專利名稱：自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于儲(chǔ)能電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是提供了一種自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源。
背景技術(shù)：
潔凈的能源、方便地充電，這是現(xiàn)代社會(huì)每個(gè)人的需求。目前廣泛使用的鎳氫、 鋰電都會(huì)造成環(huán)境污染，并且它們共同的不足就是充電次數(shù)少，每次充電時(shí)間長(zhǎng)。 隨著超級(jí)電容技術(shù)的發(fā)展，單體電容的容量可達(dá)到2000F以上，充電10秒 幾分鐘 可達(dá)到額定容量的95%以上，充放電循環(huán)使用次數(shù)可達(dá)50萬(wàn)次，其產(chǎn)品原材料構(gòu)成、 生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存以及拆解過(guò)程均沒(méi)有污染。所以設(shè)計(jì)輸入電壓范圍寬、輸出電壓 穩(wěn)定、工作效率高的超級(jí)電容儲(chǔ)能電源將是理想的綠色環(huán)保電源。
目前公開(kāi)的電容儲(chǔ)能電源(裝置)的不足之處有五個(gè)方面，每種裝置都存在其 中一種以上不足。
1、 充電電壓范圍窄，充電電路效率低。因?yàn)殡娙蓦妷狠^低，用交流輸入時(shí)降壓 電路損耗了大部分電能。
2、 用于儲(chǔ)能的電容單體容量小，儲(chǔ)存能量太少，不足以作為實(shí)用電源。
3、 沒(méi)有輸出穩(wěn)壓電路，電容電壓直接作為輸出電壓，而電容電壓在放電時(shí)隨時(shí) 間下降很快，所以不能對(duì)負(fù)載提供穩(wěn)定的電壓。
4、 輸出穩(wěn)壓電路效率低。穩(wěn)壓電路消耗的功率大，電容的儲(chǔ)能很大一部分浪費(fèi) 在電源內(nèi)部，電源的輸出效率很低。
5、 沒(méi)有電源狀態(tài)指示。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，解決了以上五個(gè)方 面的不足，本發(fā)明提供一種自發(fā)電電源，它是輸入電壓范圍寬、輸出電壓穩(wěn)定、功 耗小、工作效率高的自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，它提供3 30種輸出電壓，并有輸 入過(guò)充和輸出電壓的狀態(tài)指示。
本發(fā)明由手搖發(fā)電機(jī)、全波整流電路、充電控制電路、儲(chǔ)能電容模塊和輸出穩(wěn) 壓電路五部分組成，見(jiàn)圖1。
手搖發(fā)電機(jī)1可以采用常見(jiàn)的手搖或腳踏交流發(fā)電機(jī)。
手搖發(fā)電機(jī)1的輸出電壓經(jīng)全波整流電路2整流后作為充電控制電路3的輸入 電壓。
充電控制電路3的正常輸入電壓是在7V-60V范圍變化的直流電壓。充電控制電 路3具有電壓過(guò)高報(bào)警功能，當(dāng)手搖或腳踏的速度過(guò)快，充電控制電路3的輸入電 壓超過(guò)60V時(shí)，電壓過(guò)高報(bào)警功能起作用，點(diǎn)亮發(fā)光二極管LED1，提醒使用者降低 轉(zhuǎn)速。充電控制電路3的輸出電壓可以通過(guò)電阻R2和R3進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就可以根據(jù)需要給不同電壓的儲(chǔ)能電容模塊充電。充電控制電路的輸出電壓可由電路參數(shù)調(diào) 節(jié)，便于給不同額定電壓的儲(chǔ)能電容模塊充電。
充電控制電路使用了芯片LM2576HV-ADJ，芯片LM2576HV-ADJ的管腳"寸地 接電容(Cl)，芯片LM2576HV-ADJ的管腳i同時(shí)對(duì)地接穩(wěn)壓管(Dl)、電阻(Rl)、 發(fā)光二極管(LED1)串聯(lián)的支路，當(dāng)芯片LM2576HV-ADJ的管腳i的電壓超過(guò)50V 時(shí)，發(fā)光二極管(LED1)亮，表明手搖或腳踏發(fā)電機(jī)的電壓過(guò)高，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。
芯片LM2576HV-ADJ的管腳2對(duì)地接二極管(D2)，芯片LM2576HV-ADJ的管 腳2同時(shí)接電感(Ll )，電感(Ll)的另一端子為充電控制電路的電壓輸出端子(VI )， 充電控制電路的電壓輸出端子(VI)對(duì)地接電容(C2)，充電控制電路的電壓輸出 端子(VI)同時(shí)對(duì)地接電阻(R2)和電阻(R3)支路，芯片LM2576HV-ADJ的管 腳4接電阻(R2)和電阻(R3)之間的節(jié)點(diǎn)，改變電阻(R2)和電阻(R3)的阻值， 可以改變輸出電壓值。
充電控制電路的輸出端(VI)對(duì)地接有二極管(D3)、發(fā)光二極管(LED2)、 電阻(R4)串聯(lián)的支路，當(dāng)超級(jí)電容充滿電時(shí)，發(fā)光二極管(LED2)亮，指示電容 已充滿電，應(yīng)停止發(fā)電。
儲(chǔ)能電容模塊4由超級(jí)電容和保護(hù)電路構(gòu)成。儲(chǔ)能電容模塊的后面接輸出穩(wěn)壓 電路，在儲(chǔ)能電容模塊的電壓由額定下降為0.3V時(shí)，輸出穩(wěn)壓電路都能使電源的輸 出電壓保持穩(wěn)定，電源可以大電流快速充電然后長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地放電，是綠色環(huán)保電 源。
超級(jí)電容可以根據(jù)需要釆用單體超級(jí)電容或?qū)? 100個(gè)超級(jí)電容并聯(lián)組合，使 儲(chǔ)能電容模塊實(shí)現(xiàn)不同的額定電壓和額定容量。保護(hù)電路具有防止超級(jí)電容過(guò)電壓、 防止超級(jí)電容對(duì)充電控制電路放電、電容充滿電后點(diǎn)亮發(fā)光二極管LED2報(bào)警等功能。
輸出穩(wěn)壓電路5能提供3 30組恒定的輸出電壓，當(dāng)儲(chǔ)能電容模塊4的電壓由 額定一直降到0.3V，輸出電壓都能保持穩(wěn)定。輸出穩(wěn)壓電路5的負(fù)載有一組發(fā)光二 極管(LED3 LED5)，最多可以并接11個(gè)白色發(fā)光二極管，這組發(fā)光二極管可以用開(kāi) 關(guān)K1控制通斷。輸出穩(wěn)壓電路5還有4V、 5V的輸出接口，它們可以分別用開(kāi)關(guān)K2 和K3控制通斷。4V、 5V的輸出接口可以為手機(jī)充電或作為小電器的電源。當(dāng)4V輸 出接口有電壓時(shí)，發(fā)光二極管LED6和LED7亮，當(dāng)5V輸出接口有電壓時(shí)，發(fā)光二極 管LED8亮。根據(jù)具體需要，選擇不同輸出電壓的NCP1402芯片，還可以提供1.8V 至5.0V范圍內(nèi)，增量為100mV的輸出電壓。
芯片NCP1402是輸出穩(wěn)壓電路(5)的核心，該芯片可以提供1.8V到5V、間隔 100mV的直流輸出電壓，將兩路或3 10路輸出并聯(lián)，就可以增加輸出電流，在應(yīng)用 中可以根據(jù)用電設(shè)備的容量，確定輸出穩(wěn)壓電路的輸出電壓和輸出電流，選擇 NCP1402芯片參數(shù)。
芯片NCP1402的外接元件有電感(L2、 L3、 L4、 L5)、 二極管(D5、 D6、 D8、 D10) 和電容(C3、 C4、 C5、 C6),其中電感(L2、 L3、 L4、 L5)的一個(gè)端子經(jīng)開(kāi)關(guān)接到超級(jí)電容的非接地端子(V2)，電感(L2、 L3、 L4、 L5)的另一個(gè)端子接芯片NCP1402 的管腳5， 二極管(D5、 D6、 D8、 D10)的正極接芯片NCP1402的管腳5， 二極管(D5、 D6、 D8、 D10)的負(fù)極接的電容(C3、 C4、 C5、 C6)，電容(C3、 C4、 C5、 C6)另一 端子接地，二極管(D5、 D6、 D8、 D10)負(fù)極端子也是自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源的輸 出電壓端子。
本發(fā)明可以提供3 30組輸出電壓，一組接用于照明的發(fā)光二極管(LED3、LED4、 LED5)，其它輸出電壓(4V、 5V，或者1.8V到5V、間隔100mV的直流輸出電壓)可 以給手機(jī)充電或者作為小電器的電源。
本發(fā)明的有益效果是，可以給野外作業(yè)等無(wú)交流電源的工作環(huán)境提供自發(fā)電電 源，該電源可以通過(guò)手搖或腳踏快速充電，電能儲(chǔ)存在超級(jí)電容中，然后穩(wěn)定地放 電，可帶的負(fù)載有一組LDE燈和4V、 5V或者1. 8V到5V、間隔100mV的直流輸出電 壓等輸出接口，可以給手機(jī)充電或作為小電器的電源。本發(fā)明的特點(diǎn)是輸入電壓范 圍寬，輸出電壓穩(wěn)定，功耗小，效率高，可以大電流快速充電然后通過(guò)輸出穩(wěn)壓電 路長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地放電。
圖1是本發(fā)明的技術(shù)方案框圖。
圖2是本發(fā)明的充電電路原理圖。全波整流電路2采用整流橋。
圖3是本發(fā)明的儲(chǔ)能電容模塊4的電路原理圖。
圖4是本發(fā)明的輸出穩(wěn)壓電路5的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
圖1 圖4為本發(fā)明的一種實(shí)施方式。
其中，圖2中充電控制電路3的具體結(jié)構(gòu)和作用是，采用LM2576HV-ADJ芯片， 芯片的輸入電壓是7V-60V范圍內(nèi)的可變直流電壓，輸出電壓可調(diào)，輸出電壓的表達(dá)
式為V1=Vref(1 + R2/R3，其中Vref=23V，電阻R3的阻值范圍是lkΩ至5kΩ，
當(dāng)確定了輸出電壓后，可以根據(jù)上式計(jì)算電阻R2和R3的數(shù)值。芯片LM2576HV-ADJ 的管腳1接全波整流電路2的輸出電壓。芯片LM2576HV-ADJ的管腳t同時(shí)對(duì)地接兩個(gè) 支路， 一個(gè)是由穩(wěn)壓管D1、電阻R1和發(fā)光二極管LED1組成的支路，用于在手搖發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)報(bào)警；另一個(gè)是由電容Cl組成的支路，用于濾波。芯片LM2576HV-ADJ 的管腳3和芯片LM2576HV-ADJ的管腳5直接接地。芯片LM2576HV-ADJ的管腳2接二 極管D2、電感線圈L1和電容C2， L1和C2中間的節(jié)點(diǎn)是充電控制電路3的輸出電壓 VI。芯片LM2576HV-ADJ的管腳4接到電阻R2和R3中間的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)R2和R3 的比值可以改變充電控制電路3的輸出電壓VI。
圖3是超級(jí)電容模塊4的構(gòu)成原理圖，其中二極管D4防止超級(jí)電容對(duì)充電控制 電路放電，二極管D3、發(fā)光二極管LED2、電阻R4具有超級(jí)電容充滿電時(shí)報(bào)警的功 能，當(dāng)超級(jí)電容充滿電后，發(fā)光二極管LED2亮，應(yīng)該停止手搖發(fā)電機(jī)的工作。圖3中的超級(jí)電容用于儲(chǔ)存電能，可以是單體超級(jí)電容或者由2 幾百個(gè)超級(jí)電容并聯(lián)構(gòu)成。
圖4是輸出穩(wěn)壓電路5的構(gòu)成原理圖，其中NCP1402芯片是微功率脈沖頻率調(diào) 制升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，按從上往下的順序，第一個(gè)NCP1402芯片的輸出電壓是3V，輸 出電流最大可達(dá)200mA，電感L2接在超級(jí)電容輸出電壓V2和NCP1402芯片的管腳5 之間，NCP1402芯片的管腳5對(duì)地接二極管D5和電容C3，當(dāng)超級(jí)電容輸出電壓V2從 超級(jí)電容的額定電壓一直降到0. 3V， 二極管D5和電容C3之間的節(jié)點(diǎn)都可以輸出穩(wěn) 定的3V電壓，用于點(diǎn)亮白色發(fā)光二極管進(jìn)行照明。第二個(gè)NCP1402芯片和第三個(gè) NCP1402芯片的輸出電壓是4V,它們的輸出并聯(lián)，可以提供的最大輸出電流為400mA， 可以為手機(jī)充電或作為其它電源。當(dāng)輸出端子Voutl有4V電壓時(shí)，發(fā)光二極管LED6 和LED7點(diǎn)亮，表示輸出端子Voutl正常。第四個(gè)NCP1402芯片的輸出電壓是5V，最 大輸出電流200mA，它可以為手機(jī)充電或作為其它電源。當(dāng)輸出端子Vout2有5V電 壓時(shí)，發(fā)光二極管LED8點(diǎn)亮，表示輸出端子Vout2正常。從圖4電路可以看出，芯 片NCP1402是輸出穩(wěn)壓電路5的核心，該芯片可以提供1. 8V到5V、間隔100mV的直 流輸出電壓，將兩路或3 10路輸出并聯(lián)，就可以增加輸出電流，在應(yīng)用中可以根 據(jù)用電設(shè)備的容量，確定輸出穩(wěn)壓電路5的輸出電壓和輸出電流，選擇NCP1402芯 片參數(shù)，然后確定超級(jí)電容的額定電壓和容量，就可以構(gòu)成相應(yīng)的自發(fā)電超級(jí)電容 儲(chǔ)能電源。
權(quán)利要求
1、一種自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，由手搖發(fā)電機(jī)、全波整流電路、充電控制電路、儲(chǔ)能電容模塊和輸出穩(wěn)壓電路構(gòu)成，其特征是手搖發(fā)電機(jī)(1)的輸出電壓經(jīng)全波整流電路(2)整流后作為充電控制電路(3)的輸入電壓，充電控制電路(3)的輸入電壓是在7V-60V范圍變化的直流電壓，充電控制電路(3)具有電壓過(guò)高報(bào)警功能，儲(chǔ)能電容模塊(4)由超級(jí)電容和保護(hù)電路構(gòu)成，儲(chǔ)能電容模塊的后面接輸出穩(wěn)壓電路(5)，在儲(chǔ)能電容模塊(4)的電壓由額定下降為0.3V時(shí)，輸出電壓都能保持穩(wěn)定。
2、 根據(jù)權(quán)利l要求所述的自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，其特征是充電控制電路(3) 使用了芯片LM2576HV-ADJ，芯片LM2576HV-ADJ的管腳i對(duì)地接電容(Cl)，芯片 LM2576HV-ADJ的管腳i同時(shí)對(duì)地接穩(wěn)壓管(Dl)、電阻(Rl)、發(fā)光二極管(LED1)串 聯(lián)的支路，當(dāng)芯片LM2576HV-ADJ的管腳i的電壓超過(guò)50V時(shí)，發(fā)光二極管(LED1)亮， 表明手搖或腳踏發(fā)電機(jī)的電壓過(guò)高，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速。
3、 根據(jù)權(quán)利2要求所述的自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，其特征是芯片LM2576HV-ADJ 的管腳2對(duì)地接二極管(D2)，芯片LM2576HV-ADJ的管腳2同時(shí)接電感(L1)，電感(L1) 的另一端子為充電控制電路的電壓輸出端子(Vl)，充電控制電路的電壓輸出端子(VI) 對(duì)地接電容(C2)，充電控制電路的電壓輸出端子(VI)同時(shí)對(duì)地接電阻(R2)和電阻(R3) 支路，芯片LM2576HV-ADJ的管腳4接電阻(R2)和電阻(R3)之間的節(jié)點(diǎn)，改變電阻(R2)和電阻(R3)的阻值，改變輸出電壓值。
4、 根據(jù)權(quán)利l要求所述的自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，其特征是充電控制電路(1) 的輸出端(VI)對(duì)地接有二極管(D3)、發(fā)光二極管(LED2)、電阻(R4)串聯(lián)的支路， 當(dāng)超級(jí)電容充滿電時(shí)，發(fā)光二極管(LED2)亮，指示電容已充滿電，應(yīng)停止發(fā)電。
5、 根據(jù)權(quán)利1要求所述的自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，其特征是所述的超級(jí)電容為 單體電容，或者是2 100個(gè)超級(jí)電容的并聯(lián)。
6、 根據(jù)權(quán)利l要求所述的自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，其特征是輸出穩(wěn)壓電路(5) 的核心是芯片NCP1402，芯片NCP1402提供1. 8V到5V、間隔100mV的直流輸出電壓，將 兩路或3 10路輸出并聯(lián)，增加輸出電流。
7、 根據(jù)權(quán)利6要求所述的自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，其特征是芯片NCP1402的外 接元件有電感(L2、 L3、 L4、 L5)、 二極管(D5、 D6、 D8、 D10)和電容(C3、 C4、 C5、 C6)， 其中電感(L2、 L3、 L4、 L5)的一個(gè)端子經(jīng)開(kāi)關(guān)接到超級(jí)電容的非接地端子(V2)，電感(L2、 L3、 L4、 L5)的另一個(gè)端子接NCP1402的管腳5， 二極管(D5、 D6、 D8、 D10)的正 極接NCP1402的管腳5， 二極管(D5、 D6、 D8、 D10)的負(fù)極接的電容(C3、 C4、 C5、 C6)， 電容(C3、 C4、 C5、 C6)另一端子接地，二極管(D5、 D6、 D8、 D10)負(fù)極端子也是自發(fā) 電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源的輸出電壓端子。
全文摘要
一種自發(fā)電超級(jí)電容儲(chǔ)能電源，屬于儲(chǔ)能電源技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由手搖發(fā)電機(jī)、全波整流電路、充電控制電路、儲(chǔ)能電容模塊和輸出穩(wěn)壓電路構(gòu)成，其特征是手搖發(fā)電機(jī)的輸出電壓經(jīng)全波整流電路整流后作為充電控制電路的輸入電壓，充電控制電路的輸入電壓是在7V-60V范圍變化的直流電壓，充電控制電路具有電壓過(guò)高報(bào)警功能，儲(chǔ)能電容模塊由超級(jí)電容和保護(hù)電路構(gòu)成，儲(chǔ)能電容模塊的后面接輸出穩(wěn)壓電路，在儲(chǔ)能電容模塊的電壓由額定下降為0.3V時(shí)，輸出電壓都能保持穩(wěn)定。優(yōu)點(diǎn)在于輸入電壓范圍寬、輸出電壓穩(wěn)定、功耗小、工作效率高；可以大電流快速充電然后長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地放電，是綠色環(huán)保電源。
文檔編號(hào)H02J15/00GK101202471SQ200710179750
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者李世瓊 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)