Источник питания (варианты)

Авторы патента:

H02J7/35 - с элементами, чувствительными к свету

Полезная модель относится к источникам питания с полупроводниковыми элементами, чувствительными к свету, и аккумуляторными батареями. Источник питания в первом варианте содержит аккумулятор 1, светодиодную панель 2 и диод Шоттки 3, во втором варианте - аккумуляторную батарею 7, светодиодную панель 8 и импульсный повышающий преобразователь 9, вход которого соединен со светодиодной панелью 8, а выход - с аккумуляторной батареей. Светодиоды используются в качестве фотоэлементов. В исходном состоянии аккумулятор находится в заряженном состоянии, ток нагрузки равен нулю. При естественном освещении светодиодной панели в светлое время суток на аккумулятор поступает ток подзарядки. Обеспечивается подзарядка аккумулятора, например, для компенсации саморазряда, от светодиодов, функционирующих как полупроводниковые фотоэлементы. 2 н.п., 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к электротехнике, а именно - к источникам питания с полупроводниковыми элементами, чувствительными к свету, и аккумуляторными батареями, и может быть использована для питания устройств освещения и индикации, а также устройств связи, сигнализации и других устройств небольшой мощности.

Известны источники питания, содержащие солнечную батарею и соединенную с ней аккумуляторную батарею [Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т. 3. Пер. с англ. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Мир, 1993, с. 198-200].

В известных источниках питания солнечная батарея обеспечивает подзарядку периодически разряжаемой аккумуляторной батареи. В то же время, существуют источники аварийного питания, а также, например, устройства сигнализации, в которых необходимо длительно поддерживать аккумуляторы в заряженном состоянии (компенсировать саморазряд аккумулятора) при отсутствии потребления энергии. Применение солнечной батареи для подзарядки в устройстве с малым потреблением энергии увеличивает материалоемкость устройства, что является недостатком известного источника питания.

Наиболее близким к первому варианту предложенной полезной модели является известный источник питания, содержащий фотоэлектрический преобразователь и аккумулятор (аккумуляторную батарею), соединенный с фотоэлектрическим преобразователем через полупроводниковый диод, проводящее направление которого соответствует подзарядке аккумулятора, при этом фотоэлектрический преобразователь представляет собой солнечную батарею [Патент РФ 63130, МПК H02J 7/02, 2006].

В известном устройстве солнечная батарея обеспечивает подзарядку аккумулятора после разрядки последнего. Применение солнечной батареи при малом потреблении энергии, например, только для компенсации саморазряда аккумулятора, приводит к необоснованному увеличению материалоемкости устройства, что является недостатком известного источника питания.

Предлагаемая полезная модель направлена на расширение арсенала источников питания для устройств освещения, индикации, сигнализации, связи и других устройств небольшой мощности или кратковременного действия, а также как источников аварийного питания.

Технический результат при осуществлении полезной модели заключается в обеспечении подзарядки аккумулятора от светоизлучающих диодов (светодиодов), функционирующих как полупроводниковые фотоэлементы.

Указанный результат достигается тем, что в известный источник питания, содержащий аккумулятор и полупроводниковый диод, проводящее направление которого соответствует направлению тока подзарядки аккумулятора, введена светодиодная панель, соединенная как источник фотоэдс с аккумулятором через указанный диод.

В предложенном устройстве светодиоды используются в качестве фотоэлементов. Возможность такого использования известна [Кавыев А. Светодиод-фотодатчик // «Радио». - 2007. - 6. - С. 42-43]. Светодиодная панель содержит группу светодиодов, соединенных в последовательные, параллельные или последовательно-параллельные цепи, при этом схему соединения выбирают из условия согласования параметров светодиодной панели как источника фотоэдс (фототока) с параметрами аккумулятора.

Новый признак - светодиодная панель, соединенная как источник фотоэдс с аккумулятором, обеспечивает возможность подзарядки аккумулятора от светодиодов, функционирующих как полупроводниковые фотоэлементы, что позволяет использовать в источнике питания светодиоды, освоенные в массовом производстве.

Наиболее близким к предложенной полезной модели по второму варианту является известный автономный источник питания, содержащий фотоэлектрический преобразователь, аккумуляторную батарею и повышающий преобразователь, вход которого связан с фотоэлектрическим преобразователем, а выход - с аккумуляторной батареей [Патент РФ 2293416, МПК H02J 7/00, Н04М 1/73, 2005].

В известном устройстве фотоэлектрический преобразователь (солнечная батарея) обеспечивает подзарядку аккумуляторной батареи после разрядки последней. Однако, применение фотоэлектрического преобразователя (солнечной батареи) для подзарядки при малом потреблении энергии, например, только для компенсации саморазряда аккумулятора, приводит к увеличению материалоемкости устройства, что является недостатком известного источника питания.

Технический результат при осуществлении полезной модели заключается в обеспечении подзарядки аккумуляторной батареи от светоизлучающих диодов (светодиодов), функционирующих как полупроводниковые фотоэлементы.

Указанный результат достигается тем, что в известный источник питания, содержащий аккумуляторную батарею и повышающий преобразователь, выход которого связан с аккумуляторной батареей, введена светодиодная панель, соединенная как источник фотоэдс (фототока) с входом повышающего преобразователя.

Повышающий преобразователь - это DC/DC-преобразователь, у которого входное напряжение ниже выходного. В предложенном устройстве повышающий преобразователь предназначен для преобразования фототока на выходе светодиодной панели в ток подзарядки аккумуляторной батареи в условиях, когда напряжение на выходе светодиодной панели ниже напряжения аккумуляторной батареи. В предложенном устройстве могут быть использованы известные импульсные повышающие преобразователи на микроэлементной базе, предпочтительно работающие от источников напряжением около 1 В и ниже [Вильямс. Дж. DC/DC-преобразователь на основе JFET-транзисторов способен работать от источника с напряжением 300 мВ // Новости электроники. - 2006. - 10. - С. 6-7].

Новый признак - светодиодная панель, соединенная как источник фотоэдс (фототока) с входом повышающего преобразователя, обеспечивает возможность подзарядки аккумуляторной батареи от светодиодов, функционирующих как полупроводниковые фотоэлементы, что позволяет использовать в источнике питания светодиоды, освоенные в массовом производстве.

В частном случае реализации полезной модели светодиодная панель содержит светодиоды, соединенные между собой параллельно.

Светодиоды в режиме работы в качестве источника фототока характеризуются большим внутренним сопротивлением. Кроме того, существует обратная зависимость этого сопротивления от освещенности светодиода, а в реальных условиях возможно неравномерное освещение светодиодной панели, что может привести к снижению мощности цепи последовательно соединенных светодиодов. Однако при параллельном соединении светодиодов выходное напряжение светодиодной панели в ряде случаев оказывается недостаточным для непосредственной подзарядки аккумуляторной батареи. В совокупности же с повышающим преобразователем, дополнительный признак - параллельное соединение светодиодов - обеспечивает повышение выходной мощности светодиодной панели как источника фототока.

Сущность предложенной полезной модели поясняется графическими материалами,

где:

на фиг. 1 показана электрическая схема источника питания;

на фиг. 2 - то же, с повышающим преобразователем.

Источник питания (фиг. 1) содержит аккумулятор 1, светодиодную панель 2 и диод Шоттки 3. Светодиодная панель 2 содержит группу светодиодов 4 как источников фотоэдс, соединенных в последовательно-параллельные цепи. Прямое направление диода 3 соответствует направлению тока подзарядки аккумулятора 1 от светодиодной панели 2. Выбор типа диода 3 объясняется малой величиной прямого падения напряжения у диода Шоттки и низким напряжением источника питания. Зажимы 5 и 6 предназначены для присоединения нагрузки, а также могут быть использованы при необходимости для присоединения внешнего зарядного устройства (на чертеже условно не показано). Количество светодиодов 4 и схему их соединений выбирают из условий компенсации саморазряда аккумулятора и недопущения чрезмерного тока подзарядки.

Источник питания работает следующим образом.

В исходном состоянии аккумулятор 1 находится в заряженном состоянии, ток нагрузки равен нулю. При естественном освещении светодиодной панели 2 в светлое время суток на аккумулятор 1 от светодиодной панели 2 через диод 3 поступает ток подзарядки, величина которого определяется интенсивностью освещения. В соответствии с выбранными параметрами функциональных элементов источника питания, подзарядка в светлое время суток компенсирует саморазряд аккумулятора, поддерживая его в готовности к работе в течение длительного времени.

Во втором примере (см. фиг. 2) источник питания содержит аккумуляторную батарею 7, светодиодную панель 8 и импульсный повышающий преобразователь 9, вход которого соединен со светодиодной панелью 8, а выход - с аккумуляторной батареей. Светодиодная панель 8 содержит группу светодиодов 10 как источников фотоэдс, соединенных параллельно. Для присоединения нагрузки, а при необходимости - для присоединения внешнего зарядного устройства (на чертеже условно не показано) предназначены зажимы 11 и 12.

Источник питания в этом примере работает аналогично изложенному выше. Наличие повышающего преобразователя 9 расширяет функциональные возможности устройства, в частности - номинальное напряжение на зажимах источника питания может быть выбрано в широком диапазоне значений.

Примеры выполнения подтверждают возможность достижения заявленного технического результата.

Обеспечивается подзарядка аккумулятора (аккумуляторной батареи) от светоизлучающих диодов, функционирующих как полупроводниковые фотоэлементы.

Указанные примеры не исчерпывают возможные варианты реализации полезной модели в части схемы соединений светодиодов, выбора типов диода или повышающего преобразователя и т.д.

1. Источник питания, содержащий аккумулятор и полупроводниковый диод, проводящее направление которого соответствует направлению тока подзарядки аккумулятора, отличающийся тем, что он дополнительно содержит светодиодную панель, соединенную как источник фотоэдс с аккумулятором через указанный диод.

2. Источник питания, содержащий аккумуляторную батарею и повышающий преобразователь, выход которого связан с аккумуляторной батареей, отличающийся тем, что он дополнительно содержит светодиодную панель, соединенную как источник фотоэдс с входом повышающего преобразователя.

3. Источник питания по п.2, отличающийся тем, что светодиодная панель содержит светодиоды, соединенные между собой параллельно.