CN102468668A - 智能型太阳能光伏控制器 - Google Patents

Abstract

一种智能型太阳能光伏控制器，由控制器、稳定电压、充放电回路、温度补偿电路、过放过载保护电路和其他电路组成。其中温度补偿电路由负温度系数的热敏电阻与电阻串联组成，同时采用软件热敏电阻线性化法对NTC热敏电阻进行高精度补偿。该测温系统实现了对NTC热敏电阻的线性化，满足在工作温度范围为-40℃-40℃内，对蓄电池温度补偿的要求，提高了系统的可靠性和平稳性，更加有效地保护蓄电池，延长太阳能光伏控制器使用寿命。

Description

智能型太阳能光伏控制器

所属技术领域

本发明涉及太阳能应用领域，尤其涉及一种智能型太阳能光伏控制器。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对能源的需求越来越大。作为清洁环保的新能源——太阳能越来越受到人们的重视，太阳能在我国的运用也越来越广。太阳能控制器能有效地控制充放电，然而传统的太阳能控制器正常工作温度范围是-30℃-30℃，超过这个温度范围，热敏电阻的非线性问题比较严重，从而影响太阳能控制器的温度补偿及充放电。在我国广大西部地区，如西藏、新疆、青海等太阳能资源丰富的地方，由于气候地形等原因，温差变化很大，太阳能控制器不能很好地工作，并且缩短了使用寿命。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种智能型太阳能光伏控制器，该智能型太阳能光伏控制器的有效工作温度范围可以达到-40℃-40℃。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该智能型太阳能光伏控制器由控制器、稳定电压、充放电回路、温度补偿电路、过放过载保护电路和其他电路组成。其中温度补偿电路由负温度系数的热敏电阻与电阻串联组成的，同时采用软件热敏电阻线性化法对NTC热敏电阻进行高精度补偿，该测温系统实现了对NTC热敏电阻的线性化，满足在工作温度范围为-40℃-40℃内，对蓄电池温度补偿的要求。同时，单片机通过采样温度参数，将采样值与存储在单片机内的电压值比较，对蓄电池的充电电压、放电电压进行适当控制，从而保护蓄电池。

本发明的有益效果是，扩大太阳能控制器的工作温度范围，提高了系统的可靠性和平稳性，更加有效地保护蓄电池，延长太阳能控制器的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的主电路原理图。

图3是单片机与温度补偿电路的原理图。

具体实施方式

该智能型太阳能光伏控制器由控制器、稳定电压、充放电电路、温度补偿电路、过放过载保护电路和其他电路组成。

其中，控制器为PIC单片机。

稳定电压为通过低压差低功耗的三端稳压器实现电源后级的稳压，得到稳定、纯净的+5V直流电源。

充放电回路由充电控制管M1和放电控制管M2与蓄电池并联，MOS管作为开关管。其中，充电回路由肖特基二极管SBD2、保护二极管D2和MOS管构成。肖特基二极管SBD1作为防反充二极管，与M1串联；放电回路由肖特基二极管SBD3、保护二极管D4和MOS管构成。

温度补偿电路由负温度系数的热敏电阻Rt1与电阻R8串联组成的。

过放过载保护电路由MOS管与R_L串联构成，并由光耦U3控制。

其他电路包括防雷击、高压保护电路和防反接电路。其中，防雷击、高压保护电路由压敏电阻R_V组成；防反接保护电路由R3，D3，BUZZER组成。

图1中，单片机循环检测太阳能电池端电压、蓄电池电压、负载电流、环境温度等参数，根据所得参数进行校正，并选择合适的PWM脉冲信号的占空比，从而对蓄电池实现不同幅值的恒压充电；在蓄电池各保护点时可实现不同的控制动作，对蓄电池加以保护，达到最佳的充电效果。同时，单片机通过NTC热敏电阻线性化算法计算在-40℃-40℃工作范围内温度补偿电路中的NTC热敏电阻的阻值及当前温度来采样温度参数，将采样值与存储在单片机内的电压值比较，对蓄电池的充电电压、放电电压进行适当控制，从而保护蓄电池。

在图2所示实施例中，充放电路采用并联充、放电的拓扑结构，可以实现快速PWM充电方式。具体的说，充电控制管M1和放电控制管M2与蓄电池采用并联方式，在选择开关管时用MOS作为开关管。电路中采用肖特基二极管SBD1作为防反充二极管，防止蓄电池向太阳能电池反向充电。肖特基二极管SBD2和SBD3提高了M1和M2管的开关速度。D2和D4是保护二极管，防止浪涌电压对MOS管的损坏。

同时，利用MOS管导通时的极间导通电阻RDS作为电流感测器件，M3与R_L串联，当检测出RDS上的压降超过规定值时，说明负载电流达到最大允许值，单片机通过光耦U3控制M3关断。当电流恢复正常后，M3又可以重新开启恢复工作，与采用保险管方式相比较，具有对负载和蓄电池进行瞬间保护的作用，反应速度快，属于自恢复型。铅酸蓄电池过放电会严重影响其使用寿命，因此，在其对负载供电时一定要注意过放电保护，当单片机检测出蓄电池端电压低于过放点电压值时，即刻发出控制信号，通过U3耦合来控制M3关断，实现过放保护。由于单片机通过光耦来控制MOS管的开关，减少了干扰、振荡和误动作等现象，使系统运行更加平稳、可靠，减少了人员的维护。

智能型太阳能光伏控制器除具有上述功能外还具有防雷击或高压保护功能，当系统遭受雷击或高压作用时，在输入端的压敏电阻R_V可以保护控制器不受损坏，恢复后可继续使用。

当太阳能电池反接时由R3，D3，BUZZER组成的防反接保护电路可以进行报警提示，提示用户太阳能电池“+”“-”极性接反，纠正后可继续使用。同样，当蓄电池极性接反时上述电路也同样起到提示、保护作用，D6又可以防止由于极性接反而造成对负载的损坏。

在图3所示实施例中，温度补偿电路由负温度系数的热敏电阻Rt1与电阻R8串联组成的。

由铅酸蓄电池的电压与温度的关系可知：温度每升高1℃，单格电池的电压将下降4mV，也就是说，铅酸电池的电压具有负温度系数，其值为-4mV/℃。由此可知，环境温度为25℃时，工作很理想的充电器，当环境温度降到0℃时，电池就不能充足电，当环境温度升到50℃时，电池将因严重过充电而缩短寿命。因此，为了保证在很宽的温度范围内都能使电池刚好充足电，充电器的各种转换电压必须随电池电压的温度系数而变。因此，在实际应用中采取温度补偿措施对蓄电池进行保护。根据标准温度补偿的范围为-3～-7mV/℃/节，常规蓄电池一般取值为-4mV/℃/节。因热敏电阻的阻值与温度有关，可以将温度的变化转换成电压的变化以供检测使用，其阻值在一定温度范围内近似线性变化，可以作为温度传感器使用，实现温度补偿。

采用软件热敏电阻线性化法对NTC热敏电阻Rt1进行高精度补偿，该测温系统实现了对NTC热敏电阻Rt1的线性化，满足在工作温度范围为-40℃-40℃内，对蓄电池温度补偿的要求。NTC热敏电阻软件线性法的核心是NTC热敏电阻线性化算法。NTC热敏电阻线性化算法以电桥转换电路原理为数学模型，其数学模型函数为

式中X为函数的输入量，无量纲，大小取热敏电阻的阻值，X(T)＝R_T＝Ae^B/T是关于温度T的函数；Y为函数的输出量，无量纲；c为正数。X与Y之间的关系是非线性的，为获得较大范围的关于温度X与Y的线性关系，需要确定合适的c值，一般选输入温度T范围的中点和输出范围Y的中点相对应，从而确定c值。以NTC热敏电阻Rt1为例，设测温范围为T₁～T₃，T₁对应的热敏电阻阻值为R_T1，T₃对应的热敏电阻阻值为R_T3，输入温度范围的中点为其对应的热敏电阻为R_T2。要使输入温度范围的中点T₂与输出范围Y的中点相对应，要满足如下关系式

解此方程得

根据上式解得的C，即能满足温度T与Y的最佳线性关系。本算法对温度范围-40℃-40℃中的NTC热敏电阻Rt1的数据处理，线性化效果非常明显。由R8，Rt1组成测温电路，单片机通过采样B点的电压值，电压信号U转换成数字信号，然后算得Rt1的阻值，以此Rt1值作为热敏电阻线性化算法的输入值X，然后根据(1)式由单片机计算得到Y，最后确定当前的温度T。单片机得到对应的环境温度参数，并将采样值与程序中的固有值比较，从而得出对应的温度变化量，再对蓄电池的过充、过放点电压值进行校正和补偿，从而保护蓄电池。

Claims (7)

1.一种智能型太阳能光伏控制器，由控制器、稳定电压、充放电回路、温度补偿电路、过放过载保护电路和其他电路组成，其特征是：控制器采用软件热敏电阻线性化法对NTC热敏电阻进行高精度补偿。

2.根据权利要求1所述的智能型太阳能光伏控制器，其特征是：控制器为PIC单片机。

3.根据权利要求1所述的智能型太阳能光伏控制器，其特征是：温度补偿电路由负温度系数的热敏电阻Rt1与电阻R8串联组成的。

4.根据权利要求1所述的智能型太阳能光伏控制器，其特征是：充放电回路由充电控制管M1和放电控制管M2与蓄电池并联，MOS管作为开关管；其中，充电回路由肖特基二极管SBD2、保护二极管D2和MOS管组成；肖特基二极管SBD1作为防反充二极管，与M1串联；.放电回路由肖特基二极管SBD3、保护二极管D4和MOS管组成。

5.根据权利要求1所述的智能型太阳能光伏控制器，其特征是：过放过载保护电路由MOS管与RL串联组成的，并由光耦U3控制。

6.根据权利要求1所述的智能型太阳能光伏控制器，其特征是：其他电路包括防雷击、高压保护电路和防反接电路。

7.根据权利要求6所述的其他电路，其特征是：防雷击、高压保护电路由压敏电阻R_V组成；防反接保护电路由R3，D3，BUZZER组成。

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