各個(gè)模塊工作情況，比如，電源適配器輸出電壓為零，則說明此時(shí)系 統(tǒng)沒有外接電源適配器。運(yùn)算單元的輸出直接控制第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊和 第二直流一直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出電壓，以及太陽能模組和電池組的串并聯(lián)關(guān)系。 運(yùn)算單元輸出到雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路控制單元，再由該單元給出控制信號(hào)分別控 制雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路中的第一開關(guān)單元和第二開關(guān)單元。本實(shí)施例中，運(yùn)算單
元選用NEC公司的8位單片機(jī)UPD78F9222，雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路控制單元選用了 MAXIM公司的MAX2321EUP電平轉(zhuǎn)換芯片。
所述的第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊(3)主要由脈沖寬度調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路(33)、 第一電源場(chǎng)效應(yīng)管(31)和第二電源場(chǎng)效應(yīng)管(34)、輸出電感(32)、輸出電 容(35)組成。脈沖寬度調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路與第一電源場(chǎng)效應(yīng)管和第二電源場(chǎng)效 應(yīng)管相連，第一電源場(chǎng)效應(yīng)管和第二電源場(chǎng)效應(yīng)管與輸出電感相連，輸出電感 與輸出電容相連，輸出電感與脈沖寬度調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路相連。在本實(shí)施例中， 脈沖寬度調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路和第一電源場(chǎng)效應(yīng)管和第二電源場(chǎng)效應(yīng)管采用了美國 Fairchild公司的電源轉(zhuǎn)換芯片F(xiàn)AN2103，它有3A的輸出電流，可根據(jù)輸入電 壓調(diào)節(jié)輸出電壓，最大95%的轉(zhuǎn)換效率。輸出電感采用330uH的線圈電感，輸 出電容采用了 33uF30V貼片電容和470uF30V'電解電容組成的電容組。
第二直流一直流轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)與第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊相同，因此其 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)與第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊一致，不再贅述。
盡管結(jié)合數(shù)量有限的實(shí)施例說明了本發(fā)明，本領(lǐng)域的熟練人員顯然知道據(jù) 此有許多修改和變體。后附的權(quán)利要求旨在包括這些符合本發(fā)明的真正精神和 范圍的修改和變體。
權(quán)利要求
1.一種便攜式智能仿生太陽能供電設(shè)備，其特征在于，它主要由可調(diào)輸出電壓太陽能模組、兩個(gè)直流-直流轉(zhuǎn)換模塊、控制單元、雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路和可調(diào)壓電池組組成。其中，第一直流-直流轉(zhuǎn)換模塊與可調(diào)輸出電壓太陽能模組相連，并與雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路相連；可調(diào)壓電池組與雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路相連；雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路的輸出與第二直流-直流轉(zhuǎn)換模塊相連；控制單元分別與第一直流-直流轉(zhuǎn)換模塊、第二直流-直流轉(zhuǎn)換模塊、可調(diào)輸出電壓太陽能模組、可調(diào)壓電池組以及雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路均相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式智能仿生太陽能供電設(shè)備，其特征在于，所述 第一直流一直流轉(zhuǎn)換模塊主要由脈沖寬度調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路、第一電源場(chǎng)效應(yīng)管、 第二電源場(chǎng)效應(yīng)管、輸出電感和輸出電容組成。脈沖寬度調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路分別 與第一電源場(chǎng)效應(yīng)管和第二電源場(chǎng)效應(yīng)管相連，第一電源場(chǎng)效應(yīng)管和第二電源 場(chǎng)效應(yīng)管分別與輸出電感相連，輸出電感與輸出電容相連，輸出電感與脈沖寬 度調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式智能仿生太陽能供電設(shè)備，其特征在于，所述 控制單元土要由運(yùn)算單元與雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路控制單元組成。運(yùn)算單元和雙向 導(dǎo)通開關(guān)電路控制單元直接相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的便攜式智能仿生太陽能供電設(shè)備，其特征在于，所述 雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路主要由第一開關(guān)單元和第二開關(guān)單元組成。第一開關(guān)單元與 第二開關(guān)單元直接相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的便攜式智能仿生太陽能供電設(shè)備，其特征在于，所述 可調(diào)輸出電壓太陽能模組主要由太陽能電池陣列和控制單元組成。其中，太陽 能電池陣列由數(shù)個(gè)太陽能電池組成，每個(gè)太陽能電池分別與控制單元相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的便攜式智能仿生太陽能供電設(shè)備，其特征在于，所述 可調(diào)壓電池組主要由電池陣列和控制單元組成。其中，電池陣列由數(shù)個(gè)可充電 電池組成，每個(gè)可充電電池分別與控制單元相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種便攜式智能仿生太陽能供電設(shè)備，它主要由可調(diào)輸出電壓太陽能模組、兩個(gè)直流—直流轉(zhuǎn)換模塊、控制單元、雙向?qū)ㄩ_關(guān)電路和可調(diào)壓電池組組成；本發(fā)明利用植物枝葉仿生學(xué)原理，根據(jù)各太陽能模組反饋信息動(dòng)態(tài)調(diào)整各葉片角度和利用動(dòng)態(tài)電路實(shí)時(shí)調(diào)整輸出電壓，穩(wěn)定輸出電流；設(shè)備根據(jù)負(fù)載的輸出電壓要求，智能調(diào)整內(nèi)部太陽能模組和內(nèi)置電池的串并聯(lián)關(guān)系，將各模塊的輸出電壓調(diào)整到接近負(fù)載輸出電壓的附近，降低直流變壓過程中的損耗，最大幅度的提升整體轉(zhuǎn)換效率；產(chǎn)品體積更便攜，更小巧，充電時(shí)間更短，效率更高，使用壽命更長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101345427SQ20081006207
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者戴子丹 申請(qǐng)人:戴子丹