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1、(10)申请公布号 CN 102664444 A (43)申请公布日 2012.09.12 C N 1 0 2 6 6 4 4 4 4 A *CN102664444A* (21)申请号 201210172239.8 (22)申请日 2012.05.30 H02J 7/00(2006.01) H05B 37/00(2006.01) (71)申请人江苏应能微电子有限公司 地址 213023 江苏省常州市钟楼区玉龙路 213号高新技术创业服务中心创建大 厦5A11 (72)发明人朱伟东 林峰 (74)专利代理机构苏州广正知识产权代理有限 公司 32234 代理人刘述生 (54) 发明名称 低电压充电。
2、电路及使用该低电压充电电路的 太阳能灯 (57) 摘要 本发明提出一种高充电效率的低电压充电电 路，其包括低压输出电源、受控开关元件、控制元 件及蓄电器。受控开关元件为一可控开关元件，其 连接于至低压输出电源和蓄电器之间。控制元件 与受控开关元件通过一控制端口电性连接，且该 控制元件连接于至低压输出电源和蓄电器之间。 该控制元件的第一控制信号检测端连接至低压输 出电源，该控制元件的第二控制信号检测端连接 至蓄电器。所述低压输出电源的输出电压经由受 控开关元件及控制元件单向流入蓄电器。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发。
3、明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种低电压充电电路，其包括低压输出电源及蓄电器，其特征在于，该低电压充电电 路进一步包括： 受控开关元件，其为一可控开关元件，其连接于至低压输出电源和蓄电器之间；及 控制元件，与受控开关元件通过一控制端口电性连接，且该控制元件连接于至低压输 出电源和蓄电器之间，该控制元件的第一控制信号检测端连接至低压输出电源，该控制元 件的第二控制信号检测端连接至蓄电器； 其中，低压输出电源的输出电压经由受控开关元件及控制元件单向流入蓄电器。 2.根据权利要求1所述的低电压充电电路，其特征在于，所述控制元件的第一控制信 号检测端连。
4、接至受控开关元件与低压输出电源之间，控制元件的第二控制信号检测端连接 至受控开关元件与蓄电器之间，且所述低压输出电源、蓄电器及控制元件进一步连接至一 个共同接地。 3.根据权利要求2所述的低电压充电电路，其特征在于，所述受控开关元件为一P型场 效应管，控制元件为一比较器，P型场效应管的漏极连接至低压输出电源的正极，栅极通过 控制端口与控制元件的输出端连接，源极连接至蓄电器的正极，且低压输出电源的负极、蓄 电器的负极及控制元件连接至一个共同接地，控制元件的电源端通过连接线连接至蓄电器 的正极，控制元件的反相输入端通过内部偏置电压元件连接至低压输出电源，控制元件的 同相输入端连接至蓄电器。 4.根。
5、据权利要求1所述的低电压充电电路，其特征在于，所述受控开关元件，其一端连 接至低压输出电源，另一端连接至蓄电器，且与低压输出电源及蓄电器连接至一个共同接 地；所述控制元件的第一控制信号检测端连接至低压输出电源与受控开关元件之间的共同 接地；第二控制信号检测端连接至蓄电器与受控开关元件之间的共同接地；低压输出电源 和蓄电器的正极通过一连接线连接；控制元件进一步连接至该连接线。 5.根据权利要求4所述的低电压充电电路，其特征在于，所述受控开关元件为一P型场 效应管，该P型场效应管的开关由控制元件控制，所述P型场效应管的栅极通过所述控制端 口与控制元件连接，源极连接至低压输出电源，漏极连接至蓄电器；。
6、且P型场效应管的源极 和漏极与低压输出电源及蓄电器连接至一个共同接地；控制元件的第一控制信号检测端连 接至蓄电器与P型场效应管漏极之间的共同接地；控制元件的第二控制信号检测端连接至 低压输出电源与P型场效应管源极之间的接地；低压输出电源和蓄电器的正极通过一连接 线连接，控制元件进一步连接至所述连接线。 6.根据权利要求1、2、4任一项所述的低电压充电电路，其特征在于，所述受控开关元 件由场效应管、可控硅管、或者绝缘栅双极型晶体管实现。 7.根据权利要求1所述的低电压充电电路，其特征在于，所述低压输出电源为太阳能 板，所述蓄电器为一可充电电池。 8.根据权利要求1所述的低电压充电电路，其特征在于。
7、，当所述控制元件的第一控制 信号检测端的电压高于或等于第二控制信号检测端的电压，控制元件控制受控开关元件导 通；当第一控制信号检测端的电压小于或等于第二控制信号检测端的电压，控制元件关断 受控开关元件。 9.一种太阳能灯，其包括低压充电电路、发光二极管开关元件、限流电阻及发光二极 管，低压充电电路与发光二极管开关元件、限流电阻及发光二极管依次连接，所述低压充电 权 利 要 求 书CN 102664444 A 2/2页 3 电路包括低压输出电源及蓄电器，其特征在于，所述低电压充电电路进一步包括： 受控开关元件，其为一可控开关元件，其连接于至低压输出电源和蓄电器之间；及 控制元件，与受控开关元件通。
8、过一控制端口电性连接，且该控制元件连接于至低压输 出电源和蓄电器之间，该控制元件的第一控制信号检测端连接至低压输出电源，该控制元 件的第二控制信号检测端连接至蓄电器； 其中，低压输出电源的输出电压经由受控开关元件及控制元件单向流入蓄电器；蓄电 器的正极进一步连接发光二极管开关元件和限流电阻，再连接至发光二极管。 10.根据权利要求9所述的太阳能灯，其特征在于，所述控制元件由一比较器来实现， 发光二极管开关由三极管来实现，受控开关元件由P型场效应管来实现；控制元件的第一 控制信号检测端通过一内部偏置电压元件连接至低压输出电源。 权 利 要 求 书CN 102664444 A 1/6页 4 低电压。
9、充电电路及使用该低电压充电电路的太阳能灯 技术领域 0001 本发明是有关于一种充电技术，且特别是有关于一种用于太阳能灯的高充电效率 的低电压充电电路，及使用该低电压充电电路和太阳能灯。 背景技术 0002 太阳能作为一种新兴的可再生能源因其节能环保而得到广泛青睐，现如今，太阳 能的发展还处于比较基础的阶段，利用太阳能发电是太阳能技术的主要方向之一，用于汽 车、交通信号灯的低电压太阳能LED灯就是一个很好的使用方案。 0003 一般地，充电蓄电电路的工作原理是，当一个电源产生电力以后，即可对一蓄电器 进行充电，将电能储蓄到蓄电器内。下面以太阳能充电电路为例进行说明。图1是现有技 术的典型的太阳。
10、能充电电路示意图。现有技术中，太阳能充电电路包括低压输出电源101、 二极管102、蓄电器103。举例来说，低压输出电源101是太阳能板，蓄电器103是可充电电 池。其中，二极管102只允许电能从低压输出电源101到蓄电器103方向流动，以对蓄电器 103进行充电。标号104为低压输出电源101与蓄电器103的共同接地。比方说，作为低压 输出电源101的太阳能板经光照后产生电压，此电压通过一二极管102对蓄电器103等进 行充电。二极管102是为了让电能只从低压输出电源101向蓄电器103流动，阻止电能从 蓄电器103向低压输出电源101的方向流动，造成放电而损失电能。 0004 通常，当电能。
11、从二极管102的阳极(A)流向阴极（C）时，二极管102导通而形成通 路。如果电能要从阴极流向阳极时二极管102便处于阻断状态。当二极管102正向导通时， 在二极管102上产生一定的电压降。也就是说，当二极管102导通时，低压输出电源101的 电压是二极管102的电压与蓄电器103的电压之和。比方说，低压输出电源101的电压为 1.2伏，二极管102的压降为0.4伏，蓄电器103的电压则为0.8伏。 0005 蓄电器103上的电能储量可由如下公式计算出来: 其中E为电能，单位为焦耳。V为电压，单位为伏特。C为电容，单位为法拉。 0006 由此可见，电能与电压的平方成正比，与电容值成线性正比。一。
12、般情况下，当蓄电 器103已选定，比方说可充电电池，其电容值也就确定，所以电容值是个常数。电能的多少 只跟电压有关。以上例计算，假如电容为100微法，而可充电电池上的电压为0.8伏，那么 储存的电能为32微焦耳。而如果没有二极管的0.4伏电压降，也就是说假如蓄电器103的 电压是电源的电压1.2伏的话，那么储存的电能为72微焦耳。也就是说，以同样的电源对 同样的蓄电器充电，如果没有二极管电压的话，其储存的电能是有二极管电压降的电能的 2.25倍。 0007 在太阳能应用中，尤其是低电压太阳能LED灯，现有技术中二极管上的电压降不 利于从有限面积的太阳能板上得到最大的可储存能量。因太阳能板电压低。
13、并且电源效率 说 明 书CN 102664444 A 2/6页 5 低，所以提高其充电效率变得尤为重要。 发明内容 0008 针对上述问题，本发明的目的是提供一种高充电效率的低电压充电电路，去除现 有技术中二极管的电压降，最大化地从有限面积的太阳能板上得到可储存能量。 0009 本发明的另一目的是提供一种使用上述低电压充电电路的太阳能灯。 0010 本发明提出一种低电压充电电路，其包括低压输出电源、受控开关元件、控制元件 及蓄电器。受控开关元件为一可控开关元件，其连接于至低压输出电源和蓄电器之间。控 制元件与受控开关元件通过一控制端口电性连接，且该控制元件连接于至低压输出电源和 蓄电器之间。该。
14、控制元件的第一控制信号检测端连接至低压输出电源，该控制元件的第二 控制信号检测端连接至蓄电器。所述低压输出电源的输出电压经由受控开关元件及控制元 件单向流入蓄电器。 0011 在本发明的一个实施例中，所述控制元件的第一控制信号检测端连接至受控开关 元件与低压输出电源之间，控制元件的第二控制信号检测端连接至受控开关元件与蓄电器 之间，且所述低压输出电源、蓄电器及控制元件进一步连接至一个共同接地。 0012 在本发明的一个实施例中，所述受控开关元件为一P型场效应管，控制元件为一 比较器，P型场效应管的漏极连接至低压输出电源的正极，栅极通过控制端口与控制元件的 输出端连接，源极连接至蓄电器的正极，且。
15、低压输出电源的负极、蓄电器的负极及控制元件 连接至一个共同接地，控制元件的电源端通过连接线连接至蓄电器的正极，控制元件的反 相输入端通过内部偏置电压元件连接至低压输出电源，控制元件的同相输入端连接至蓄电 器。 0013 在本发明的一个实施例中，所述受控开关元件，其一端连接至低压输出电源，另一 端连接至蓄电器，且与低压输出电源及蓄电器连接至一个共同接地；所述控制元件的第一 控制信号检测端连接至低压输出电源与受控开关元件之间的共同接地；第二控制信号检测 端连接至蓄电器与受控开关元件之间的共同接地；低压输出电源和蓄电器的正极通过一连 接线连接；控制元件进一步连接至该连接线。 0014 在本发明的一个。
16、实施例中，所述受控开关元件为一P型场效应管，该P型场效应管 的开关由控制元件控制，所述P型场效应管的栅极通过所述控制端口与控制元件连接，源 极连接至低压输出电源，漏极连接至蓄电器；且P型场效应管的源极和漏极与低压输出电 源及蓄电器连接至一个共同接地；控制元件的第一控制信号检测端连接至蓄电器与P型场 效应管漏极之间的共同接地；控制元件的第二控制信号检测端连接至低压输出电源与P型 场效应管源极之间的接地；低压输出电源和蓄电器的正极通过一连接线连接，控制元件进 一步连接至所述连接线。 0015 在本发明的一个实施例中，所述受控开关元件由场效应管、可控硅管、或者绝缘栅 双极型晶体管实现。 0016 在。
17、本发明的一个实施例中，所述低压输出电源为太阳能板，所述蓄电器为一可充 电电池。 0017 在本发明的一个实施例中，当所述控制元件的第一控制信号检测端的电压高于或 等于第二控制信号检测端的电压，控制元件控制受控开关元件导通；当第一控制信号检测 说 明 书CN 102664444 A 3/6页 6 端的电压小于或等于第二控制信号检测端的电压，控制元件关断受控开关元件。 0018 本发明还提出一种太阳能灯，其包括低压充电电路、发光二极管开关元件、限流电 阻及发光二极管，低压充电电路与发光二极管开关元件、限流电阻及发光二极管依次连接， 所述低压充电电路包括低压输出电源、受控开关元件、控制元件及蓄电器。。
18、受控开关元件为 一可控开关元件，其连接于至低压输出电源和蓄电器之间。控制元件与受控开关元件通过 一控制端口电性连接，且该控制元件连接于至低压输出电源和蓄电器之间，该控制元件的 第一控制信号检测端连接至低压输出电源，该控制元件的第二控制信号检测端连接至蓄电 器。低压输出电源的输出电压经由受控开关元件及控制元件单向流入蓄电器。蓄电器的正 极进一步连接发光二极管开关元件和限流电阻，再连接至发光二极管。 0019 在本发明的一个实施例中，所述控制元件由一比较器来实现，发光二极管开关由 三极管来实现，受控开关元件由P型场效应管来实现；控制元件的第一控制信号检测端通 过一内部偏置电压元件连接至低压输出电源。
19、。 0020 本发明所述的低电压充电电路由一个可控开关替代二极管，当电源电压相比于 蓄电器高到一定程度的时候，比方说相等或高一点，那么此可控开关导通，提供电能从电 源到蓄电器的通道。而这个通道的电压降远远小于二极管的导通电压降。而当电源电压 小于或等于蓄电器的电压时，这个可控开关即将开关关断，起到跟二极管同样的阻断功 能。本发明使得低电压充电电路的电效率大大提高，特别是在太阳能发光二极管（LED， light-emitting diode）灯应用方面，可以大大改进产品的质量。 0021 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为。
20、了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。 附图说明 0022 图1为现有技术的太阳能充电电路示意图。 0023 图2为本发明第一实施例的充电电路示意图。 0024 图3为本发明第二实施例的充电电路示意图。 0025 图4为使用P型场效应管作为受控开关元件的充电电路示意图。 0026 图5为本发明较佳实施例的太阳能灯的电路组成示意图。 具体实施方式 0027 本发明提供一种高充电效率的充电电路，下面以不同的实施例进行说明。图2为 本发明第一实施例的充电电路示意图。如图2所示，充电电路包括电源201、受控开关元件 205、控制元件206及蓄。
21、电器203。较佳地，电源201为一低压输出电源，如太阳能板。蓄电 器203为一可充电电池。电源201的输出电压经由受控开关元件205及控制元件206单向 流入蓄电器103，以为蓄电器103充电。具体地，受控开关元件205为一可控开关元件，其一 端连接至电源201，另一端连接至蓄电器203。受控开关元件205与控制元件206通过控制 端口209电性连接。控制元件206的第一控制信号检测端207连接至受控开关元件205与 电源201之间，控制元件206的第二控制信号检测端208连接至受控开关元件205与蓄电 器203之间，也即控制元件206的第一控制信号检测端207连接至电源201，第二控制信号 。
22、说 明 书CN 102664444 A 4/6页 7 检测端208连接至蓄电器203，电源201、蓄电器203及控制元件206均连接至一个共同接 地204。 0028 当第一控制信号检测端207的电压比第二控制信号检测端208的电压高到一定程 度，也即电源201的电压相比于蓄电器203的电压高到一定程度的时候，比方说相等或高一 点，那么控制元件206产生一个控制信号，并经由控制端口209传送至受控开关元件205。 此控制信号控制受控开关元件205导通，提供电能从电源201到蓄电器203的通道，此外， 这个通道的电压降远远小于二极管的导通电压降。而当第一控制信号检测端207的电压小 于或等于第二。
23、控制信号检测端208的电压，也即，电源201的电压小于或等于蓄电器203的 电压时，控制元件206产生一个控制信号，关断受控开关元件205，则阻断电源201和蓄电器 203的连接。 0029 图3为本发明第二实施例的充电电路示意图，其为图2所示充电电路的另一种体 现方式。在第二实施例中，如图3所示，充电电路包括电源301、受控开关元件305、控制元 件306及蓄电器303。较佳地，电源301为一低压输出电源，如太阳能板。蓄电器303为一 可充电电池。电源301的输出电压经由受控开关元件305及控制元件306单向流入蓄电器 303，为蓄电器303充电。具体地，受控开关元件305为一可控开关元件，。
24、其一端连接至电源 301，另一端连接至蓄电器303，且与电源301及蓄电器303连接至一个共同接地304。受控 开关元件305与控制元件306通过控制端口309电性连接。电源301和蓄电器303的正极 通过连接线310连接。控制元件306的第一控制信号检测端307连接至电源301与受控开 关元件305之间的共同接地304；第二控制信号检测端308连接至蓄电器303与受控开关 元件305之间的共同接地304。控制元件306进一步连接至连接线310。 0030 可见，控制元件306的第一控制信号检测端307连接至电源301的接地304，且其 第二控制信号检测端308连接至蓄电器303的接地304，。
25、当第一控制信号检测端307的电压 比和第二控制信号检测端308的电压高到一定程度，也即电源301的电压相比于蓄电器303 高到一定程度的时候，比方说相等或高一点，那么控制元件306产生一个控制信号，并经由 控制端口309传送至受控开关元件305。此控制信号控制受控开关元件305导通，提供电能 从电源301到蓄电器303的通道，此外，这个通道的电压降远远小于二极管的导通电压降。 而当第一控制信号检测端307的电压小于或等于第二控制信号检测端308的电压，也即，电 源301的电压小于或等于蓄电器303的电压时，控制元件306产生一个控制信号，关断受控 开关元件305，则阻断电源301和蓄电器303。
26、的连接。 0031 在本实施例中，图3所示的充电电路，其优点是控制元件306通过控制端口309向 受控开关元件305发出的控制信号可以直接对地，可以大大简化实际电路。 0032 上述第一和第二实施例中，受控开关元件起到跟二极管同样的阻断功能，还进一 步使得低电压充电电路的电效率大大提高。受控开关元件205、305可以由很多种可开关 的电子元件实现，如场效应管，可控硅管，以及绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)等。下面以P型场效应管在太阳能LED灯的应用举例。假如从太阳 能板充电的电流为10毫安，又假设P型场效应管导通时的电阻为1欧姆。
27、，那么当P型场效应 管导通时的电压降为10毫安乘以1欧姆，等于0.01伏，远远小于0.4伏的二极管电压降。 以同样的可充电电池的电容量计算，其储存的电能为70.8微焦耳，与最大可能储电能只差 1.2焦耳，是使用二极管的储电能的2.21倍。 说 明 书CN 102664444 A 5/6页 8 0033 第三实施例中，以P型场效应管（MOSFET）作为受控开关元件为例进行说明。图4 为使用P型场效应管(MOSFET)作为受控开关元件的充电电路示意图。在本实施例中，充电 电路包括电源401、蓄电器403、P型场效应管405、控制元件406。较佳地，电源401为一低 压输出电源，如太阳能板。蓄电器4。
28、03为一可充电电池。电源401的输出电压经由受控开关 元件405及控制元件406单向流入蓄电器403，为蓄电器403充电。具体地，P型场效应管 405的开关由控制元件406控制。P型场效应管405的栅极通过控制端口409与控制元件 406连接，源极连接至电源401，漏极连接至蓄电器403，且P型场效应管405的源极和漏极 与电源401及蓄电器403连接至一个共同接地404。电源301和蓄电器303的正极通过连 接线310连接。控制元件406的第一控制信号检测端407连接至电源401与P型场效应管 405源极之间的共同接地404；控制元件406的第二控制信号检测端408连接至蓄电器403 与P型。
29、场效应管405漏极之间的共同接地404。控制元件406进一步连接至电源401和蓄 电器403之间的连接线410。 0034 当第一控制信号检测端407的电压比第二控制信号检测端408的电压高一点或相 等，控制元件406即将P型场效应管405的栅极电压拉低，使得P型场效应管405导通。如 果第二控制信号检测端408的电压高于或等于第一控制信号检测端407的电压，P型场效 应管405的栅极电压升高，P型场效应管405关断，达到反向阻断的目的。 0035 请再参阅图5，图5为完整的太阳能灯的电路组成示意图。如图5所示，在本实施 例中，太阳能灯包括电源501、蓄电器503、P型场效应管505、控制元件。
30、506、三极管514、限 流电阻515、LED 516及内部偏置电压元件517。较佳地，电源501为一低压输出电源，如太 阳能板。蓄电器503为一可充电电池。电源501的输出电压经由P型场效应管505及控制 元件506单向流入蓄电器503，为蓄电器503充电。蓄电器503的正极进一步连接三极管 514和限流电阻515，再连接至LED 516，以为LED 516供电，从而实现太阳能LED灯，其中， 控制元件506由一比较器来实现，三极管514用于控制LED 516的导通和切断。具体地，P 型场效应管505的开关由控制元件506控制。P型场效应管505的漏极连接至电源501的 正极，栅极通过控制端。
31、口509与控制元件506的输出端连接，源极连接至蓄电器503的正 极，且电源501的负极、蓄电器503的负极、控制元件506及LED 506的阴极连接至一个共 同接地504。控制元件506的电源端通过连接线510连接至蓄电器503的正极。控制元件 506的第一控制信号检测端507（本实施例中为反相输入端）通过内部偏置电压元件517连 接至电源501，控制元件506的第二控制信号检测端508（本实施例中为同相输入端）连接 至蓄电器503。当第一控制信号检测端507的电压大于第二控制信号检测端508的电压时， 控制元件506的输出为低，使得P型场效应管505导通。反之，当第一控制信号检测端507 。
32、的电压小于或等于第二控制信号检测端508的电压时，控制元件506的输出为高，使得P型 场效应管505关断，达到反向阻断的目的。内部偏置电压元件517为第一控制信号检测端 507端提供反向偏置电压，用以避免噪声干扰而引起的震荡。 0036 三极管514的基极连接至电源501的正极，发射极连接至P型场效应管505的源 极，集电极连接至限流电阻515，再进一步连接至LED 516。 0037 三极管514为LED 516的开关PNP三极管，当太阳能板没有光照，电压降低的时 候，此三极管导通，电能从蓄电器503流向LED 516，点亮LED。可以理解，三极管514可以 替代为其他开关元件来控制LED 。
33、516的开关。 说 明 书CN 102664444 A 6/6页 9 0038 综上所述，本发明由一个可控开关替代二极管，当电源电压相比于蓄电器高到一 定程度的时候，比方说相等或高一点，那么此可控开关导通，提供电能从电源到蓄电器的通 道。而这个通道的电压降远远小于二极管的导通电压降。而当电源电压小于或等于蓄电器 的电压时，这个可控开关即将开关关断，起到跟二极管同样的阻断功能。本发明使得低电压 充电电路的电效率大大提高，特别是在太阳能LED灯应用方面，可以大大改进产品的质量。 0039 以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本 发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱 离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化 的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 说 明 书CN 102664444 A 1/2页 10 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102664444 A 10 2/2页 11 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102664444 A 11 。