本實(shí)用新型屬于太陽(yáng)能控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太陽(yáng)能充放電控制器。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能控制器全稱為太陽(yáng)能充放電控制器，是用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，控制多路太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給太陽(yáng)能逆變器負(fù)載供電的自動(dòng)控制設(shè)備。它對(duì)蓄電池的充、放電條件加以規(guī)定和控制，并按照負(fù)載的電源需求控制太陽(yáng)電池組件和蓄電池對(duì)負(fù)載的電能輸出，是整個(gè)光伏供電系統(tǒng)的核心控制部分。

太陽(yáng)能控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)微機(jī)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。既可快速實(shí)時(shí)采集光伏系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，隨時(shí)獲得PV站的工作信息，又可詳細(xì)積累PV站的歷史數(shù)據(jù)，為評(píng)估PV系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性及檢驗(yàn)系統(tǒng)部件質(zhì)量的可靠性提供了準(zhǔn)確而充分的依據(jù)。此外，太陽(yáng)能控制器還具有串行通信數(shù)據(jù)傳輸功能，可將多個(gè)光伏系統(tǒng)子站進(jìn)行集中管理和遠(yuǎn)距離控制。

組成太陽(yáng)能供電系統(tǒng)主要有太陽(yáng)能電池組件，可充電蓄電池以及兩者之間的充放電控制器。充放電控制器作為連接太陽(yáng)能電池組件和蓄電池之間的紐帶，其控制方式的合理性決定了太陽(yáng)能電池組件的成本和蓄電池的壽命。特別是現(xiàn)在作為太陽(yáng)能電池的主要材料高純度硅的價(jià)格日益高漲，而且制造蓄電池的鉛，其價(jià)格也在不斷上漲。如何提高太陽(yáng)能電池組件的利用率，提高蓄電池的使用壽命就顯得特別重要了。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種太陽(yáng)能充放電控制器，通過(guò)采用光敏開關(guān)電路連接到太陽(yáng)能電池板，通過(guò)光敏開關(guān)電路作為蓄電池充電的一次開關(guān)，通過(guò)防反充電電路作為第二次蓄電池充電的二次開關(guān)，通過(guò)定時(shí)控制電路設(shè)定控制時(shí)間段，解決了現(xiàn)有的太陽(yáng)能充放電控制器的蓄電池使用壽命低，電轉(zhuǎn)換效率慢，控制繁瑣等問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型為一種太陽(yáng)能充放電控制器，包括光敏開關(guān)電路、防反充電電路、BUCK充電電路、MCU控制電路；所述光敏開關(guān)電路、防反充電電路、BUCK充電電路依次連接；所述MCU控制電路分別連接有ADC采樣電路、定時(shí)控制電路、顯示單元和放電電路；其中，所述ADC采樣電路分別采集光敏開關(guān)電路、防反充電電路、BUCK充電電路和放電電路的電信號(hào)；所述ADC采樣電路采集的電信號(hào)輸送到MCU控制電路所述放電電路與一電壓檢測(cè)單元串聯(lián)到負(fù)載，所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)放電電路與負(fù)載工作的電壓信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述光敏開關(guān)電路連接到太陽(yáng)能電池板，通過(guò)光敏開關(guān)電路作為第一步判定白天和黑夜，進(jìn)而作為蓄電池充電的一次開關(guān)，通過(guò)防反充電電路判定蓄電池充電是否充滿，作為第二次蓄電池充電的二次開關(guān)。

進(jìn)一步地，所述BUCK充電電路與蓄電池連接，對(duì)蓄電池的充電，BUCK充電電路為同步續(xù)流BUCK拓?fù)潆娐贰?/p>

進(jìn)一步地，所述顯示單元采用LCD顯示器。

進(jìn)一步地，所述ADC采樣電路還連接到太陽(yáng)能電池板，采集太陽(yáng)能電池板的電信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述電信號(hào)包括電壓信號(hào)、電流信號(hào)和溫度信號(hào)。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

1、本實(shí)用新型通過(guò)采用低功耗的元器件，減小功率損耗降低發(fā)熱量，縮減控制器體積，節(jié)約產(chǎn)品成本。

2、本實(shí)用新型通過(guò)采用MCU控制電路，利用DC-DC變換器使得充電電路阻抗和太陽(yáng)能電池內(nèi)部阻抗匹配，從而獲取太陽(yáng)能電池最大功率輸出，峰值功率利用率提高30％，提高了太陽(yáng)能組件的利用率。

3、本實(shí)用新型通過(guò)采用光敏開關(guān)電路連接到太陽(yáng)能電池板，通過(guò)光敏開關(guān)電路作為第一步判定白天和黑夜，進(jìn)而作為蓄電池充電的一次開關(guān)，通過(guò)防反充電電路判定蓄電池充電是否充滿，作為第二次蓄電池充電的二次開關(guān)，通過(guò)定時(shí)控制電路設(shè)定控制時(shí)間段，具有控制靈活性高，應(yīng)用范圍廣泛；有效地提高了太陽(yáng)能電池板與蓄電池之間的充放電關(guān)系，提高蓄電池的使用壽命。

當(dāng)然，實(shí)施本實(shí)用新型的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型的一種太陽(yáng)能充放電控制器的系統(tǒng)圖；

圖2為負(fù)載電流采樣電路圖；

圖3為太陽(yáng)能板電壓電路圖；

圖4為蓄電池電壓采樣電路圖；

圖5為為太陽(yáng)能輸入電流采樣電路圖；

圖6為MCU控制電路圖；

圖7-9為BUCK拓?fù)涞尿?qū)動(dòng)原理圖和防反部分驅(qū)動(dòng)原理圖；

圖10為BUCK充電部分電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型為一種太陽(yáng)能充放電控制器，包括光敏開關(guān)電路、防反充電電路、BUCK充電電路、MCU控制電路；光敏開關(guān)電路、防反充電電路、BUCK充電電路依次連接；MCU控制電路分別連接有ADC采樣電路、定時(shí)控制電路、顯示單元和放電電路。

其中，ADC采樣電路分別采集光敏開關(guān)電路、防反充電電路、BUCK充電電路和放電電路的電信號(hào)；ADC采樣電路采集的電信號(hào)輸送到MCU控制電路；放電電路與一電壓檢測(cè)單元串聯(lián)到負(fù)載，所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)放電電路與負(fù)載工作的電壓信號(hào)。

其中，光敏開關(guān)電路連接到太陽(yáng)能電池板，通過(guò)光敏開關(guān)電路作為第一步判定白天和黑夜，進(jìn)而作為蓄電池充電的一次開關(guān)，通過(guò)防反充電電路判定蓄電池充電是否充滿，作為第二次蓄電池充電的二次開關(guān)。

其中，BUCK充電電路與蓄電池連接，對(duì)蓄電池的充電。BUCK充電電路為同步續(xù)流BUCK拓?fù)潆娐?。BUCK充電電路采用MOS低導(dǎo)通內(nèi)阻的MOS管代替二極管，減小功率損耗降低發(fā)熱量，縮減控制器體積，節(jié)約產(chǎn)品成本。

其中，顯示單元采用LCD顯示器。

其中，ADC采樣電路還連接到太陽(yáng)能電池板，采集太陽(yáng)能電池板的電信號(hào)。

其中，電信號(hào)包括電壓信號(hào)、電流信號(hào)和溫度信號(hào)。

通過(guò)恒壓恒流充電以及MCU控制電路的充電控制方式減少了鉛酸蓄電池充電時(shí)所發(fā)生的極化反應(yīng)，提高充電效率，通過(guò)敏開關(guān)電路連接到太陽(yáng)能電池板，通過(guò)光敏開關(guān)電路作為第一步判定白天和黑夜，進(jìn)而作為蓄電池充電的一次開關(guān)，通過(guò)防反充電電路判定蓄電池充電是否充滿，作為第二次蓄電池充電的二次開關(guān)，達(dá)到了保護(hù)蓄電池的效果，提高了蓄電池的使用壽命。

基于同步續(xù)流BUCK拓?fù)潆娐返奶?yáng)能充放電控制器，它包括太陽(yáng)能組件和BUCK電路的輸入端相連，BUCK電路的輸出端和蓄電池相連，MCU根據(jù)采樣電路的反饋結(jié)果和恒壓恒流的不同階段控制BUCK電路的工作狀態(tài)。

LCD顯示單元時(shí)時(shí)接收來(lái)自MCU的信息，直觀的展示控制器所有采樣數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)，并支持按鍵操作，用來(lái)設(shè)置產(chǎn)品的工作參數(shù)。放電電路通過(guò)MCU提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制負(fù)載的運(yùn)行與關(guān)閉。

如圖2所示為負(fù)載電流采樣，如圖5所示為太陽(yáng)能輸入電流采樣，如圖3所示為太陽(yáng)能板電壓和如圖4所示蓄電池電壓采樣。電流采樣部分對(duì)低壓的輸入信號(hào)放大47倍，再經(jīng)過(guò)保護(hù)電路R14、D1和R23、D3接入MCU的AD采樣口，提高的弱信號(hào)的采樣能力。電壓采樣部分采用1％精度的電阻對(duì)太陽(yáng)能板和蓄電池的輸入電壓進(jìn)行分壓再經(jīng)過(guò)保護(hù)電路R38、D5和R39、D6接入MCU的AD采樣口。

如圖6所示，本實(shí)用新型的系統(tǒng)MCU采用STM32F103C8T6，采用外部8MHZ高精度晶振經(jīng)過(guò)9倍頻后產(chǎn)生72MHZ的系統(tǒng)頻率。使用外部3.3V做為系統(tǒng)的參考電壓，即MCU的第9腳，參考點(diǎn)標(biāo)記為VDDA，以此來(lái)做為運(yùn)算放大器的基準(zhǔn)點(diǎn)。配置為同時(shí)采樣6組數(shù)據(jù)，輸出2組共計(jì)5路頻率和占空比都不相同的PWM信號(hào)做為整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)啟用兩組USART口，其中一組給控制器的LCD提供顯示內(nèi)容，另一組用來(lái)做為控制器與PC的連接端口。

如圖7-9所示，本控制器的驅(qū)動(dòng)芯片U6采用美國(guó)IR公司生產(chǎn)的IR2110驅(qū)動(dòng)器。它兼有光耦隔離(體積小)和電磁隔離(速度快)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有高端懸浮自舉功能，可以減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目。MCU輸出的PWM控制信號(hào)為3.3V脈沖，經(jīng)過(guò)U6的電平匹配和轉(zhuǎn)換后分別驅(qū)動(dòng)BUCK電路的降壓管和續(xù)流管。使用光耦隔離驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入和輸出，杜絕高壓端串入低壓端產(chǎn)生危險(xiǎn)。

如圖10所示，本控制器的BUCK拓?fù)潆娐废鄬?duì)于常規(guī)的BUCK電路，采用低導(dǎo)通內(nèi)阻的MOS管代替續(xù)流管。

圖中S+與S-分別為太陽(yáng)能的輸入正極和負(fù)極，BAT+和BAT-為蓄電池的正負(fù)極

圖中的左上角的Q2只有在太陽(yáng)能充電電流達(dá)到一定值時(shí)才由程序控制導(dǎo)通，不僅能降低損耗，而且Q2還起到太陽(yáng)能防反接和蓄電池防回流的作用。

因?yàn)樘?yáng)能板的特性太陽(yáng)能板在低電壓時(shí)基本不會(huì)輸出電流，所以對(duì)于太陽(yáng)能不需要Boost充電電路，而且太陽(yáng)能的最大功率點(diǎn)電壓至都較高所以需要Buck電路來(lái)給蓄電池充電，防止蓄電池鉗位太陽(yáng)能板電壓，降低功率。

Buck工作原理：

當(dāng)輸入電壓高于蓄電池電壓時(shí)。Q3、Q4、Q6、Q7、L3共同組成BUCK電路。

其中Q3、Q4同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)斷開，Q6、Q7同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)斷開。

Q3、Q4導(dǎo)通時(shí)，電流流過(guò)L3且線性增加，電感L3儲(chǔ)存電能，L3上的電壓與蓄電池上的電壓Vbt串聯(lián)，接近于輸入電壓Vsolar。所以降壓充電不會(huì)鉗位太陽(yáng)能板電壓

Q3、Q4斷開時(shí)，L3上的電流會(huì)保持緩慢減小，L3兩端電壓極性產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)形成高于蓄電池電壓的VL，電流經(jīng)過(guò)Q6、Q7給蓄電池充電。在電流逐漸減小的過(guò)程中VL逐漸減小至小于Vbt時(shí)，C21向電池充電

Buck充電過(guò)程中Q3、Q4斷開期間叫做降壓的續(xù)流時(shí)間，一般的Buck電路中Q6、Q7的位置采用的是二極管，但是這款控制器采用MOS管和二極管共同續(xù)流的方式，在一個(gè)續(xù)流周期內(nèi)流進(jìn)續(xù)流管的電流是逐漸減小的，在續(xù)流的初始階段電流比較大，所以采用MOS管續(xù)流，因?yàn)镸OS管導(dǎo)通后壓降是由內(nèi)阻決定的，而且MOS管導(dǎo)通內(nèi)阻非常小。所以相對(duì)于二極管來(lái)說(shuō)發(fā)熱量很小。在續(xù)流的后期電流會(huì)很小，程序自動(dòng)計(jì)算在合適的時(shí)候斷開續(xù)流MOS管，使用二極管續(xù)流，防止產(chǎn)生反向BOOST現(xiàn)象。

二極管在流過(guò)20A電流時(shí)壓降在1.2V左右，如果流過(guò)二極管的電流達(dá)到20A，那么損耗功率P＝U*I，1.2V*20A＝24W

也就說(shuō)24W全部產(chǎn)生熱量，不僅浪費(fèi)能源而且電路將產(chǎn)生高溫，但是新型電路采用MOS管續(xù)流，在續(xù)流期間的前段時(shí)間電流足夠大時(shí)MOS管導(dǎo)通減小損耗，在后期電流減小時(shí)MOS管斷開使用外置二極管續(xù)流防止蓄電池回流。MOS導(dǎo)通內(nèi)阻一般在0.03Ω。通過(guò)相同的20A電流，MOS管上的損耗功率P＝I*I*R，20A*20A*0.03Ω＝12W

由此可見(jiàn)使用MOS管續(xù)流能夠減小損耗，提高充電效率。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上公開的本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本實(shí)用新型。優(yōu)選實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該實(shí)用新型僅為所述的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說(shuō)明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本實(shí)用新型的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本實(shí)用新型。本實(shí)用新型僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。