CN102832701A

CN102832701A - 太阳能智能家居供电系统

Info

Publication number: CN102832701A
Application number: CN2012103661007A
Authority: CN
Inventors: 李斌
Original assignee: Chongqing Beicang Optoelectronics Technology Co Ltd
Current assignee: Chongqing Beicang Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明涉及太阳能智能家居供电系统，它的太阳能电池板由MCU控制器自动控制给蓄电池充电。当用户用电功率小于180W时，由蓄电池经逆变器逆变为220V交流电后给用户供电，当蓄电池电量不足或用户用电功率大于180W时，切换器自动切换为220V交流市电供电，直至蓄电池电压恢复正常或用电功率小于180W后，再次切换为蓄电池供电。本发明具有智能自动控制、保护功能完善等特点。

Description

太阳能智能家居供电系统

技术领域

本发明涉及太阳能供电装置，特别是一种太阳能智能家居供电系统。

背景技术

目前，市场上的太阳能供电产品大多采用将太阳能转化后给蓄电池充电，然后经逆变成220V交流电后直接给电器独立供电，如CN202260549U公开的中国实用新型专利（专利名称：一种家用太阳能供电系统），即采用上述技术方案，该方案如下缺陷：

1.开关操作需人为控制；

2.保护功能不够完善，过压、欠压、过流、短路等保护后，电器供电断开，且不会自动恢复，需手动控制；

3.用户使用受太阳能供电系统功率的影响，超过太阳能供电系统的用电功率将无法使用。这将造成用户使用非常不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能化、适应性强的太阳能家居供电系统。

本发明的目的是通过如下途径实现的：一种太阳能智能家居供电系统，它包括太阳能电池板、蓄电池、MCU控制器及逆变器，太阳能电池板经充电控制电路连接蓄电池，蓄电池经逆变器接负载，所述的逆变器与负载之间设有交流/逆变切换电路，另有220V交流电输入接入交流/逆变切换电路，MCU控制器连接控制所述的交流/逆变切换电路及安装在电流输出线路上的逆变检测电路及输出电流检测电路。

作为方案的进一步优化，所述的输出电流检测电路于交流/逆变切换电路输出端连接有电流传感器, 该电流传感器与MCU控制器连接。

作为方案的进一步优化，所述的充电控制电路为PWM脉宽调制充电电路。

作为方案的进一步优化，所述的逆变器上连接有逆变器控制电路，该电路是由三极管Q14和场效应管Q11连接于MCU控制器，场效应管Q11输出端有电阻R35连接于MCU控制器。

作为方案的进一步优化，所述的MCU控制器上连接有LCD显示电路、按键控制电路、蜂鸣器报警电路和扩展接口。

作为方案的进一步优化，所述的蓄电池上安装有蓄电池电压检测电路，该电路是在蓄电池电流输出端安装电阻R42和电阻R49并连接MCU控制器。

作为方案的进一步优化，所述的太阳能电池板与蓄电池之间的回路上设有TVS管。

作为方案的进一步优化，所述的太阳能电池板与蓄电池之间连接有光电采样器。

本发明太阳能智能家居供电系统，由太阳能电池板、蓄电池、MCU控制器、逆变器、转换器等组成；太阳能电池板由MCU控制器自动控制给蓄电池充电。当用户用电功率小于180W时，由蓄电池经逆变器逆变为220V交流电后给用户供电，当蓄电池电量不足或用户用电功率大于180W时，切换器自动切换为220V交流市电供电，直至蓄电池电压恢复正常或用电功率小于180W后，再次切换为蓄电池供电。

本发明太阳能智能家居供电系统具有如下特点：

1.使用了单片机和控制软件，实现了智能控制，自动根据蓄电池的电量和用户用电状况来切换工作状态。

2.操作简单，由MCU控制器全自动控制各项动作，绝大部分操作不需人为干预。

3.具有蓄电池过充电、过放电、开路、接反保护。

4.具有太阳能电池板接反保护，负载短路、过载保护，且以上保护均不损坏任何元器件，不烧保险。

5.采用了串联式PWM充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低一半，充电效率较非PWM的高3%--6%，增加了用电时间。

6.直观的LCD显示屏，显示当前的工作状态，让用户清楚了解当前使用情况。

与现有太阳能供电产品相比，本发明太阳能智能家居供电系统具有以下几项优点：

1.本系统使用了单片机和控制软件，实现了智能控制，由MCU自动根据蓄电池的电量和用户用电状况来切换工作状态（逆变或市电）。自动控制各项动作，绝大部分操作不需人为干预。

2.保护功能完善，具有过压、欠压、过流、短路等保护，且当蓄电池出现过压、欠压、过流等现象时，供电自动切换为220V交流市电供电，不影响用户正常使用电器，且当故障消除后，达到启动逆变条件时，供电又自动由220V交流市电供电切换为蓄电池逆变供电。

3.当用户用电超过蓄电池逆变器功率后，则自动切换为220V交流市电供电，低于蓄电池逆变器功率后，则又自动切换为蓄电池逆变供电，这就不会造成用户供电中断。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明电路方框示意图；

图2为本发明的电路图；

图中，逆变检测电路1、电源供电电路2、交流/逆变切换电路3、输出电流检测电路4、LCD显示电路5、充电控制电路6、逆变器控制电路7、蓄电池电压检测电路8、按键控制电路9、MCU控制器10、蜂鸣器报警电路11、扩展接口12、太阳能电池板21、220V交流电输入22、负载23、逆变器24、蓄电池25、电流传感器26、TVS管27、光电采样器28。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明太阳能智能家居供电系统，它包括现有技术中已有的太阳能电池板21、蓄电池25、MCU控制器10及逆变器24，太阳能电池板21经充电控制电路6连接蓄电池25，蓄电池25经逆变器24接负载23，在本专利中，所述的逆变器24与负载23之间设有交流/逆变切换电路3，另有220V交流电输入22接入交流/逆变切换电路3，MCU控制器10连接控制所述的交流/逆变切换电路3及安装在电流输出线路上的逆变检测电路1及输出电流检测电路4。所述的输出电流检测电路4于交流/逆变切换电路3输出端连接有电流传感器26。所述的太阳能电池板21与蓄电池25之间连接有光电采样器28。所述的充电控制电路6为PWM脉宽调制充电电路。所述的逆变器24上连接有逆变器控制电路7，该电路是由三极管Q14和场效应管Q11连接于MCU控制器10，通过三极管Q14和场效应管Q11的通断来实现控制，场效应管Q11输出端有电阻R35连接于MCU控制器10，以实现场效应管Q11电流的检测，而达到保护逆变器或其相关部件的目的。所述的蓄电池25上安装有蓄电池电压检测电路8，该电路是在蓄电池25电流输出端安装电阻R42和电阻R49并连接MCU控制器10。所述的MCU控制器10上连接有LCD显示电路5、按键控制电路9、蜂鸣器报警电路11和扩展接口12。

下面详细说明本发明太阳能智能家居供电系统中所涉及的电路：

逆变检测电路1，此电路采用将逆变后的电压降压、整流，且通过光耦隔离后，变成控制信号，送入MCU控制器10中，供处理芯片U1分析、处理后，对相关电路作出控制。所述的太阳能电池板21与蓄电池25之间的回路上设有TVS管27，用以保护线路上各电子元器件免受浪涌电压的损坏。

逆变器输出电压经二极管D1整流、C1滤波、R67和R69降压后送入隔离光耦U4的1、2脚，U4的3、4脚将根据1、2脚输入电压的高低而控制三极管Q16和Q8的导通状态，从而控制MCU控制器10中的处理芯片U1的38脚，U1再根据其38脚的电压状况来判断逆变器输出电压是否正常，若正常，则保持用户供电继续为逆变供电，若异常，则将用户供电切换为220V交流市电供电，以保持用户供电不中断和保护用户电器设备（电器设备不会因为逆变器输出电压异常而造成损害）

电源供电电路2，整个电路板的供电采用将蓄电池电压经两级稳压后供电，以保证各电路供电的稳定。

交流/逆变切换电路3，此部分电路用于切换用户供电的方式（是由220V交流市电供电还是由蓄电池经逆变器逆变后供电）。由U1根据其外围各电路的工作状态，来通过其37脚，再经过三极管Q4、Q5和Q2来控制继电器J1的工作状态（处于逆变或市电位置）。电路工作时，MCU控制器10中的U1通过其1脚检测到逆变器控制电路7输出的过流信号、2脚检测到蓄电池电压检测电路8输出的蓄电池电压和38脚检测到逆变检测电路1输出的逆变电压信号，通过内部控制程序来判断是否达到切换为逆变供电或切换为交流市电供电的条件（无过流且蓄电池电压正常且逆变电压正常时，则切换为逆变供电；有过流现象或蓄电池电压低或逆变电压不正常时，则切换为交流市电供电。其37脚则输出相应的控制信号，通过三极管Q4、Q5和Q2控制继电器J1作相应的切换（U1的37脚输出高电平时，三极管Q4、Q5截止，Q2导通，继电器J1吸合，输出接通继电器J1的常开触点，输出为逆变输出；37脚输出低电平时，三极管Q4、Q5导通，Q2截止，继电器J1断开，输出接通继电器J1的常闭触点，输出为交流市电输出。

输出电流检测电路4，此部分电路用于检测用户供电电流。电流互感器L1检测用户用电状态，电流互感器将根据用户用电状况，于输出端产生变化的电流，再将此电流转变成电压后输入到U1的3脚，U1根据其3脚的电压状况来判断用户的用电状况（用电功率），再根据用电功率来控制逆变场效应管Q11的通断和切换继电器J1的工作状态（处于逆变或市电位置），当用户用电超过逆变器最大功率时自动切换为市电，在逆变器最大功率之内时则自动切换为逆变输出，用户关闭电器不用电时，则又自动转为市电，避免用户不用电时，逆变器空载长时间工作消耗蓄电池电能。电流互感器L1实时检测输出电流,并通过D2、R25、C25将电流信号转为电压信号，再通过R26、R3、R28、R36降压后，输入到MCU控制器10中的处理芯片U1的3脚，U1再根据3脚的电压状况来判断用户使用的电器功率，再根据用电功率，U1的37脚将输出相应的控制信号，控制电路3中的继电器J1作相应的切换（若用电功率小于2W或大于180W或用户关闭所有电器时, U1的37脚输出低电平，控制继电器J1断开,切换于交流市电输出；若用电功率大于3W并且小于180W时，则U1的37脚输出高电平，控制继电器J1吸合，切换于逆变输出）

LCD显示电路5，显示机器的各种工作状态和各项参数（电池电量、充电、充满、欠压、过压、保护、市电、逆变、时间、日期等显示），让使用者可以随时了解机器运行状况，方便使用。

充电控制电路6，此部分电路用于控制太阳能电池板对蓄电池充电。当通过光电采样器28检测到太阳能电池板输出的电压高于蓄电池电压时，U1的5脚输出控制高电压，经三极管Q10、Q9后，控制场效应管Q6和Q7导通，开启充电。且充电控制方式为PWM脉宽调制，随着蓄电池电压的升高，U1的5脚将输出不同占空比的方波，以调整场效应管的占空比，改善充电特性，让蓄电池充电达到完全饱和；若太阳能电池板输出电压低于蓄电池电压或蓄电池已充满时，U1的5脚输出控制低电压，经三极管Q10、Q9后，控制场效应管Q6和Q7截止，关闭充电，以保护蓄电池。

逆变器控制电路7，此部分电路用于控制逆变器的工作状态。U1根据其外围各电路的工作状况，来判定是否达到启动逆变或关闭逆变条件时，则通过U1的1脚，输出控制电压，经三极管Q14后，控制场效应管Q11导通或截止，以启动逆变或关闭逆变。且U1的1脚随时通过电阻R35来检测场效应管Q11的DS端电压，并根据其电压值来判断是否存在过流现象，若存在过流，则控制场效应管Q11截止，以保护逆变器或其相关部件不受损坏。

蓄电池电压检测电路8，此部分电路用于检测蓄电池的电池电压。蓄电池输出电压经R42和R49分压后，输入到U1的2脚，U1实时检测其2脚的电压，通过2脚的电压状况来判断蓄电池的电量情况，再根据此电量情况来控制其相关电路的工作状况，以防止蓄电池过充电或过放电，以保护蓄电池。

按键控制电路9，此部分电路用于对系统的功能扩展作出简单的控制和调整。通过按键，用户可以调节或控制系统的时间和日期、打开或关闭定时器、调整定时时间、系统出现异常产生保护后的重启、220V交流市电停电后的逆变启动等。

MCU控制器10，控制外理电路中的控制处理芯片(U1)乃系统的核心部件，整个系统的各项控制均由此芯片完成。芯片内存储有系统需要的控制程序和各项数据，芯片实时根据其外围各电路工作所产生的数据，跟其内部储存的数据相比校，自动控制各外围电路，使各电路按照程序所设定的方式运行，达到智能控制，以方便用户使用。

MCU控制器10中的U1第1脚既为逆变控制脚，也为过流信号检测脚，通过软件设置该引脚的工作状态来决定其功能。当设置1脚为强上拉输出时，则为逆变控制脚。当该引脚输出高电平时，三极管Q14导通、场效应管Q11截止，关闭逆变；该引脚输出低电平时，三极管Q14截止、场效应管Q11导通，打开逆变。打开逆变后，软件自动设置1脚为开漏输入，并打开1脚的AD检测功能，则1脚无电压输出，但三极管Q14因其基极无电压，则仍截止、场效应管Q11仍导通，继续维持逆变状态。逆变工作时，在场效应管DS端将产生一微弱的电压信号（小于0.5V，对三极管Q14的工作状态无影响），且随着逆变器用电功率的加大，此电压将会逐渐升高。此电压通过R35限流，输入到U1的1脚，U1通过检测其1脚的电压，来判断场效应管工作是否过流（场效应管过流则表示逆变器超过使用功率或逆变器工作异常）。若过流时，则U1的37脚立即输出低电平，交流/逆变切换电路3中的继电器J1切换于交流市电供电状态，且U1的1脚立即转为强上拉输出，输出高电平，控制三极管Q14导通、场效应管Q11截止，关闭逆变。从而达到保护逆变器或相关元器件不受损坏，并且使用户电器的供电不受影响。

蜂鸣器报警电路11，此部分电路用于对系统的设定条件达到（如闹钟、定时器时间到等）或出现异常状况（电池电压过低、超压、过流保护、系统连接时蓄电池接反等）作出报警声提示，以提醒用户注意。

电路工作时，U1的17脚输出报警控制信号，二极管D12和D15正偏导通，D13和D14反偏截止，蜂鸣器发声。当用户将蓄电池接反时，二极管D13和D14正偏导通，D12和D15反偏截止，蜂鸣器发声，提示用户蓄电池接反，且蓄电池接反后，电路7中的场效应管Q11反偏截止，蓄电池电源不能构成回路，电路不工作，这就不会损坏元器件。

扩展接口12，此接口用于用户护展系统功能。如：通过对系统定时器的设置，将用户需要控制的电器（如电灯、电视机、电风扇等）的电源开关线接于插座CN8上，可实现电器的定时自动开、关，以方便用户使用。

Claims

1.一种太阳能智能家居供电系统，它包括太阳能电池板（21）、蓄电池（25）、MCU控制器（10）及逆变器（24），太阳能电池板（21）经充电控制电路（6）连接蓄电池（25），蓄电池（25）经逆变器（24）接负载（23），其特征在于：所述的逆变器（24）与负载（23）之间设有交流/逆变切换电路（3），另有220V交流电输入（22）接入交流/逆变切换电路（3），MCU控制器（10）连接控制所述的交流/逆变切换电路（3）及安装在电流输出线路上的逆变检测电路（1）及输出电流检测电路（4）。

2.如权利要求1所述的太阳能智能家居供电系统，其特征在于：所述的输出电流检测电路（4）于交流/逆变切换电路（3）输出端连接有电流传感器（26）, 该电流传感器（26）与MCU控制器（10）连接。

3.如权利要求1所述的太阳能智能家居供电系统，其特征在于：所述的充电控制电路（6）为PWM脉宽调制充电电路。

4.如权利要求1所述的太阳能智能家居供电系统，其特征在于：所述的逆变器（24）上连接有逆变器控制电路（7），该电路是由三极管Q14和场效应管Q11连接于MCU控制器（10），场效应管Q11输出端有电阻R35连接于MCU控制器（10）。

5.如权利要求1或2所述的太阳能智能家居供电系统，其特征在于：所述的MCU控制器（10）上连接有LCD显示电路（5）、按键控制电路（9）、蜂鸣器报警电路（11）和扩展接口（12）。

6.如权利要求1所述的太阳能智能家居供电系统，其特征在于：所述的蓄电池（25）上安装有蓄电池电压检测电路（8），该电路是在蓄电池（25）电流输出端安装电阻R42和电阻R49并连接MCU控制器（10）。

7.如权利要求1所述的太阳能智能家居供电系统，其特征在于：所述的太阳能电池板（21）与蓄电池（25）之间的回路上设有TVS管（27）。

8.如权利要求1或 7所述的太阳能智能家居供电系统，其特征在于：所述的太阳能电池板(21)与蓄电池(25)之间连接有光电采样器(28)。