CN101242107B - 一种自适应太阳能充电控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应太阳能充电控制器，它是一种利用太阳能向蓄电池充电的控制器，包括蓄电池电压采样电路、温度检测电路、太阳能电池板电压采样电路、太阳能电池板对蓄电池充电的控制电路、负载控制和保护电路。充电由场效应管IRL3803S控制，它比一般的可控电子开关转换速度快，而且导通电阻很小。单片机采用PWM蓄电池充电模式，保证蓄电池工作在合理的状态，提高蓄电池的实用寿命，同时单片机输出的数字信号控制串接在输出回路的场效应管IRL3803的通与断。蓄电池接反时，不会烧坏保险及损坏控制器任何部件，负载电路具有过载和短路保护功能。该控制器高效率、电路简单、能够避免太阳能电池板阵列结温过高。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能充电控制器，更确切的说是一种太阳能向蓄电池充电的控制器。
背景技术
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，对环境不产生任何污染，既经济又环保，因此成为各国政府开发无污染，可持续发展新型能源的首选。目前，中国的大中城市都使用电网供电，费用高，浪费资源，而且中国还有很多地区处于缺电状态，这些地区用电分散，离电网较远，并网发电难度很大，尤其是在边远地区生活照明都比较困难，而利用太阳能发电技术正是解决这一问题的最佳方案。
目前，市场上有很多太阳能控制器，但存在着如下问题：
1.为了延长蓄电池的使用寿命，必须要对蓄电池的充电实施控制，现有的太阳能控制器在蓄电池充满后，对太阳能电池板实施短路，这样会造成太阳能电池板阵列结温过高，损坏太阳能电池板。
2.已有的白天和黑夜的识别方式是测量太阳能电池板的开路电压，但其电路中串联的防反接的二极管的导通损耗发热较大。
3.已有的防反接保护是当蓄电池反接时，蓄电池瞬间构成回路，熔断保险丝，但是造成了更换的麻烦。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有的太阳能充电控制器存在的缺陷，提供一种高效率、电路简单、成本更低、使用寿命更长、电流电压控制稳定的自适应太阳能充电控制器。
自适应太阳能控制器包括：蓄电池电压采样电路、温度检测电路、太阳能电池板电压采样电路、太阳能电池板对蓄电池充电的控制电路、负载控制和保护电路等。
构成各电路的器件之间的连接为：
蓄电池电压采样电路：蓄电池正端经第七电阻与单片机的A/D端口相连，并且与电容、稳压管、第八电阻并联后的一端相连，蓄电池的负端与电容、稳压管、第八电阻并联后的另一端与相连。稳压管为1V。
温度检测电路：热敏电阻的一端接单片机的基准电压源，另一端经第一电阻接蓄电池的负端，单片机的A/D端口与热敏电阻和第一电阻的分压点相连；
太阳能电池板电压采样电路：太阳能电池板正端经第三电阻和第五电阻与单片机的A/D端口相连，第六电阻一端与单片机的A/D端口相连，另一端接地，第四电阻一端与第三电阻和第五电阻的分压点处相连，另一端接太阳能电池板负端。
太阳能电池板对蓄电池充电的控制电路：蓄电池正端经保险、防反接二极管和太阳能电池板的正端相连，蓄电池负端与第一场效应管的漏极相连，太阳能电池板负端与第一场效应管的源极相连，第一场效应管的栅极与单片机的控制输出相连。
蓄电池接反时没有构成回路，所以不会烧保险及损坏控制器件任何部件，保险只作为控制器本身内部电路损坏短路的最终保护，避免了更换的麻烦。
三个指示灯LED1、LED2、LED3分别与单片机的控制输出相连，从而显示当前的电路状态。
负载控制和保护电路：负载正端与蓄电池正端相连，负端与第二场效应管的漏极相连，第二场效应管的栅极与单片机的输出端口相连，源极接取样电阻和第十电阻的一端，取样电阻的另一端接地，第十电阻的另一端与双运放的输入相连，双运放的输出与单片机的输入相连。
单片机采用ATMEGA48V，内置A/D转换，软件实现电压比较，电压控制精确，硬件电路简单，节省成本。场效应管采用IRL3803S，它比一般的可控电子开关转换速度快，而且导通电阻很小，约为0.006欧姆。双运放采用LM258。
单片机对第一场效应管IRL3803S的控制方式为：蓄电池充电时，第一场效应管IRL3803S通，蓄电池不充电时，第一场效应管IRL3803S关。单片机采用PWM蓄电池充电模式，保证蓄电池工作在合理的状态，提高蓄电池的使用寿命。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
1.采用的场效应管IRL3803S开关转换速度快，控制能力强。
2.单片机对太阳能电池板两端电压的分压采样作为判断白天和黑夜的探测信号，判断准确可靠。
3.利用高效的PWM蓄电池充电模式，保证蓄电池工作在合理的状态，提高蓄电池的使用寿命。
4.具有过充、过放、电子短路、过载保护。并且蓄电池接反时不会烧保险及损坏控制器件任何部件，保险丝只作为控制器本身内部电路损坏短路的最终保护，其他保护均不会损坏此保险丝，避免了更换的麻烦。
5.直观的LED灯指当前电路状态，让用户了解使用情况。
附图说明
图1是自适应太阳能充电控制器的电路原理图。
图中：第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第一采样点A、第二采样点B、电容C1、稳压管D2、二极管D1、保险F1、热敏电阻R2、取样电阻R9、第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第十电阻R10。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
一种自适应太阳能充电控制器，该控制器包括：蓄电池电压采样电路、温度检测电路、太阳能电池板电压采样电路、太阳能电池板对蓄电池充电的控制电路、负载控制和保护电路、显示电路。
构成各电路的器件之间的连接为：
蓄电池电压采样电路：蓄电池正端BAT+经第七电阻R7与单片机的A/D端口相连，并且与电容C1、稳压管D2、第八电阻R8并联后的一端相连，蓄电池的负端GND与电容C1、稳压管D2、第八电阻R8并联后的另一端与相连。
温度检测电路：热敏电阻R2的一端接单片机的基准电压源AREF，另一端经第一电阻R1接蓄电池的负端GND，单片机的A/D端口与热敏电阻R2和第一电阻R1的分压点相连。
太阳能电池板电压采样电路：太阳能电池板正端SVDD经第三电阻R3和第五电阻R5与单片机的A/D端口相连，第六电阻R6一端与单片机的A/D端口相连，另一端接地GND，第四电阻R4一端与第三电阻R3和第五电阻R5的分压点处相连，另一端接太阳能电池板负端SGND。
太阳能电池板对蓄电池充电的控制电路：蓄电池正端BAT+经过保险F1、防反接二极管D1和太阳能电池板的正端SVDD相连，蓄电池负端GND与第一场效应管Q1的漏极相连，太阳能电池板负端SGND与第一场效应管Q1的源极相连，第一场效应管Q1的栅极与单片机的控制输出OUTPUT相连。
负载控制和保护电路：负载正端LOAD+与蓄电池正端BAT+相连，负端LOAD-与第二场效应管Q2的漏极相连，第二场效应管Q2的栅极与单片机的输出端口OUTPUT相连，源极接取样电阻R9和第十电阻R10一端，取样电阻R9的另一端接地GND，第十电阻R10的另一端与双运放的输入IN相连，双运放的输出OUT与单片机的输入INPUT相连。
显示电路：单片机的输出端口OUTPUT接LED1的负极和，LED2和LED3的正极，LED1的正极接VCC，LED2和LED3的负极分别接太阳能电池板负端SGND和蓄电池负端GND。
蓄电池接反时没有构成回路，所以不会烧保险及损坏控制器件任何部件，保险F1只作为控制器本身内部电路损坏短路的最终保护，避免了更换的麻烦。
本发明的工作方式：如附图1，太阳能电池板输出的直流电通过第一场效应管Q1对蓄电池充电，采用PWM蓄电池充电模式，保证蓄电池工作在合理的状态，提高蓄电池的使用寿命。单片机的A/D转换端口对第一采样点A进行采样，单片机对采样点进行相关计算判断出蓄电池的实际电压，如果发生过放，充电要先达到提升充电电压，并保持十分钟，而后降到直充电压保持十分钟，以激活蓄电池，避免硫化结晶，最后降到浮充电压并保持直至充电返回电压动作。如果没有发生过放，将不会有提升充电模式，以防蓄电池失水。单片机的A/D转换端口对第二采样点B进行采样，单片机对采样点进行相关计算判断出太阳能光电池两端的实际电压，可以判断出是白天还是黑夜，从而控制对蓄电池的充电。指示灯工作状态及电路保护：蓄电池电压在正常工作范围内时，LED1状态指示灯常绿；充满后LED1为绿色慢闪；当电池电压降低到欠压时，LED1变成橙黄色；当蓄电池电压继续降低到过放电压时，LED1变为红色，此时控制器将自动关闭输出。而当电压又重新恢复到正常的工作范围内时，将自动开通输出，LED1变为绿色。白天太阳能电池板两端有电压时，LED2状态指示灯常绿，黑天时LED2状态指示灯灭。
本发明的12V/24V自动识别：单片机通过对第一采样点A电压的采样进行分析，判断蓄电池是何种规格，若通过采样判断出A点电压小于1V则蓄电池为12V规格，若A点电压大于1V，则蓄电池为24V规格，这里只使用12V，24V两种规格。
本发明采用温度补偿，利用热敏电阻在不同温度下的电阻是不同的这个特性进行温度补偿。在单片机的基准电压源AREF两端串联第一电阻R1和热敏电阻R2，单片机通过对R1和R2分压点的采样，对环境温度进行判断，并进行相应的温度补偿。本发明的温度补偿是-4mv/℃/1V。
负载控制和保护电路是通过取样电阻R9采取负载回路的工作电流，并以此作为过载和短路比较保护电路的输入比较信号，经过双运放LM258比较后送单片机，从而通过控制第二场效应管Q2的通与断，进而控制负载的通与断。如果当用户使用的直流负载超过了控制器的额定负载时，控制器将关闭输出，状态指示灯LED1为红色闪烁，提醒用户移除过多的负载，重连蓄电池会等到第二天可以正常工作，LED1恢复正常指示；当负载或负载连线出现短路故障时，控制器将立即关闭输出LED1熄灭，红色短路故障指示灯LED3亮，用户应断开有故障的负载，重连蓄电池会等到第二天可以正常工作。
Claims (2)
1.一种自适应太阳能充电控制器，其特征在于该控制器包括：蓄电池电压采样电路、温度检测电路、太阳能电池板电压采样电路、太阳能电池板对蓄电池充电的控制电路、负载控制和保护电路；
构成各电路的器件之间的连接为：
蓄电池电压采样电路：蓄电池正端(BAT+)经第七电阻(R7)与单片机的第一个A/D端口相连，电容(C1)的一端、稳压管(D2)负极、第八电阻(R8)的一端与单片机的第一个A/D端口相连，蓄电池的负端(GND)与电容(C1)的另一端、稳压管(D2)的正极、第八电阻(R8)的另一端相连；
温度检测电路：热敏电阻(R2)的一端接单片机的基准电压源(AREF)，另一端经第一电阻(R1)接蓄电池的负端(GND)，单片机的第二个A/D端口与热敏电阻(R2)和第一电阻(R1)的分压点相连；
太阳能电池板电压采样电路：太阳能电池板正端(SVDD)经第三电阻(R3)和第五电阻(R5)与单片机的第三个A/D端口相连，第六电阻(R6)一端与单片机的第三个A/D端口相连，另一端接地(GAND)，第四电阻(R4)一端与第三电阻(R3)和第五电阻(R5)的分压点处相连，另一端接太阳能电池板负端(SGND)；
太阳能电池板对蓄电池充电的控制电路：蓄电池正端(BAT+)经过保险(F1)、防反接二极管(D1)和太阳能电池板的正端(SVDD)相连，蓄电池负端(GND)与第一场效应管(Q1)的漏极相连，太阳能电池板负端(SGND)与第一场效应管(Q1)的源极相连，第一场效应管(Q1)的栅极与单片机的控制输出(OUTPUT)相连；
负载控制和保护电路：负载正端(LOAD+)与蓄电池正端(BAT+)相连，负端(LOAD-)与第二场效应管(Q2)的漏极相连，第二场效应管(Q2)的栅极与单片机的第一输出端口(OUTPUT)相连，源极接取样电阻(R9)和第十电阻(R10)一端，取样电阻(R9)的另一端接地(GND)，第十电阻(R10)的另一端与双运放的输入(IN)相连，双运放的输出(OUT)与单片机的输入(INPUT)相连；
通过单片机比较蓄电池的电压和太阳能电池板电压，控制单片机输出PWM波，即控制第一场效应管(Q1)的通断，从而控制充电电路的通断；
通过单片机计算负载电路中电流，控制第二场效应管(Q2)的通断，从而控制负载电路的通断。
2.根据权利要求1所述的一种自适应太阳能充电控制器，其特征在于，单片机的第二输出端口(OUTPUT)接LED1的负极，单片机的第三输出端口(OUTPUT)接LED2的正极和单片机的第四输出端口(OUTPUT)接LED3的正极，LED1的正极接VCC，LED2和LED3的负极分别接太阳能电池板负端(SGND)和蓄电池负端(GND)。
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