CN103219765B - 光伏充电控制器 - Google Patents

Abstract

一种光伏充电控制器，属于新能源技术领域。包括光伏电池、PWM控制电路、输入采样电路、信号运算电路、输出采样比较电路、状态控制电路、测温放大电路、变换主电路以及蓄电池。优点：电路的动态响应快；耗电量减少；提高变换效率；对变换主电路起到有效的保护作用；整个系统有两种工作状态，一种是当蓄电池未充满时，光伏电池工作在最佳工作电压点，光伏电池的电能通过变换主电路以最大的功率供给蓄电池和负载，此时，系统工作在最大功率点跟踪状态；另一种是当蓄电池充满时，系统工作在设定的蓄电池最大充电电压的稳压状态，对蓄电池进行恒压浮充电，用于保护蓄电池，同时也对负载进行供电；对光伏电池的最佳输出电压的控制变得有效和实用。

Description

光伏充电控制器

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种光伏充电控制器。

背景技术

节约能源、保护环境已经成为人类可持续发展的必要条件，人们的注意力正转向再生能源的利用和开发，其中，太阳能发电已成为近些年研究的热点。光伏充电系统一般包括太阳能电池、太阳能控制器和蓄电池。太阳能电池发电受气候条件影响，输出功率随环境温度、光照强度变化而变化，具有非线性特点。在一定的气候条件下，太阳能电池具有恒流但又可以工作在不同的输出电压的特点，只有在某一输出电压值即最佳输出电压值时，太阳能电池的输出功率才能达到最大值，这时太阳能电池的工作点就达到了输出功率-输出电压曲线的最高点，即最大功率点。目前已有的太阳能光伏充电装置有两类。一类是传统的模拟方式，为了避免发生当无太阳光时蓄电池逆向对太阳能电池放电的情况，通常在太阳能电池板正极与蓄电池正极相连接的回路中加串二极管，在太阳能电池板负极与蓄电池负极相连接回路中加串开关元件，用于控制充电。然而在该方式下，当对蓄电池进行充电时，光伏电池的输出电压无法达到最佳值，不能实现最大功率点的跟踪，而且所采用的隔离用二极管存在一定的压降，将损耗一定的电能源，使得光电转换效果变差，太阳能利用率低。另外，现有的采用模拟控制方式实现的太阳能电池板最大功率跟踪控制芯片大多基于开路电压检测法，难以获得较高的太阳能电池板最大输出功率点跟踪精度，并且受光照、温度等环境因素的影响也较大，难以得到广泛的应用和推广。另一类采用计算机控制，比如通过单片机或DSP等微控制器来实现太阳能的最大功率点跟踪，以此提高太阳能的利用率。如中国实用新型专利授权公告号CN201682299U公布的“太阳能电池充电控制器”，其采用单片机对系统进行控制，整个系统的工作过程采用数字控制技术，具有高度的自动化水平。但是，微控制器的结构较为复杂，电路占用面积大，成本也较高，一般都用于大规模太阳能发电系统中，不利于较小的便捷式设备的应用，在小型供电系统中若采用微控制器进行控制，会使得自损耗增加。

鉴于上述已有技术，有必要对现有的光伏充电控制器加以改进，为此，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏充电控制器，采用了模拟电路的控制方式，电路设计简单、能量损耗小、具有良好的自保护能力，可实现太阳能的最大功率点跟踪充电和蓄电池在充满状态下的恒压浮充电。

本发明的目的是这样来达到的，一种光伏充电控制器，包括光伏电池、PWM控制电路、输入采样电路、信号运算电路、输出采样比较电路、状态控制电路、测温放大电路、变换主电路以及蓄电池，所述的变换主电路的一电源输入端VIN+端和输入采样电路的一输入端共同连接至光伏电池的PV+端，变换主电路的另一电源输入端VIN-端和输入采样电路的另一输入端共同连接至光伏电池的PV-端，变换主电路的一电源输出端VOUT1端连接负载，变换主电路的另一电源输出端VOUT2端连接蓄电池，变换主电路的信号输出端接输出采样比较电路的输入端，输出采样比较电路的一输出端接信号运算电路的一输入端，信号运算电路的另一输入端接测温放大电路的输出端，信号运算电路的第三输入端接输入采样电路的输出端，信号运算电路的输出端与状态控制电路的一输入端连接，状态控制电路的另一输入端接输出采样比较电路的另一输出端，状态控制电路的输出端连接PWM控制电路的信号输入端，PWM控制电路的两电源输入端与变换主电路的两电源输入端VIN+、VIN-端连接，PWM控制电路的信号输出端连接变换主电路的信号输入端。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的PWM控制电路包括电阻R0～R4、电容C1～C8、二极管D1、稳压芯片U1和微控制器IC1，所述的微控制器IC1的2脚连接电阻R3的一端，微控制器IC1的3脚与电阻R1的一端以及电容C2的一端连接，电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端与电容C2的一端、电阻R2的一端以及微控制器IC1的4脚连接，并作为VF端与状态控制电路连接，微控制器IC1的5脚与电阻R4的一端连接，微控制器IC1的7脚与电容C3的一端连接，微控制器IC1的12脚与电阻R0的一端以及电容C8的正极连接，微控制器IC1的13脚与电容C7的负极连接，并作为SW1端与变换主电路连接，电容C7的正极与微控制器IC1的15脚以及二极管D1的负极连接，微控制器IC1的10、14脚分别作为DR2端和DR1端，用于与变换主电路连接，微控制器IC1的16脚与稳压芯片U1的1脚以及电容C4的一端共同接变换主电路的VIN+端，稳压芯片U1的3脚、电容C5的一端、微控制器IC1的1、11脚、电容C6的正极、电阻R0的另一端以及二极管D1的正极连接，并输出+12V直流电源，电容C4的另一端、稳压芯片U1的2脚、电容C5的另一端、电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端、微控制器IC1的6、8脚、电容C3的另一端以及电容C8的负极共同接变换主电路的VIN-端，并进行接地，微控制器IC1的9脚和电容C6的负极共同接地。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的输入采样电路包括运算放大器U1A、电阻R5～R8、电容C9以及插座VIN1，电阻R5的一端连接插座VIN1的1脚，并与光伏电池的PV+端连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端以及运算放大器U1A的1脚连接，运算放大器U1A的7脚与8脚连接，并作为V1端与信号运算电路连接，运算放大器U1A的6脚和电容C9的一端共同接+12V直流电源，电阻R7的一端与插座VIN1的2脚连接，并与光伏电池的PV-端连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端连接，并作为V2端与信号运算电路连接，电阻R6的另一端、电阻R8的另一端、电容C9的另一端以及运算放大器U1A的2脚共同接地。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的信号运算电路包括运算放大器U1B、变阻器W1、电阻R9～R15以及电容C10，电阻R10的一端接测温放大电路的VT端，电阻R10的另一端与电阻R11的一端、电阻R12的一端以及运算放大器U1B的4脚连接，电阻R11的另一端接输入采样电路的V1端，电阻R12的另一端与变阻器W1的一端、滑动端、运算放大器U1B的5脚以及电容C10的一端连接， 变阻器W1的另一端接电阻R14的一端，电阻R14的另一端与电阻R15的一端连接，并作为VINF端与状态控制电路连接，电阻R15的另一端连接电容C10的另一端，运算放大器U1B的3脚与电阻R13的一端以及电阻R9的一端连接，电阻R13的另一端接输出采样比较电路的VREF端，电阻R9的另一端接输入电压采样电路的V2端。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的输出采样比较电路包括变阻器W2～W4、电阻R16～R23、电容C11、C12、电压基准源VZ1以及运算放大器U2A,电阻R16的一端与电阻R17的一端、电压基准源VZ1的3脚、电容C12的一端以及电阻R19的一端连接，并作为VREF端连接至信号运算电路，电阻R17的另一端与变阻器W3的一端连接，变阻器W3的另一端与电阻R18的一端连接，变阻器W3的滑动端与电压基准源VZ1的1脚连接，电阻R19的另一端与电阻R21的一端以及运算放大器U2A的3脚连接，电阻R21的另一端与运算放大器U2A的1脚连接，并作为S1端连接至状态控制电路，运算放大器U2A的2脚与电阻R22的一端以及变阻器W2的一端连接，变阻器W2的另一端与滑动端以及电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与电阻R23的一端连接，并连接至变换主电路的VOUT端，电阻R23的另一端与变阻器W4的一端以及变阻器W4的滑动端连接，变阻器W4的另一端作为VOF端连接状态控制电路，电容C11的一端、电阻R16的另一端、运算放大器U2A的的8脚共同接+12V直流电源，电容C11的另一端、电阻R18的另一端、电压基准源VZ1的2脚、电容C12的另一端、电阻R22的另一端以及运算放大器U2A的4脚共同接地。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的状态控制电路包括电阻R24、R25、二极管D2、D3、发光二极管LED1、继电器K1以及晶体三极管Q1，电阻R24的一端与发光二极管LED1的正极连接，发光二极管LED1的负极与电阻R25的一端连接，并连接至输出采样比较电路的S1端，电阻R25的另一端连接晶体三极管Q1的基极，晶体三极管Q1的发射极连接二极管D2的负极，晶体三极管Q1的集电极与二极管D3的负极以及继电器K1的2脚连接，继电器K1的1脚连接输出采样比较电路的VOF端，继电器K1的5脚连接PWM控制电路的VF端，继电器K1的10脚连接信号运算电路的VINF端，电阻R24的另一端与二极管D2的正极共同接+12V直流电源，二极管D3的正极与继电器K1的9脚共同接地。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的测温放大电路包括温度传感器VT1、电阻R26～R33、电容C13～C15、变阻器W5、W6、运算放大器U3A、U3B以及电压基准源VZ2，所述的温度传感器VT1的2脚与电阻R26的一端以及运算放大器U3A的1脚连接，电阻R26的另一端与变阻器W6的一端以及滑动端连接，运算放大器U3A的7脚与8脚连接，并与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端与电阻R28的一端以及运算放大器U3B的3脚连接，运算放大器U3B的4脚与电阻R29的一端以及电阻R30的一端连接，电阻R29的另一端与电阻R31的一端、电阻R32的一端、电压基准源VZ2的3脚以及电容C15的一端连接，电阻R32的另一端与变阻器W5的一端连接，变阻器W5的另一端连接电阻R33的一端，变阻器W5的滑动端与电压基准源VZ2的1脚连接，电阻R30的另一端与运算放大器U3B的5脚连接，并作为VT端与信号运算电路连接，温度传感器VT1的1脚、运算放大器U3A的6脚、电容C13的一端、电容C14的一端以及电阻R31的另一端共同接+12V直流电源，运算放大器U3A的2脚、电阻R28的另一端、变阻器W6的另一端、电容C13的另一端、电容C14的另一端、电阻R33的另一端、电压基准源VZ2的2脚以及电容C15的另一端共同接地。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的变换主电路包括电阻R34～R36、电容C16～C19、二极管D4～D6、MOS管T1、T2以及电感L1，电容C16的正极与MOS管T1的2脚以及电阻R36的一端连接，并作为电路的VIN+端与光伏电池的PV+端连接，MOS管T1的1脚接电阻R34的一端，电阻R34的另一端接PWM控制电路的DR1端、MOS管T1的3脚与MOS管T2的2脚、二极管D6的负极、电容C19的一端、电感L1的一端以及电容C18的一端连接，并连接至PWM控制电路的SW1端，MOS管T2的1脚连接电阻R35的一端，电阻R35的另一端与PWM控制电路的DR2端连接，电感L1的另一端与电容C17的正极和二极管D4的正极连接，并作为VOUT端与输出采样比较电路连接，二极管D4的负极与二极管D5的正极连接，并作为VOUT1端连接负载，二极管D5的负极作为VOUT2端连接蓄电池，电容C18的另一端连接电阻R36的另一端，电容C16的负极与MOS管T2的3脚、二极管D6的正极、电容C19的另一端以及电容C17的负极连接，并作为VIN-端与光伏电池的PV-端连接，并共同接地。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的变换主电路的两电源输入端VIN+、VIN-端通过导线分别与光伏电池的PV+、PV-端连接，导线自身压降使得变换主电路的两电源输入端VIN+、VIN-端之间的电位差小于光伏电池的PV+、PV-端之间的电位差。

本发明由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：1.采用了模拟电路的控制方式，电路的动态响应快；2.电路中采用低功耗元件，并且在光伏电池无电能输出时电路不工作，即在夜间和阴雨天时不耗电，使得整个电路的耗电量有了很大减少；3.在变换主电路中，通过采用同步控制的MOS管T2来有效降低电路的损耗，以提高变换效率；4.在PWM控制电路中,具有限流和电路软起动的功能，对变换主电路起到了有效的保护作用；5.整个系统有两种工作状态，一种是当蓄电池未充满时，光伏电池工作在最佳工作电压点，光伏电池的电能通过变换主电路以最大的功率供给蓄电池和负载，此时，系统工作在最大功率点跟踪状态；另一种是当蓄电池充满时，系统工作在设定的蓄电池最大充电电压的稳压状态，对蓄电池进行恒压浮充电，用于保护蓄电池，同时也对负载进行供电；6.通过对光伏电池的温度检测来实现对光伏电池的输出特性进行补偿，从而使得对光伏电池的最佳输出电压的控制变得有效和实用。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的一实施例的PWM控制电路的电原理图。

图3为本发明的一实施例的输入采样电路的电原理图。

图4为本发明的一实施例的信号运算电路的电原理图。

图5为本发明的一实施例的输出采样比较电路的电原理图。

图6为本发明的一实施例的状态控制电路的电原理图。

图7为本发明的一实施例的测温放大电路的电原理图。

图8为本发明的一实施例的变换主电路的电原理图。

具体实施方式

    为了使公众能充分了解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本发明的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。

请参阅图1，一种光伏充电控制器，包括光伏电池、PWM控制电路、输入采样电路、信号运算电路、输出采样比较电路、状态控制电路、测温放大电路、变换主电路以及蓄电池。所述的变换主电路的一电源输入端VIN+端和输入采样电路的一输入端共同连接至光伏电池的PV+端，变换主电路的另一电源输入端VIN-端和输入采样电路的另一输入端共同连接至光伏电池的PV-端。在实际的应用实施例中，所述的变换主电路的两电源输入端VIN+、VIN-端通过较长的导线分别与光伏电池的PV+、PV-端连接，由于导线自身存在压降，会使得变换主电路的两电源输入端VIN+、VIN-端之间的电位差小于光伏电池的PV+、PV-端之间的电位差。而输入采样电路的两输入端直接与光伏电池的两输出端PV+、PV-端连接，这样可以提高光伏电池输出电压的采样精度。变换主电路的一电源输出端VOUT1端连接负载，变换主电路的另一电源输出端VOUT2端连接蓄电池，变换主电路根据蓄电池充电情况可工作在两种状态，当蓄电池欠压时变换主电路工作在最大功率点跟踪状态，当蓄电池充满时变换主电路工作在恒压浮充电状态。变换主电路的信号输出端接输出采样比较电路的输入端，输出采样比较电路对变换主电路的输出电压进行采样。输出采样比较电路的一输出端接信号运算电路的一输入端，为信号运算电路提供基准电压，信号运算电路的另一输入端接测温放大电路的输出端，测温放大电路用于测量光伏电池的实时工作温度，对系统工作进行温度补偿。信号运算电路的第三输入端接输入采样电路的输出端，信号运算电路对测温放大电路和输入采样电路的输入信号进行运算放大，信号运算电路的输出端与状态控制电路的一输入端连接，状态控制电路的另一输入端接输出采样比较电路的另一输出端，状态控制电路的输出端连接PWM控制电路的信号输入端，PWM控制电路的两电源输入端与变换主电路的两电源输入端VIN+、VIN-端连接，PWM控制电路的信号输出端连接变换主电路的信号输入端。

请参阅图2，所述的PWM控制电路包括电阻R0～R4、电容C1～C8、二极管D1、稳压芯片U1和微控制器IC1，在本实施例中，所述的二极管D1采用MBR1100，稳压芯片U1采用LM7812，微控制器IC1采用LTC3703。稳压芯片U1将来自光伏电池的电压稳压在12V，为下级各电路进行直流供电。微控制器IC1用于产生可调的PWM脉冲，电阻R2为反馈电阻，电阻R1和电容C1、C2组成反馈补偿网络，电阻R3用于微控制器IC1工作频率的设定，电阻R4用于输出限流的设定，电容C3用于软启动时间的设定，电容C7为自举电容，电容C7在电压自举时所产生的高电压通过二极管D1进行隔离，电阻R0和电容C6组成微控制器IC1的11脚的去耦电路，电容C8是12脚的去耦电容。PWM控制电路的VF端与状态控制电路连接，由状态控制电路控制PWM控制电路的DR1、DR2端输出互补的PWM脉冲给变换主电路，使系统分别工作在最大功率点跟踪状态和恒压浮充电状态，从而实现系统不同的充电控制。

请参阅图3，所述的输入采样电路包括运算放大器U1A、电阻R5～R8、电容C9以及插座VIN1，在本实施例中，所述的运算放大器U1A采用OP727。该电路通过插座VIN1与光伏电池的PV+端、PV-端连接，对光伏电池两输出端之间的电压进行采样。具体地，来自PV+端的电压由电阻R5、R6进行分压，分压得到的电压经运算放大器U1A隔离放大后从电路的V1端输送给信号运算电路， PV-端的电压经电阻R7、R8的分压后从电路的V2端输送给信号运算电路，由于电阻R7、R8的阻值较小，因此无需进行隔离放大。

请参阅图4，所述的信号运算电路包括运算放大器U1B、变阻器W1、电阻R9～R15以及电容C10，在本实施例中，所述的运算放大器U1B采用OP727。该信号运算电路将从输入采样电路的V1、V2端、测温放大电路的VT端以及输出采样比较电路的VREF端得到的信号进行运算放大。变阻器W1和电阻R14组成负反馈网络，通过调节变阻器W1可以实现对光伏电池的最佳工作电压的设定。由电阻R15和电容C10组成的反馈网络为补偿电路，用于提高反馈控制的稳定性，电路的VINF端向状态控制电路输送信号。

请参阅图5，所述的输出采样比较电路包括变阻器W2～W4、电阻R16～R23、电容C11、C12、电压基准源VZ1以及运算放大器U2A，在本实施例中，所述的电压基准源VZ1采用TL431，运算放大器U2A采用OP727。其中，电容C11、C12、电阻R16～R18和变阻器W3组成电压基准电路，用于产生输出采样比较电路的基准电压；变阻器W3用于调节该基准电压值。输出采样比较电路从变换主电路的VOUT端得到电压信号，将其与电路自身产生的基准电压信号进行比较后，得到状态转换控制信号，该信号经S1端输送给状态控制电路。具体地，VOUT端的电压经电阻R20、变阻器W2以及电阻R22分压，在运算放大器U2A的2脚获得一状态转换值。当VOUT端的电压升高时，对应的该状态转换值也随之升高，当该状态转换值大于运算放大器U2A的3脚处的阈值时，S1端输出低电平，状态控制电路进行状态切换，使系统工作在恒压浮充电状态；反之，当VOUT端的电压降低时，对应的该状态转换值也随之降低，当该状态转换值小于运算放大器U2A的3脚处的阈值时，S1端输出高电平，状态控制电路再次进行状态切换，使系统工作在最大功率点跟踪状态。电阻R23和变阻器W4组成稳压反馈的采样电路，调节变阻器W4可以对输出稳压值进行设定。

请参阅图6，所述的状态控制电路包括电阻R24、R25、二极管D2、D3、发光二极管LED1、继电器K1以及晶体三极管Q1，在本实施例中，所述的继电器K1采用G5V-1，通过继电器K1的触点变化，来选择不同的充电方式。当变换主电路的VOUT端的电压较低时，输出采样比较电路的S1端的电压升高，状态控制电路中的晶体三极管Q1断开，继电器K1的线圈断电，继电器K1的5脚与10脚连通，使得PWM控制电路的VF端与信号运算电路的VINF端连通，PWM控制电路从信号运算电路得到最大功率点跟踪信号，从而实现对蓄电池的最大功率点跟踪充电，此时，发光二极管LED1不亮；反之，当变换主电路的VOUT端的电压较高时，输出采样比较电路的S1端输出低电平，状态控制电路中的晶体三极管Q1导通，继电器K1的线圈得电，继电器K1的5脚与1脚连通，使得PWM控制电路的VF端与输出采样比较电路的VOF端连通，PWM控制电路从输出采样比较电路得到反馈信号，用于控制变换主电路对蓄电池进行恒压浮充电，同时发光二极管LED1被点亮。由于在该状态下蓄电池已经充满电，继电器K1和发光二极管LED1所耗电能是从多余的太阳能中得到的，因而并不会消耗蓄电池电能。

请参阅图7，所述的测温放大电路包括温度传感器VT1、电阻R26～R33、电容C13～C15、变阻器W5、W6、运算放大器U3A、U3B以及电压基准源VZ2，在本实施例中，所述的温度传感器VT1采用AD590，运算放大器U3A、U3B采用OP727，电压基准源VZ2采用TL431。该电路仅在系统处于最大功率跟踪状态时有效。温度传感器VT1用于检测光伏电池的温度，其输出信号随电池温度的变化而发生变化。温度传感器VT1输出的电流信号通过电阻R26和变阻器W6转换为电压信号，通过调节变阻器W6，可使光伏电池温度为0⁰C时所对应的该电压值为2.73V。运算放大器U3A为缓冲放大器，电容C13用于电源滤波。电压基准源VZ2、电容C14、C15、电阻R31～R33和变阻器W5组成基准电压产生电路，通过调节变阻器W5，可得到2.73V基准电压。将该基准电压和运算放大器U3A的输出电压送入由运算放大器U3B组成的差动放大电路，放大后得到的信号经VT端输送给信号运算电路，用作温度补偿信号。当温度升高时，VT端的电压信号变大，信号运算电路将该信号与输入采样电路的V1端输出的信号反向相加，VINF端的输出电压降低，PWM控制电路输出的占空比增大，从而使得光伏电池的输出电压得到动态调整；反之，当温度降低时，PWM控制电路输出的占空比减小，光伏电池的输出电压得到相反方向的动态调整，从而使得光伏电池能够输出对应当前温度的最佳电压值。

请参阅图8，所述的变换主电路包括电阻R34～R36、电容C16～C19、二极管D4～D6、MOS管T1、T2以及电感L1，在本实施例中，所述的MOS管T1、T2采用HY1707。其中，电容C16为滤波电容，MOS管T1为斩波管，MOS管T2为同步续流管，电阻R34、R35为限流电阻，电阻R35和电容C19组成MOS管T1的缓冲电路，二极管D6起续流预导通的作用，电容C17为MOS管T2的缓冲电容，电感L1起储能作用，电容C16起平波作用，二极管D4、D5起反向隔离作用。MOS管T1、T2在DR1、DR2端的PWM脉冲作用下交替导通，从而使得变换主电路工作在降压变换状态。当整个系统工作在最大功率点跟踪状态时，由输入采样电路的采样信号通过控制PWM控制电路的PWM占空比发生变化来使变换主电路稳定光伏电池的最佳工作电压，从而将光伏电池发出的电能以最大功率向蓄电池充电；当整个系统工作在恒压浮充电状态时，由输出采样比较电路的采样信号通过控制PWM控制电路的PWM占空比发生变化来使变换主电路稳定蓄电池的最大电压，对蓄电池进行浮充电。

请再参阅图1，并结合图2～图8，对系统的工作原理进行说明。本光伏充电控制器由光伏电池作为供电能源，通过变换主电路的降压作用，变换成蓄电池合适的充电电压。整个系统有两种工作状态，一种是光伏电池的最大功率点跟踪状态，另一种是当蓄电池充满时，系统工作在设定的蓄电池最大充电电压的稳压状态，对蓄电池进行恒压浮充电。所述的输入采样电路能精确采样到光伏电池PV+、PV-端的电压，经运算放大器U1A隔离和变换后得到采样输出信号，该信号经V1、V2端输送给信号运算电路。所述的测温放大电路由温度传感器VT1将温度变化的信号变换为电流的变化信号，该信号经运算放大器U3B与基准电压2.73V进行比较，同时还进行放大，由此得到的温度补偿信号经VT端输送给信号运算电路。所述的信号运算电路将输入采样电路的采样信号、测温放大电路的温度补偿信号以及输出采样比较电路的基准电压输送给运算放大器U1B进行运算放大，得到系统工作在最大功率点跟踪状态的反馈信号，经VINF端将该信号送入状态控制电路。所述的输出采样比较电路从变换主电路的VOUT端采样蓄电池充电电压，一路信号经电阻R20、变阻器W2、电阻R22分压后送给运算放大器U2A，并与电路的基准电压进行比较，比较后得到的信号经S1端输送给状态控制电路，用作状态控制电路的状态转换控制信号；另一路信号经电阻R23、变阻器W4变成输出电压反馈信号，经VOF端输送给状态控制电路，用作蓄电池最大充电电压的稳压反馈控制信号。所述的状态控制电路通过状态转换控制信号来控制继电器K1，当状态转换控制信号为高电平时，继电器K1失电而处于常闭位置，使得信号运算电路的VINF端与PWM控制电路的VF端连通，此时，系统工作在最大功率点跟踪状态；当状态转换控制信号为低电平时，继电器K1得电而处于常开位置，使得输出采样比较电路的VOF端与PWM控制电路的VF端连通，此时，系统工作在设定的蓄电池最大充电电压的稳压状态，进行恒压浮充电。所述的PWM控制电路从VF端获得反馈信号，在该反馈信号的作用下，由DR1、DR2端发出互补的PWM脉冲，并输送给变换主电路。所述的变换主电路在PWM脉冲的控制下实现降压变换，经二极管反向隔离后分别与蓄电池和负载连接。

在实际使用中，还可将本光伏充电控制器进行多单元并联，以扩展系统的供电容量，扩大其适用范围。

Claims (8)

1.一种光伏充电控制器，其特征在于包括光伏电池、PWM控制电路、输入采样电路、信号运算电路、输出采样比较电路、状态控制电路、测温放大电路、变换主电路以及蓄电池，所述的变换主电路的一电源输入端VIN+端和输入采样电路的一输入端共同连接至光伏电池的PV+端，变换主电路的另一电源输入端VIN-端和输入采样电路的另一输入端共同连接至光伏电池的PV-端，变换主电路的一电源输出端VOUT1端连接负载，变换主电路的另一电源输出端VOUT2端连接蓄电池，变换主电路的信号输出端接输出采样比较电路的输入端，输出采样比较电路的一输出端接信号运算电路的一输入端，信号运算电路的另一输入端接测温放大电路的输出端，信号运算电路的第三输入端接输入采样电路的输出端，信号运算电路的输出端与状态控制电路的一输入端连接，状态控制电路的另一输入端接输出采样比较电路的另一输出端，状态控制电路的输出端连接PWM控制电路的信号输入端，PWM控制电路的两电源输入端与变换主电路的两电源输入端VIN+、VIN-端连接，PWM控制电路的信号输出端连接变换主电路的信号输入端，所述的测温放大电路包括温度传感器VT1、电阻R26～R33、电容C13～C15、变阻器W5、W6、运算放大器U3A、U3B以及电压基准源VZ2，其中，所述的温度传感器VT1为AD590，运算放大器U3A、U3B为OP727，电压基准源VZ2为TL431，所述的温度传感器VT1的2脚与电阻R26的一端以及运算放大器U3A的1脚连接，电阻R26的另一端与变阻器W6的一端以及滑动端连接，运算放大器U3A的7脚与8脚连接，并与电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端与电阻R28的一端以及运算放大器U3B的3脚连接，运算放大器U3B的4脚与电阻R29的一端以及电阻R30的一端连接，电阻R29的另一端与电阻R31的一端、电阻R32的一端、电压基准源VZ2的3脚以及电容C15的一端连接，电阻R32的另一端与变阻器W5的一端连接，变阻器W5的另一端连接电阻R33的一端，变阻器W5的滑动端与电压基准源VZ2的1脚连接，电阻R30的另一端与运算放大器U3B的5脚连接，并作为VT端与信号运算电路连接，温度传感器VT1的1脚、运算放大器U3A的6脚、电容C13的一端、电容C14的一端以及电阻R31的另一端共同接+12V直流电源，运算放大器U3A的2脚、电阻R28的另一端、变阻器W6的另一端、电容C13的另一端、电容C14的另一端、电阻R33的另一端、电压基准源VZ2的2脚以及电容C15的另一端共同接地。

2.根据权利要求1所述的光伏充电控制器，其特征在于所述的PWM控制电路包括电阻R0～R4、电容C1～C8、二极管D1、稳压芯片U1和微控制器IC1，其中，所述的二极管D1为MBR1100，稳压芯片U1为LM7812，微控制器IC1为LTC3703，所述的微控制器IC1的2脚连接电阻R3的一端，微控制器IC1的3脚与电阻R1的一端以及电容C2的一端连接，电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端与电容C2的一端、电阻R2的一端以及微控制器IC1的4脚连接，并作为VF端与状态控制电路连接，微控制器IC1的5脚与电阻R4的一端连接，微控制器IC1的7脚与电容C3的一端连接，微控制器IC1的12脚与电阻R0的一端以及电容C8的正极连接，微控制器IC1的13脚与电容C7的负极连接，并作为SW1端与变换主电路连接，电容C7的正极与微控制器IC1的15脚以及二极管D1的负极连接，微控制器IC1的10、14脚分别作为DR2端和DR1端，用于与变换主电路连接，微控制器IC1的16脚与稳压芯片U1的1脚以及电容C4的一端共同接变换主电路的VIN+端，稳压芯片U1的3脚、电容C5的一端、微控制器IC1的1、11脚、电容C6的正极、电阻R0的另一端以及二极管D1的正极连接，并输出+12V直流电源，电容C4的另一端、稳压芯片U1的2脚、电容C5的另一端、电阻R2的另一端、电阻R3的另一端、电阻R4的另一端、微控制器IC1的6、8脚、电容C3的另一端以及电容C8的负极共同接变换主电路的VIN-端，并进行接地，微控制器IC1的9脚和电容C6的负极共同接地。

3.根据权利要求2所述的光伏充电控制器，其特征在于所述的输入采样电路包括运算放大器U1A、电阻R5～R8、电容C9以及插座VIN1，其中，所述的运算放大器U1A为OP727，电阻R5的一端连接插座VIN1的1脚，并与光伏电池的PV+端连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端以及运算放大器U1A的1脚连接，运算放大器U1A的7脚与8脚连接，并作为V1端与信号运算电路连接，运算放大器U1A的6脚和电容C9的一端共同接+12V直流电源，电阻R7的一端与插座VIN1的2脚连接，并与光伏电池的PV-端连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端连接，并作为V2端与信号运算电路连接，电阻R6的另一端、电阻R8的另一端、电容C9的另一端以及运算放大器U1A的2脚共同接地。

4.根据权利要求3所述的光伏充电控制器，其特征在于所述的变换主电路包括电阻R34～R36、电容C16～C19、二极管D4～D6、MOS管T1、T2以及电感L1，所述的MOS管T1、T2采用HY1707，电容C16的正极与MOS管T1的2脚以及电阻R36的一端连接，并作为电路的VIN+端与光伏电池的PV+端连接，MOS管T1的1脚接电阻R34的一端，电阻R34的另一端接PWM控制电路的DR1端、MOS管T1的3脚与MOS管T2的2脚、二极管D6的负极、电容C19的一端、电感L1的一端以及电容C18的一端连接，并连接至PWM控制电路的SW1端，MOS管T2的1脚连接电阻R35的一端，电阻R35的另一端与PWM控制电路的DR2端连接，电感L1的另一端与电容C17的正极和二极管D4的正极连接，并作为VOUT端与输出采样比较电路连接，二极管D4的负极与二极管D5的正极连接，并作为VOUT1端连接负载，二极管D5的负极作为VOUT2端连接蓄电池，电容C18的另一端连接电阻R36的另一端，电容C16的负极与MOS管T2的3脚、二极管D6的正极、电容C19的另一端以及电容C17的负极连接，并作为VIN-端与光伏电池的PV-端连接，并共同接地。

5.根据权利要求4所述的光伏充电控制器，其特征在于所述的输出采样比较电路包括变阻器W2～W4、电阻R16～R23、电容C11、C12、电压基准源VZ1以及运算放大器U2A,其中，所述的电压基准源VZ1为TL431，运算放大器U2A为OP727，电阻R16的一端与电阻R17的一端、电压基准源VZ1的3脚、电容C12的一端以及电阻R19的一端连接，并作为VREF端连接至信号运算电路，电阻R17的另一端与变阻器W3的一端连接，变阻器W3的另一端与电阻R18的一端连接，变阻器W3的滑动端与电压基准源VZ1的1脚连接，电阻R19的另一端与电阻R21的一端以及运算放大器U2A的3脚连接，电阻R21的另一端与运算放大器U2A的1脚连接，并作为S1端连接至状态控制电路，运算放大器U2A的2脚与电阻R22的一端以及变阻器W2的一端连接，变阻器W2的另一端与滑动端以及电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与电阻R23的一端连接，并连接至变换主电路的VOUT端，电阻R23的另一端与变阻器W4的一端以及变阻器W4的滑动端连接，变阻器W4的另一端作为VOF端连接状态控制电路，电容C11的一端、电阻R16的另一端、运算放大器U2A的的8脚共同接+12V直流电源，电容C11的另一端、电阻R18的另一端、电压基准源VZ1的2脚、电容C12的另一端、电阻R22的另一端以及运算放大器U2A的4脚共同接地。

6.根据权利要求5所述的光伏充电控制器，其特征在于所述的信号运算电路包括运算放大器U1B、变阻器W1、电阻R9～R15以及电容C10，其中，所述的运算放大器U1B为OP727，电阻R10的一端接测温放大电路的VT端，电阻R10的另一端与电阻R11的一端、电阻R12的一端以及运算放大器U1B的4脚连接，电阻R11的另一端接输入采样电路的V1端，电阻R12的另一端与变阻器W1的一端、滑动端、运算放大器U1B的5脚以及电容C10的一端连接，变阻器W1的另一端接电阻R14的一端，电阻R14的另一端与电阻R15的一端连接，并作为VINF端与状态控制电路连接，电阻R15的另一端连接电容C10的另一端，运算放大器U1B的3脚与电阻R13的一端以及电阻R9的一端连接，电阻R13的另一端接输出采样比较电路的VREF端，电阻R9的另一端接输入电压采样电路的V2端。

7.根据权利要求6所述的光伏充电控制器，其特征在于所述的状态控制电路包括电阻R24、R25、二极管D2、D3、发光二极管LED1、继电器K1以及晶体三极管Q1，其中，所述的继电器K1为G5V-1，电阻R24的一端与发光二极管LED1的正极连接，发光二极管LED1的负极与电阻R25的一端连接，并连接至输出采样比较电路的S1端，电阻R25的另一端连接晶体三极管Q1的基极，晶体三极管Q1的发射极连接二极管D2的负极，晶体三极管Q1的集电极与二极管D3的负极以及继电器K1的2脚连接，继电器K1的1脚连接输出采样比较电路的VOF端，继电器K1的5脚连接PWM控制电路的VF端，继电器K1的10脚连接信号运算电路的VINF端，电阻R24的另一端与二极管D2的正极共同接+12V直流电源，二极管D3的正极与继电器K1的9脚共同接地。

8.根据权利要求1所述的光伏充电控制器，其特征在于所述的变换主电路的两电源输入端VIN+、VIN-端通过导线分别与光伏电池的PV+、PV-端连接，导线自身压降使得变换主电路的两电源输入端VIN+、VIN-端之间的电位差小于光伏电池的PV+、PV-端之间的电位差。