專利名稱：光伏充電控制器的制作方法
光伏充電控制器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光伏充電控制器。
背景技術(shù)：
節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為人類可持續(xù)發(fā)展的必要條件，人們的注意力正轉(zhuǎn)向再生能源的利用和開發(fā)，其中，太陽能發(fā)電已成為近些年研究的熱點(diǎn)。光伏充電系統(tǒng)一般包括太陽能電池、太陽能控制器和蓄電池。太陽能電池發(fā)電受氣候條件影響，輸出功率隨環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度變化而變化，具有非線性特點(diǎn)。在一定的氣候條件下，太陽能電池具有恒流但又可以工作在不同的輸出電壓的特點(diǎn)，只有在某一輸出電壓值即最佳輸出電壓值時(shí)，太陽能電池的輸出功率才能達(dá)到最大值，這時(shí)太陽能電池的工作點(diǎn)就達(dá)到了輸出功率-輸出電壓曲線的最高點(diǎn)，即最大功率點(diǎn)。目前已有的太陽能光伏充電裝置有兩類。一類是傳統(tǒng)的模擬方式，為了避免發(fā)生當(dāng)無太陽光時(shí)蓄電池逆向?qū)μ柲茈姵胤烹姷那闆r，通常在太陽能電池板正極與蓄電池正極相連接的回路中加串二極管，在太陽能電池板負(fù)極與蓄電池負(fù)極相連接回路中加串開關(guān)元件，用于控制充電。然而在該方式下，當(dāng)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電時(shí)，光伏電池的輸出電壓無法達(dá)到最佳值，不能實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤，而且所采用的隔離用二極管存在一定的壓降，將損耗一定的電能源，使得光電轉(zhuǎn)換效果變差，太陽能利用率低。另外，現(xiàn)有的采用模擬控制方式實(shí)現(xiàn)的太陽能電池板最大功率跟蹤控制芯片大多基于開路電壓檢測法，難以獲得較高的太陽能電池板最大輸出功率點(diǎn)跟蹤精度，并且受光照、溫度等環(huán)境因素的影響也較大，難以得到廣泛的應(yīng)用和推廣。另一類采用計(jì)算機(jī)控制，比如通過單片機(jī)或DSP等微控制器來實(shí)現(xiàn)太陽能的最大功率點(diǎn)跟蹤，以此提高太陽能的利用率。如中國實(shí)用新型專利授權(quán)公告號(hào)CN201682299U公布的“太陽能電池充電控制器”，其采用單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，整個(gè)系統(tǒng)的工作過程采用數(shù)字控制技術(shù)，具有高度的自動(dòng)化水平。但是，微控制器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，電路占用面積大，成本也較高，一般都用于大規(guī)模太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，不利于較小的便捷式設(shè)備的應(yīng)用，在小型供電系統(tǒng)中若采用微控制器進(jìn)行控制，會(huì)使得自損耗增加。
鑒于上述已有技術(shù)，有必要對(duì)現(xiàn)有的光伏充電控制器加以改進(jìn)，為此，本申請(qǐng)人作了有益的設(shè)計(jì)，下面將要介紹的技術(shù)方案便是在這種背景下產(chǎn)生的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光伏充電控制器，采用了模擬電路的控制方式，電路設(shè)計(jì)簡單、能量損耗小、具有良好的自保護(hù)能力，可實(shí)現(xiàn)太陽能的最大功率點(diǎn)跟蹤充電和蓄電池在充滿狀態(tài)下的恒壓浮充電。
本發(fā)明的目的是這樣來達(dá)到的，一種光伏充電控制器，包括光伏電池、PWM控制電路、輸入采樣電路、信號(hào)運(yùn)算電路、輸出采樣比較電路、狀態(tài)控制電路、測溫放大電路、變換主電路以及蓄電池，所述的變換主電路的一電源輸入端VIN+端和輸入米樣電路的一輸入端共同連接至光伏電池的PV+端，變換主電路的另一電源輸入端VIN-端和輸入采樣電路的另一輸入端共同連接至光伏電池的PV-端，變換主電路的一電源輸出端VOUTI端連接負(fù)載，變換主電路的另一電源輸出端V0UT2端連接蓄電池，變換主電路的信號(hào)輸出端接輸出采樣比較電路的輸入端，輸出采樣比較電路的一輸出端接信號(hào)運(yùn)算電路的一輸入端，信號(hào)運(yùn)算電路的另一輸入端接測溫放大電路的輸出端，信號(hào)運(yùn)算電路的第三輸入端接輸入采樣電路的輸出端，信號(hào)運(yùn)算電路的輸出端與狀態(tài)控制電路的一輸入端連接，狀態(tài)控制電路的另一輸入端接輸出采樣比較電路的另一輸出端，狀態(tài)控制電路的輸出端連接PWM控制電路的信號(hào)輸入端，PWM控制電路的兩電源輸入端與變換主電路的兩電源輸入端VIN+、VIN-端連接，PWM控制電路的信號(hào)輸出端連接變換主電路的信號(hào)輸入端。在本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的PWM控制電路包括電阻RO R4、電容Cl C8、二極管D1、穩(wěn)壓芯片Ul和微控制器IC1，所述的微控制器ICl的2腳連接電阻R3的一端，微控制器ICl的3腳與電阻Rl的一端以及電容C2的一端連接，電阻Rl的另一端連接電容Cl的一端，電容Cl的另一端與電容C2的一端、電阻R2的一端以及微控制器ICl的4腳連接，并作為VF端與狀態(tài)控制電路連接，微控制器ICl的5腳與電阻R4的一端連接，微控制器ICl的7腳與電容C3的一端連接，微控制器ICl的12腳與電阻RO的一端以及電容C8的正極連接，微控制器ICl的13腳與電容C7的負(fù)極連接，并作為SWl端與變換主電路連接，電容C7的正極與微控制器ICl的15腳以及二極管Dl的負(fù)極連接，微控制器ICl的10、14腳分別作為DR2端和DRl端，用于與變換主電路連接，微控制器ICl的16腳與穩(wěn)壓芯片Ul的I腳以及電容C4的一端共同接變換主電路的VIN+端，穩(wěn)壓芯片Ul的3腳、電容C5的一端、微控制器ICl的1、11腳、電容C6的正極、電阻RO的另一端以及二極管Dl的正極連接，并輸出+12V直流電源，電容C4的另一端、穩(wěn)壓芯片Ul的2腳、電容C5的另一端、電阻R2的另一端、電阻R3的另一端、電阻R4的另一端、微控制器ICl的6、8腳、電容C3的另一端以及電容C8的負(fù)極共同接變換主電路的VIN-端，并進(jìn)行接地，微控制器ICl的9腳和電容C6的負(fù)極共同接地。在本發(fā)明的另一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的輸入采樣電路包括運(yùn)算放大器U1A、電阻R5 R8、電容C9以及插座VINl，電阻R5的一端連接插座VINl的I腳，并與光伏電池的PV+端連接，電阻R5的另一端與電阻R6的一端以及運(yùn)算放大器UlA的I腳連接，運(yùn)算放大器UlA的7腳與8腳連接，并作為Vl端與信號(hào)運(yùn)算電路連接，運(yùn)算放大器UlA的6腳和電容C9的一端共同接+12V直流電源，電阻R7的一端與插座VINl的2腳連接，并與光伏電池的PV-端連接，電阻R7的另一端與電阻R8的一端連接，并作為V2端與信號(hào)運(yùn)算電路連接，電阻R6的另一端、電阻R8的另一端、電容C9的另一端以及運(yùn)算放大器UlA的2腳共同接地。在本發(fā)明的又一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的信號(hào)運(yùn)算電路包括運(yùn)算放大器U1B、變阻器W1、電阻R9 R15以及電容C10，電阻RlO的一端接測溫放大電路的VT端，電阻RlO的另一端與電阻Rll的一端、電阻R12的一端以及運(yùn)算放大器UlB的4腳連接，電阻Rll的另一端接輸入采樣電路的Vl端，電阻R12的另一端與變阻器Wl的一端、滑動(dòng)端、運(yùn)算放大器UlB的5腳以及電容ClO的一端連接，變阻器Wl的另一端接電阻R14的一端，電阻R14的另一端與電阻R15的一端連接，并作為VINF端與狀態(tài)控制電路連接，電阻R15的另一端連接電容ClO的另一端，運(yùn)算放大器UlB的3腳與電阻R13的一端以及電阻R9的一端連接，電阻R13的另一端接輸出采樣比較電路的VREF端，電阻R9的另一端接輸入電壓采樣電路的V2端。
在本發(fā)明的再一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的輸出采樣比較電路包括變阻器W2 W4、電阻R16 R23、電容C11、C12、電壓基準(zhǔn)源VZl以及運(yùn)算放大器U2A，電阻R16的一端與電阻R17的一端、電壓基準(zhǔn)源VZl的3腳、電容C12的一端以及電阻R19的一端連接，并作為VREF端連接至信號(hào)運(yùn)算電路，電阻R17的另一端與變阻器W3的一端連接，變阻器W3的另一端與電阻R18的一端連接，變阻器W3的滑動(dòng)端與電壓基準(zhǔn)源VZl的I腳連接，電阻R19的另一端與電阻R21的一端以及運(yùn)算放大器U2A的3腳連接，電阻R21的另一端與運(yùn)算放大器U2A的I腳連接，并作為SI端連接至狀態(tài)控制電路，運(yùn)算放大器U2A的2腳與電阻R22的一端以及變阻器W2的一端連接，變阻器W2的另一端與滑動(dòng)端以及電阻R20的一端連接，電阻R20的另一端與電阻R23的一端連接，并連接至變換主電路的VOUT端，電阻R23的另一端與變阻器W4的一端以及變阻器W4的滑動(dòng)端連接，變阻器W4的另一端作為VOF端連接狀態(tài)控制電路，電容Cll的一端、電阻R16的另一端、運(yùn)算放大器U2A的的8腳共同接+12V直流電源，電容Cll的另一端、電阻R18的另一端、電壓基準(zhǔn)源VZl的2腳、電容C12的另一端、電阻R22的另一端以及運(yùn)算放大器U2A的4腳共同接地。
在本發(fā)明的還有一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的狀態(tài)控制電路包括電阻R24、R25、二極管D2、D3、發(fā)光二極管LED1、繼電器Kl以及晶體三極管Q1，電阻R24的一端與發(fā)光二極管LEDl的正極連接，發(fā)光二極管LEDl的負(fù)極與電阻R25的一端連接，并連接至輸出采樣比較電路的SI端，電阻R25的另一端連接晶體三極管Ql的基極，晶體三極管Ql的發(fā)射極連接二極管D2的負(fù)極，晶體三極管Ql的集電極與二極管D3的負(fù)極以及繼電器Kl的2腳連接，繼電器Kl的I腳連接輸出采樣比較電路的VOF端，繼電器Kl的5腳連接PWM控制電路的VF端，繼電器Kl的10腳連接信號(hào)運(yùn)算電路的VINF端，電阻R24的另一端與二極管D2的正極共同接+12V直流電源，二極管D3的正極與繼電器Kl的9腳共同接地。
在本發(fā)明的更而一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的測溫放大電路包括溫度傳感器VT1、電阻R26 R33、電容C13 C15、變阻器W5、W6、運(yùn)算放大器U3A、U3B以及電壓基準(zhǔn)源VZ2，所述的溫度傳感器VTl的2腳與電阻R26的一端以及運(yùn)算放大器U3A的I腳連接，電阻R26的另一端與變阻器W6的一端以及滑動(dòng)端連接，運(yùn)算放大器U3A的7腳與8腳連接，并與電阻R27的一端連接，電阻R27的另一端與電阻R28的一端以及運(yùn)算放大器U3B的3腳連接，運(yùn)算放大器U3B的4腳與電阻R29的一端以及電阻R30的一端連接，電阻R29的另一端與電阻R31的一端、電阻R32的一端、電壓基準(zhǔn)源VZ2的3腳以及電容C15的一端連接，電阻R32的另一端與變阻器W5的一端連接，變阻器W5的另一端連接電阻R33的一端，變阻器W5的滑動(dòng)端與電壓基準(zhǔn)源VZ2的I腳連接，電阻R30的另一端與運(yùn)算放大器U3B的5腳連接，并作為VT端與信號(hào)運(yùn)算電路連接，溫度傳感器VTl的I腳、運(yùn)算放大器U3A的6腳、電容C13的一端、電容C14的一端以及電阻R31的另一端共同接+12V直流電源，運(yùn)算放大器U3A的2腳、電阻R28的另一端、變阻器W6的另一端、電容C13的另一端、電容C14的另一端、電阻R33的另一端、電壓基準(zhǔn)源VZ2的2腳以及電容C15的另一端共同接地。
在本發(fā)明的進(jìn)而一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的變換主電路包括電阻R34 R36、電容C16 C19、二極管D4 D6、M0S管Tl、T2以及電感LI，電容C16的正極與MOS管Tl的2腳以及電阻R36的一端連接，并作為電路的VIN+端與光伏電池的PV+端連接，MOS管Tl的I腳接電阻R34的一端，電阻R34的另一端接PWM控制電路的DRl端、MOS管Tl的3腳與MOS管T2的2腳、二極管D6的負(fù)極、電容C19的一端、電感LI的一端以及電容C18的一端連接，并連接至PWM控制電路的SWl端，MOS管T2的I腳連接電阻R35的一端，電阻R35的另一端與PWM控制電路的DR2端連接，電感LI的另一端與電容C17的正極和二極管D4的正極連接，并作為VOUT端與輸出采樣比較電路連接，二極管D4的負(fù)極與二極管D5的正極連接，并作為VOUTl端連接負(fù)載，二極管D5的負(fù)極作為V0UT2端連接蓄電池，電容C18的另一端連接電阻R36的另一端，電容C16的負(fù)極與MOS管T2的3腳、二極管D6的正極、電容C19的另一端以及電容C17的負(fù)極連接，并作為VIN-端與光伏電池的PV-端連接，并共同接地。在本發(fā)明的又更而一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述的變換主電路的兩電源輸入端VIN+, VIN-端通過導(dǎo)線分別與光伏電池的PV+、PV-端連接，導(dǎo)線自身壓降使得變換主電路的兩電源輸入端VIN+、VIN-端之間的電位差小于光伏電池的PV+、PV-端之間的電位差。本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是:1.采用了模擬電路的控制方式，電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；2.電路中采用低功耗元件，并且在光伏電池?zé)o電能輸出時(shí)電路不工作，即在夜間和陰雨天時(shí)不耗電，使得整個(gè)電路的耗電量有了很大減少；
3.在變換主電路中，通過采用同步控制的MOS管T2來有效降低電路的損耗，以提高變換效率；4.在PWM控制電路中，具有限流和電路軟起動(dòng)的功能，對(duì)變換主電路起到了有效的保護(hù)作用；5.整個(gè)系統(tǒng)有兩種工作狀態(tài)，一種是當(dāng)蓄電池未充滿時(shí)，光伏電池工作在最佳工作電壓點(diǎn)，光伏電池的電能通過變換主電路以最大的功率供給蓄電池和負(fù)載，此時(shí)，系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)跟蹤狀態(tài)；另一種是當(dāng)蓄電池充滿時(shí)，系統(tǒng)工作在設(shè)定的蓄電池最大充電電壓的穩(wěn)壓狀態(tài)，對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓浮充電，用于保護(hù)蓄電池，同時(shí)也對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電；
6.通過對(duì)光伏電池的溫度檢測來實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電池的輸出特性進(jìn)行補(bǔ)償，從而使得對(duì)光伏電池的最佳輸出電壓的控制變得有效和實(shí)用。


圖1為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明的一實(shí)施例的PWM控制電路的電原理圖。圖3為本發(fā)明的一實(shí)施例的輸入采樣電路的電原理圖。圖4為本發(fā)明的一實(shí)施例的信號(hào)運(yùn)算電路的電原理圖。圖5為本發(fā)明的一實(shí)施例的輸出采樣比較電路的電原理圖。圖6為本發(fā)明的一實(shí)施例的狀態(tài)控制電路的電原理圖。圖7為本發(fā)明的一實(shí)施例的測溫放大電路的電原理圖。圖8為本發(fā)明的一實(shí)施例的變換主電路的電原理圖。
具體實(shí)施例方式為了使公眾能充分了解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人將在下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述，但申請(qǐng)人對(duì)實(shí)施例的描述不是對(duì)技術(shù)方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思作形式而非實(shí)質(zhì)的變化都應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。請(qǐng)參閱圖1，一種光伏充電控制器，包括光伏電池、PWM控制電路、輸入采樣電路、信號(hào)運(yùn)算電路、輸出采樣比較電路、狀態(tài)控制電路、測溫放大電路、變換主電路以及蓄電池。所述的變換主電路的一電源輸入端VIN+端和輸入米樣電路的一輸入端共同連接至光伏電池的PV+端，變換主電路的另一電源輸入端VIN-端和輸入采樣電路的另一輸入端共同連接至光伏電池的PV-端。在實(shí)際的應(yīng)用實(shí)施例中，所述的變換主電路的兩電源輸入端VIN+、VIN-端通過較長的導(dǎo)線分別與光伏電池的PV+、PV-端連接，由于導(dǎo)線自身存在壓降，會(huì)使得變換主電路的兩電源輸入端VIN+、VIN-端之間的電位差小于光伏電池的PV+、PV-端之間的電位差。而輸入米樣電路的兩輸入端直接與光伏電池的兩輸出端PV+、PV-端連接,這樣可以提高光伏電池輸出電壓的采樣精度。變換主電路的一電源輸出端VOUTl端連接負(fù)載，變換主電路的另一電源輸出端V0UT2端連接蓄電池，變換主電路根據(jù)蓄電池充電情況可工作在兩種狀態(tài)，當(dāng)蓄電池欠壓時(shí)變換主電路工作在最大功率點(diǎn)跟蹤狀態(tài)，當(dāng)蓄電池充滿時(shí)變換主電路工作在恒壓浮充電狀態(tài)。變換主電路的信號(hào)輸出端接輸出采樣比較電路的輸入端，輸出米樣比較電路對(duì)變換主電路的輸出電壓進(jìn)行米樣。輸出米樣比較電路的一輸出端接信號(hào)運(yùn)算電路的一輸入端，為信號(hào)運(yùn)算電路提供基準(zhǔn)電壓，信號(hào)運(yùn)算電路的另一輸入端接測溫放大電路的輸出端，測溫放大電路用于測量光伏電池的實(shí)時(shí)工作溫度，對(duì)系統(tǒng)工作進(jìn)行溫度補(bǔ)償。信號(hào)運(yùn)算電路的第三輸入端接輸入采樣電路的輸出端，信號(hào)運(yùn)算電路對(duì)測溫放大電路和輸入采樣電路的輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算放大，信號(hào)運(yùn)算電路的輸出端與狀態(tài)控制電路的一輸入端連接，狀態(tài)控制電路的另一輸入端接輸出采樣比較電路的另一輸出端，狀態(tài)控制電路的輸出端連接PWM控制電路的信號(hào)輸入端，PWM控制電路的兩電源輸入端與變換主電路的兩電源輸入端VIN+、VIN-端連接，PWM控制電路的信號(hào)輸出端連接變換主電路的信號(hào)輸入端。
請(qǐng)參閱圖2，所述的PWM控制電路包括電阻RO R4、電容Cl C8、二極管DlJI壓芯片Ul和微控制器ICl，在本實(shí)施例中，所述的二極管Dl采用MBRl 100，穩(wěn)壓芯片Ul采用LM7812，微控制器ICl采用LTC3703。穩(wěn)壓芯片Ul將來自光伏電池的電壓穩(wěn)壓在12V，為下級(jí)各電路進(jìn)行直流供電。微控制器ICl用于產(chǎn)生可調(diào)的PWM脈沖，電阻R2為反饋電阻，電阻Rl和電容C1、C2組成反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，電阻R3用于微控制器ICl工作頻率的設(shè)定，電阻R4用于輸出限流的設(shè)定，電容C3用于軟啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)定，電容C7為自舉電容，電容C7在電壓自舉時(shí)所產(chǎn)生的高電壓通過二極管Dl進(jìn)行隔離，電阻RO和電容C6組成微控制器ICl的11腳的去耦電路，電容C8是12腳的去耦電容。PWM控制電路的VF端與狀態(tài)控制電路連接，由狀態(tài)控制電路控制PWM控制電路的DR1、DR2端輸出互補(bǔ)的PWM脈沖給變換主電路，使系統(tǒng)分別工作在最大功率點(diǎn)跟蹤狀態(tài)和恒壓浮充電狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同的充電控制。
請(qǐng)參閱圖3，所述的輸入采樣電路包括運(yùn)算放大器U1A、電阻R5 R8、電容C9以及插座VINl，在本實(shí)施例中，所述的運(yùn)算放大器UlA采用0P727。該電路通過插座VINl與光伏電池的PV+端、PV-端連接，對(duì)光伏電池兩輸出端之間的電壓進(jìn)行采樣。具體地，來自PV+端的電壓由電阻R5、R6進(jìn)行分壓，分壓得到的電壓經(jīng)運(yùn)算放大器UlA隔離放大后從電路的Vl端輸送給信號(hào)運(yùn)算電路，PV-端的電壓經(jīng)電阻R7、R8的分壓后從電路的V2端輸送給信號(hào)運(yùn)算電路，由于電阻R7、R8的阻值較小，因此無需進(jìn)行隔離放大。
請(qǐng)參閱圖4，所述的信號(hào)運(yùn)算電路包括運(yùn)算放大器U1B、變阻器W1、電阻R9 R15以及電容C10，在本實(shí)施例中，所述的運(yùn)算放大器UlB采用0P727。該信號(hào)運(yùn)算電路將從輸入采樣電路的V1、V2端、測溫放大電路的VT端以及輸出采樣比較電路的VREF端得到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算放大。變阻器Wl和電阻R14組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)變阻器Wl可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電池的最佳工作電壓的設(shè)定。由電阻R15和電容ClO組成的反饋網(wǎng)絡(luò)為補(bǔ)償電路，用于提高反饋控制的穩(wěn)定性，電路的VINF端向狀態(tài)控制電路輸送信號(hào)。請(qǐng)參閱圖5，所述的輸出采樣比較電路包括變阻器W2 W4、電阻R16 R23、電容C11、C12、電壓基準(zhǔn)源VZl以及運(yùn)算放大器U2A，在本實(shí)施例中，所述的電壓基準(zhǔn)源VZl采用TL431，運(yùn)算放大器U2A采用0P727。其中，電容Cll、C12、電阻R16 R18和變阻器W3組成電壓基準(zhǔn)電路，用于產(chǎn)生輸出采樣比較電路的基準(zhǔn)電壓；變阻器W3用于調(diào)節(jié)該基準(zhǔn)電壓值。輸出采樣比較電路從變換主電路的VOUT端得到電壓信號(hào)，將其與電路自身產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓信號(hào)進(jìn)行比較后，得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)SI端輸送給狀態(tài)控制電路。具體地，VOUT端的電壓經(jīng)電阻R20、變阻器W2以及電阻R22分壓，在運(yùn)算放大器U2A的2腳獲得一狀態(tài)轉(zhuǎn)換值。當(dāng)VOUT端的電壓升高時(shí)，對(duì)應(yīng)的該狀態(tài)轉(zhuǎn)換值也隨之升高，當(dāng)該狀態(tài)轉(zhuǎn)換值大于運(yùn)算放大器U2A的3腳處的閾值時(shí)，SI端輸出低電平，狀態(tài)控制電路進(jìn)行狀態(tài)切換，使系統(tǒng)工作在恒壓浮充電狀態(tài)；反之，當(dāng)VOUT端的電壓降低時(shí)，對(duì)應(yīng)的該狀態(tài)轉(zhuǎn)換值也隨之降低，當(dāng)該狀態(tài)轉(zhuǎn)換值小于運(yùn)算放大器U2A的3腳處的閾值時(shí)，SI端輸出高電平，狀態(tài)控制電路再次進(jìn)行狀態(tài)切換，使系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)跟蹤狀態(tài)。電阻R23和變阻器W4組成穩(wěn)壓反饋的采樣電路，調(diào)節(jié)變阻器W4可以對(duì)輸出穩(wěn)壓值進(jìn)行設(shè)定。請(qǐng)參閱圖6，所述的狀態(tài)控制電路包括電阻R24、R25、二極管D2、D3、發(fā)光二極管LEDl、繼電器Kl以及晶體三極管Ql，在本實(shí)施例中，所述的繼電器Kl采用G5V-1，通過繼電器Kl的觸點(diǎn)變化，來選擇不同的充電方式。當(dāng)變換主電路的VOUT端的電壓較低時(shí)，輸出采樣比較電路的SI端的電壓升高，狀態(tài)控制電路中的晶體三極管Ql斷開，繼電器Kl的線圈斷電，繼電器Kl的5腳與10腳連通，使得PWM控制電路的VF端與信號(hào)運(yùn)算電路的VINF端連通，PWM控制電路從信號(hào)運(yùn)算電路得到最大功率點(diǎn)跟蹤信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的最大功率點(diǎn)跟蹤充電，此時(shí)，發(fā)光二極管LEDl不亮；反之，當(dāng)變換主電路的VOUT端的電壓較高時(shí)，輸出采樣比較電路的SI端輸出低電平，狀態(tài)控制電路中的晶體三極管Ql導(dǎo)通，繼電器Kl的線圈得電，繼電器Kl的5腳與I腳連通，使得PWM控制電路的VF端與輸出采樣比較電路的VOF端連通，PWM控制電路從輸出采樣比較電路得到反饋信號(hào)，用于控制變換主電路對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓浮充電，同時(shí)發(fā)光二極管LEDl被點(diǎn)亮。由于在該狀態(tài)下蓄電池已經(jīng)充滿電，繼電器Kl和發(fā)光二極管LEDl所耗電能是從多余的太陽能中得到的，因而并不會(huì)消耗蓄電池電能。請(qǐng)參閱圖7，所述的測溫放大電路包括溫度傳感器VT1、電阻R26 R33、電容Cl3 Cl5、變阻器W5、W6、運(yùn)算放大器U3A、U3B以及電壓基準(zhǔn)源VZ2，在本實(shí)施例中，所述的溫度傳感器VTl采用AD590，運(yùn)算放大器U3A、U3B采用0P727，電壓基準(zhǔn)源VZ2采用TL431。該電路僅在系統(tǒng)處于最大功率跟蹤狀態(tài)時(shí)有效。溫度傳感器VTl用于檢測光伏電池的溫度，其輸出信號(hào)隨電池溫度的變化而發(fā)生變化。溫度傳感器VTl輸出的電流信號(hào)通過電阻R26和變阻器W6轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過調(diào)節(jié)變阻器W6，可使光伏電池溫度為OtlC時(shí)所對(duì)應(yīng)的該電壓值為2.73V。運(yùn)算放大器U3A為緩沖放大器，電容C13用于電源濾波。電壓基準(zhǔn)源VZ2、電容C14、C15、電阻R31 R33和變阻器W5組成基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，通過調(diào)節(jié)變阻器W5，可得到2.73V基準(zhǔn)電壓。將該基準(zhǔn)電壓和運(yùn)算放大器U3A的輸出電壓送入由運(yùn)算放大器U3B組成的差動(dòng)放大電路，放大后得到的信號(hào)經(jīng)VT端輸送給信號(hào)運(yùn)算電路，用作溫度補(bǔ)償信號(hào)。當(dāng)溫度升高時(shí)，VT端的電壓信號(hào)變大，信號(hào)運(yùn)算電路將該信號(hào)與輸入采樣電路的Vl端輸出的信號(hào)反向相加，VINF端的輸出電壓降低，PWM控制電路輸出的占空比增大，從而使得光伏電池的輸出電壓得到動(dòng)態(tài)調(diào)整；反之，當(dāng)溫度降低時(shí)，PWM控制電路輸出的占空比減小，光伏電池的輸出電壓得到相反方向的動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而使得光伏電池能夠輸出對(duì)應(yīng)當(dāng)前溫度的最佳電壓值。
請(qǐng)參閱圖8，所述的變換主電路包括電阻R34 R36、電容C16 C19、二極管D4 D6、M0S管T1、T2以及電感LI，在本實(shí)施例中，所述的MOS管Tl、T2采用HY1707。其中，電容C16為濾波電容，MOS管Tl為斬波管，MOS管T2為同步續(xù)流管，電阻R34、R35為限流電阻，電阻R35和電容C19組成MOS管Tl的緩沖電路，二極管D6起續(xù)流預(yù)導(dǎo)通的作用，電容C17為MOS管T2的緩沖電容，電感LI起儲(chǔ)能作用，電容C16起平波作用，二極管D4、D5起反向隔離作用。MOS管Tl、T2在DR1、DR2端的PWM脈沖作用下交替導(dǎo)通，從而使得變換主電路工作在降壓變換狀態(tài)。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)跟蹤狀態(tài)時(shí)，由輸入采樣電路的采樣信號(hào)通過控制PWM控制電路的PWM占空比發(fā)生變化來使變換主電路穩(wěn)定光伏電池的最佳工作電壓，從而將光伏電池發(fā)出的電能以最大功率向蓄電池充電；當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)工作在恒壓浮充電狀態(tài)時(shí)，由輸出采樣比較電路的采樣信號(hào)通過控制PWM控制電路的PWM占空比發(fā)生變化來使變換主電路穩(wěn)定蓄電池的最大電壓，對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充電。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1，并結(jié)合圖2 圖8，對(duì)系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行說明。本光伏充電控制器由光伏電池作為供電能源，通過變換主電路的降壓作用，變換成蓄電池合適的充電電壓。整個(gè)系統(tǒng)有兩種工作狀態(tài)，一種是光伏電池的最大功率點(diǎn)跟蹤狀態(tài)，另一種是當(dāng)蓄電池充滿時(shí)，系統(tǒng)工作在設(shè)定的蓄電池最大充電電壓的穩(wěn)壓狀態(tài)，對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓浮充電。所述的輸入采樣電路能精確采樣到光伏電池PV+、PV-端的電壓，經(jīng)運(yùn)算放大器UlA隔離和變換后得到采樣輸出信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)V1、V2端輸送給信號(hào)運(yùn)算電路。所述的測溫放大電路由溫度傳感器VTl將溫度變化的信號(hào)變換為電流的變化信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器U3B與基準(zhǔn)電壓2.73V進(jìn)行比較，同時(shí)還進(jìn)行放大，由此得到的溫度補(bǔ)償信號(hào)經(jīng)VT端輸送給信號(hào)運(yùn)算電路。所述的信號(hào)運(yùn)算電路將輸入采樣電路的采樣信號(hào)、測溫放大電路的溫度補(bǔ)償信號(hào)以及輸出采樣比較電路的基準(zhǔn)電壓輸送給運(yùn)算放大器UlB進(jìn)行運(yùn)算放大，得到系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)跟蹤狀態(tài)的反饋信號(hào)，經(jīng)VINF端將該信號(hào)送入狀態(tài)控制電路。所述的輸出采樣比較電路從變換主電路的VOUT端采樣蓄電池充電電壓，一路信號(hào)經(jīng)電阻R20、變阻器W2、電阻R22分壓后送給運(yùn)算放大器U2A，并與電路的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，比較后得到的信號(hào)經(jīng)SI端輸送給狀態(tài)控制電路，用作狀態(tài)控制電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)；另一路信號(hào)經(jīng)電阻R23、變阻器W4變成輸出電壓反饋信號(hào)，經(jīng)VOF端輸送給狀態(tài)控制電路，用作蓄電池最大充電電壓的穩(wěn)壓反饋控制信號(hào)。所述的狀態(tài)控制電路通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)來控制繼電器Kl，當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)為高電平時(shí)，繼電器Kl失電而處于常閉位置，使得信號(hào)運(yùn)算電路的VINF端與PWM控制電路的VF端連通，此時(shí)，系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)跟蹤狀態(tài)；當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)為低電平時(shí)，繼電器Kl得電而處于常開位置，使得輸出采樣比較電路的VOF端與PWM控制電路的VF端連通，此時(shí)，系統(tǒng)工作在設(shè)定的蓄電池最大充電電壓的穩(wěn)壓狀態(tài)，進(jìn)行恒壓浮充電。所述的PWM控制電路從VF端獲得反饋信號(hào)，在該反饋信號(hào)的作用下，由DR1、DR2端發(fā)出互補(bǔ)的PWM脈沖，并輸送給變換主電路。所述的變換主電路在PWM脈沖的控制下實(shí)現(xiàn)降壓變換，經(jīng)二極管反向隔離后分別與蓄電池和負(fù)載連接。
在實(shí)際使用中，還可將本光伏充電控制器進(jìn)行多單元并聯(lián)，以擴(kuò)展系統(tǒng)的供電容量，擴(kuò)大其適用范圍。
權(quán)利要求
1.一種光伏充電控制器，其特征在于包括光伏電池、PWM控制電路、輸入采樣電路、信號(hào)運(yùn)算電路、輸出采樣比較電路、狀態(tài)控制電路、測溫放大電路、變換主電路以及蓄電池，所述的變換主電路的一電源輸入端VIN+端和輸入米樣電路的一輸入端共同連接至光伏電池的PV+端，變換主電路的另一電源輸入端VIN-端和輸入采樣電路的另一輸入端共同連接至光伏電池的PV-端，變換主電路的一電源輸出端VOUTl端連接負(fù)載，變換主電路的另一電源輸出端V0UT2端連接蓄電池，變換主電路的信號(hào)輸出端接輸出采樣比較電路的輸入端，輸出采樣比較電路的一輸出端接信號(hào)運(yùn)算電路的一輸入端，信號(hào)運(yùn)算電路的另一輸入端接測溫放大電路的輸出端，信號(hào)運(yùn)算電路的第三輸入端接輸入采樣電路的輸出端，信號(hào)運(yùn)算電路的輸出端與狀態(tài)控制電路的一輸入端連接，狀態(tài)控制電路的另一輸入端接輸出采樣比較電路的另一輸出端，狀態(tài)控制電路的輸出端連接PWM控制電路的信號(hào)輸入端，PWM控制電路的兩電源輸入端與變換主電路的兩電源輸入端VIN+、VIN-端連接，PWM控制電路的信號(hào)輸出端連接變換主電路的信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電控制器，其特征在于所述的PWM控制電路包括電阻RO R4、電容Cl C8、二極管Dl、穩(wěn)壓芯片Ul和微控制器ICl，其中，所述的二極管Dl為MBRl 100，穩(wěn)壓芯片Ul為LM7812，微控制器ICl為LTC3703，所述的微控制器ICl的2腳連接電阻R3的一端，微控制器ICl的3腳與電阻Rl的一端以及電容C2的一端連接，電阻Rl的另一端連接電容Cl的一端，電容Cl的另一端與電容C2的一端、電阻R2的一端以及微控制器ICl的4腳連接，并作為VF端與狀態(tài)控制電路連接，微控制器ICl的5腳與電阻R4的一端連接，微控制器ICl的7腳與電容C3的一端連接，微控制器ICl的12腳與電阻RO的一端以及電容C8的正極連接，微控制器ICl的13腳與電容C7的負(fù)極連接，并作為SWl端與變換主電路連接，電容C7的正極與微控制器ICl的15腳以及二極管Dl的負(fù)極連接，微控制器ICl的10、14腳分別作為DR2端和DRl端，用于與變換主電路連接，微控制器ICl的16腳與穩(wěn)壓芯片Ul的I腳以及電容C4的一端共同接變換主電路的VIN+端，穩(wěn)壓芯片Ul的3腳、電容C5的一端、微控制器ICl的1、11腳、電容C6的正極、電阻RO的另一端以及二極管Dl的正極連接，并輸出+ 12V直流電源，電容C4的另一端、穩(wěn)壓芯片Ul的2腳、電容C5的另一端、電阻R2的另一端、電阻R3的另一端、電阻R4的另一端、微控制器ICl的6、8腳、電容C3的另一端以及電容C8的負(fù)極共同接變換主電路的VIN-端，并進(jìn)行接地，微控制器ICl的9腳和電容C6的負(fù)極共同接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電控制器，其特征在于所述的輸入采樣電路包括運(yùn)算放大器U1A、電阻R5 R8、電容C9以及插座VIN1，其中，所述的運(yùn)算放大器UlA為0P727，電阻R5的一端連接插座VINl的I腳，并與光伏電池的PV+端連接，電阻R5的另一端與電阻R6的一端以及運(yùn)算放大器UlA的I腳連接，運(yùn)算放大器UlA的7腳與8腳連接，并作為Vl端與信號(hào)運(yùn)算電路連接，運(yùn)算放大器UlA的6腳和電容C9的一端共同接+12V直流電源，電阻R7的一端與插座VINl的2腳連接，并與光伏電池的PV-端連接，電阻R7的另一端與電阻R8的一端連接，并作為V2端與信號(hào)運(yùn)算電路連接，電阻R6的另一端、電阻R8的另一端、電容C9的另一端以及運(yùn)算放大器UlA的2腳共同接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電控制器，其特征在于所述的信號(hào)運(yùn)算電路包括運(yùn)算放大器U1B、變阻器W1、電阻R9 R15以及電容C10，其中，所述的運(yùn)算放大器UlB為0P727，電阻RlO的一端接測溫放大電路的VT端，電阻RlO的另一端與電阻Rll的一端、電阻R12的一端以及運(yùn)算放大器UlB的4腳連接，電阻Rll的另一端接輸入采樣電路的Vl端，電阻R12的另一端與變阻器Wl的一端、滑動(dòng)端、運(yùn)算放大器UlB的5腳以及電容ClO的一端連接，變阻器Wl的另一端接電阻R14的一端，電阻R14的另一端與電阻R15的一端連接，并作為VINF端與狀態(tài)控制電路連接，電阻R15的另一端連接電容ClO的另一端，運(yùn)算放大器UlB的3腳與電阻R13的一端以及電阻R9的一端連接，電阻R13的另一端接輸出采樣比較電路的VREF端，電阻R9的另一端接輸入電壓采樣電路的V2端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電控制器，其特征在于所述的輸出采樣比較電路包括變阻器W2 W4、電阻R16 R23、電容C11、C12、電壓基準(zhǔn)源VZl以及運(yùn)算放大器U2A，其中，所述的電壓基準(zhǔn)源VZl為TL431，運(yùn)算放大器U2A為OP727，電阻R16的一端與電阻R17的一端、電壓基準(zhǔn)源VZl的3腳、電容C12的一端以及電阻R19的一端連接，并作為VREF端連接至信號(hào)運(yùn)算電路，電阻R17的另一端與變阻器W3的一端連接，變阻器W3的另一端與電阻R18的一端連接，變阻器W3的滑動(dòng)端與電 壓基準(zhǔn)源VZl的I腳連接，電阻R19的另一端與電阻R21的一端以及運(yùn)算放大器U2A的3腳連接，電阻R21的另一端與運(yùn)算放大器U2A的I腳連接，并作為SI端連接至狀態(tài)控制電路，運(yùn)算放大器U2A的2腳與電阻R22的一端以及變阻器W2的一端連接，變阻器W2的另一端與滑動(dòng)端以及電阻R20的一端連接，電阻R20的另一端與電阻R23的一端連接，并連接至變換主電路的VOUT端，電阻R23的另一端與變阻器W4的一端以及變阻器W4的滑動(dòng)端連接，變阻器W4的另一端作為VOF端連接狀態(tài)控制電路，電容Cll的一端、電阻R16的另一端、運(yùn)算放大器U2A的的8腳共同接+12V直流電源，電容Cll的另一端、電阻R18的另一端、電壓基準(zhǔn)源VZl的2腳、電容C12的另一端、電阻R22的另一端以及運(yùn)算放大器U2A的4腳共同接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電控制器，其特征在于所述的狀態(tài)控制電路包括電阻R24、R25、二極管D2、D3、發(fā)光二極管LED1、繼電器KI以及晶體三極管QI，其中，所述的繼電器Kl為G5V-1，電阻R24的一端與發(fā)光二極管LEDl的正極連接，發(fā)光二極管LEDl的負(fù)極與電阻R25的一端連接，并連接至輸出采樣比較電路的SI端，電阻R25的另一端連接晶體三極管Ql的基極，晶體三極管Ql的發(fā)射極連接二極管D2的負(fù)極，晶體三極管Ql的集電極與二極管D3的負(fù)極以及繼電器Kl的2腳連接，繼電器Kl的I腳連接輸出采樣比較電路的VOF端，繼電器Kl的5腳連接PWM控制電路的VF端，繼電器Kl的10腳連接信號(hào)運(yùn)算電路的VINF端，電阻R24的另一端與二極管D2的正極共同接+12V直流電源，二極管D3的正極與繼電器Kl的9腳共同接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電控制器，其特征在于所述的測溫放大電路包括溫度傳感器VTl、電阻R26 R33、電容C13 C15、變阻器W5、W6、運(yùn)算放大器U3A、U3B以及電壓基準(zhǔn)源VZ2，其中，所述的溫度傳感器VTl為AD590，運(yùn)算放大器U3A、U3B為0P727，電壓基準(zhǔn)源VZ2為TL431，所述的溫度傳感器VTl的2腳與電阻R26的一端以及運(yùn)算放大器U3A的I腳連接，電阻R26的另一端與變阻器W6的一端以及滑動(dòng)端連接，運(yùn)算放大器U3A的7腳與8腳連接，并與電阻R27的一端連接，電阻R27的另一端與電阻R28的一端以及運(yùn)算放大器U3B的3腳連接，運(yùn)算放大器U3B的4腳與電阻R29的一端以及電阻R30的一端連接，電阻R29的另一端與電阻R31的一端、電阻R32的一端、電壓基準(zhǔn)源VZ2的3腳以及電容C15的一端連接，電阻R32的另一端與變阻器W5的一端連接，變阻器W5的另一端連接電阻R33的一端，變阻器W5的滑動(dòng)端與電壓基準(zhǔn)源VZ2的I腳連接，電阻R30的另一端與運(yùn)算放大器U3B的5腳連接，并作為VT端與信號(hào)運(yùn)算電路連接，溫度傳感器VTl的I腳、運(yùn)算放大器U3A的6腳、電容C13的一端、電容C14的一端以及電阻R31的另一端共同接+12V直流電源，運(yùn)算放大器U3A的2腳、電阻R28的另一端、變阻器W6的另一端、電容C13的另一端、電容C14的另一端、電阻R33的另一端、電壓基準(zhǔn)源VZ2的2腳以及電容C15的另一端共同接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電控制器，其特征在于所述的變換主電路包括電阻R34 R36、電容C16 C19、二極管D4 D6、M0S管T1、T2以及電感LI，電容C16的正極與MOS管Tl的2腳以及電阻R36的一端連接，并作為電路的VIN+端與光伏電池的PV+端連接，MOS管Tl的I腳接電阻R34的一端，電阻R34的另一端接PWM控制電路的DRl端、MOS管Tl的3腳與MOS管T2的2腳、二極管D6的負(fù)極、電容C19的一端、電感LI的一端以及電容C18的一端連接，并連接至PWM控制電路的SWl端，MOS管T2的I腳連接電阻R35的一端，電阻R35的另一端與PWM控制電路的DR2端連接，電感LI的另一端與電容C17的正極和二極管D4的正極連接，并作為VOUT端與輸出采樣比較電路連接，二極管D4的負(fù)極與二極管D5的正極連接，并作為VOUTl端連接負(fù)載，二極管D5的負(fù)極作為V0UT2端連接蓄電池，電容C18的另一端連接電阻R36的另一端，電容C16的負(fù)極與MOS管T2的3腳、二極管D6的正極、電容C19的另一端以及電容C17的負(fù)極連接，并作為VIN-端與光伏電池的PV-端連接，并共同接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏充電控制器，其特征在于所述的變換主電路的兩電源輸入端VIN+、VIN-端通過導(dǎo)線分別與光伏電池的PV+、PV-端連接，導(dǎo)線自身壓降使得變換主電路的兩電源輸入端 VIN+、VIN-端之間的電位差小于光伏電池的PV+、PV-端之間的電位差。
全文摘要
一種光伏充電控制器，屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域。包括光伏電池、PWM控制電路、輸入采樣電路、信號(hào)運(yùn)算電路、輸出采樣比較電路、狀態(tài)控制電路、測溫放大電路、變換主電路以及蓄電池。優(yōu)點(diǎn)電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；耗電量減少；提高變換效率；對(duì)變換主電路起到有效的保護(hù)作用；整個(gè)系統(tǒng)有兩種工作狀態(tài)，一種是當(dāng)蓄電池未充滿時(shí)，光伏電池工作在最佳工作電壓點(diǎn)，光伏電池的電能通過變換主電路以最大的功率供給蓄電池和負(fù)載，此時(shí)，系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)跟蹤狀態(tài)；另一種是當(dāng)蓄電池充滿時(shí)，系統(tǒng)工作在設(shè)定的蓄電池最大充電電壓的穩(wěn)壓狀態(tài)，對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓浮充電，用于保護(hù)蓄電池，同時(shí)也對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電；對(duì)光伏電池的最佳輸出電壓的控制變得有效和實(shí)用。
文檔編號(hào)H02J7/00GK103219765SQ20131011832
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者顧啟民, 沈宗根, 魏泉苗, 鐘黎萍, 張水平, 張秀純 申請(qǐng)人:常熟理工學(xué)院