CN104242812A - 一种基于单片机的太阳能功率控制器 - Google Patents

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CN104242812A CN201410518400.1A CN201410518400A CN104242812A CN 104242812 A CN104242812 A CN 104242812A CN 201410518400 A CN201410518400 A CN 201410518400A CN 104242812 A CN104242812 A CN 104242812A
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陈才宏
宋静
江志勇
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Abstract

一种基于单片机的太阳能功率控制器，由太阳能电池模块、蓄电池、充放电电路、电压采集电路、单片机控制电路和光耦驱动电路组成，采用脉宽调制控制技术来控制蓄电池充放电，通过控制MOSFET管的开启和关闭，实现与发电功率规模相适应的功率控制器。本发明的有益效果：1、为大面积的太阳能电池组形成光伏发电系统装置，提供了功率控制器这一关键核心部件；2、为我国广泛应用清洁能源提供了可靠的技术保障。

Description

一种基于单片机的太阳能功率控制器
【技术领域】本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种基于单片机的太阳能功率控制器。
【背景技术】随着石化燃料资源面临枯竭，以及环境污染的日趋严重，人类将在相当长的一个历史阶段着重谋求清洁能源的开发，由此便掀起了开发利用太阳能的热潮。太阳能光伏发电是利用太阳能光伏电池的光生伏原理把太阳光能直接转化为电能的发电方式，这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合功率控制器等部件就形成了光伏发电系统装置，才能为生产、生活提供需要的清洁能源。因此，开发与发电功率规模相适应的功率控制器已成为人们十分迫切的科技创新课题。
【发明内容】本发明针对上述问题，提供一种基于单片机的太阳能功率控制器。
这种基于单片机的太阳能功率控制器，包括单片机、蓄电池，其特征在于，由太阳能电池模块、蓄电池、充放电电路、电压采集电路、单片机控制电路和光耦驱动电路组成，采用脉宽调制控制技术来控制蓄电池充放电，通过控制MOSFET管的开启和关闭，实现与发电功率规模相适应的功率控制器。
所述单片机为AT89S51，其外围电路包括上电复位电路、晶振、LED指示灯，设置有A/D转换模块，使用的电源为5V电压。
所述蓄电池采用恒压充电方法，电压在10.8V-12V之间为快充，电压在12V-14.5V之间为浮充，电压为14.5V时停止充电。
所述充放电电路由防反充二极管D1、滤波电容C1、续流二极管D2、MOSFET管Q1、滤波电容C2、MOSFET管Q1构成。
所述电压采集电路使用两个串联的电阻，电阻大小比例为10∶1，并联在需要检测的电压两端，从两个电阻中间采集电压。
本发明的有益效果：1、为大面积的太阳能电池组形成光伏发电系统装置，提供了功率控制器这一关键核心部件；2、为我国广泛应用清洁能源提供了可靠的技术保障。
【附图说明】
图1是本发明结构示意图
图2是本发明系统电路原理图
图3是本发明充放电电路图
图4是本发明单片机及其外围电路图。
【具体实施方式】现结合附图对本发明的实施进一步阐述如下：
如图2所示，电路包含太阳能电池，DC-DC变换电路，蓄电池，数据采集电路，A/D转换电路，单片机控制电路及状态显示部分。本发明以ATMEL系列AT89S51单片机为控制中心的软硬件的结合，使用并联在电池两端的两个串联电阻，以分压方式对蓄电池、太阳能电池的电压进行采样，送到A/D转换得到一个数字信号的电压值，再将信号送入到单片机中进行处理。单片机输出经光耦电路控制MOSFET管。控制MOSFET管导通的方式是脉冲宽度调制(PWM)，根据程序设计的载荷变化来调制MOSFET管栅的偏置，达到实现开关功能。按程序设计当检测到蓄电池的电压低于12V，充电模式为均充，Q1为完全导通状态，也就是导通的脉冲占空比最大；当检测到蓄电池的电压在12V-14.5V，充电模式为浮充，Q1导通与不导通的占空比例变小；当检测到蓄电池的电压等于15V，Q1截止充电停止。当检测到蓄电池的电压低于10.8V，Q2关闭停止放电。
作为太阳能储能用的蓄电池由于存在过放、过充、使用寿命短等问题，要选择合适的充放电方式。所有的蓄电池充电过程都有快充、过充和浮充3个阶段，每个阶段都有不同的充电要求。现行的充电方法主要有恒流充电、恒压充电、恒压限流充电、间隙式充电法等，这些充电方法各有利弊。本设计采用最容易实现的恒压充电。蓄电池的电压在10.8V-12V之间为快充；蓄电池的电压在12V-14.5V之间为浮充；蓄电池的电压为14.5V时停止充电。
如图3所示，电路由防反充二极管D1、滤波电容C1、续流二极管D2、MOSFET管Q1、滤波电容C2、MOSFET管Q1等构成。二极管D1是为了防反充，当阴天或晚上蓄电池的电压高于太阳能电池的电压时，D1就生效。通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM—脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。所使用的MOSFET是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管，所需驱动功率较小。而且MOSFET只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，非常适合作控制充放电开关。本发明中采用IRF9540N P沟道MOSFET管，P沟道MOSFET的导通电压Vth<0，可以实现MOSFET的驱动。当光耦U5导通时，由于Q1的G极电压很小，G极近似接地，Vgs<0，当S极电压达到一定值时，Q1导通。Q2的原理类似。
电压采集电路使用两个串联的电阻，大小比例为10:1，然后并联在需要检测的电压两端，从两个电阻中间采集电压。由分压公式得出采集的电压为VR1R21/11，当蓄电池充满电时电压为14.5V，计算出采集到的电压为1.3V，符合A/D转换芯片的TLC549的输入值。
光耦开关电路，当输入信号C1为低电平时，光耦内部的发光二极管的电流近似为零，输出端两管脚间的电阻很大，相当于开关“断开”；当C1为高电平时，光耦内部的发光二极管发光，输出端两管脚间的电阻变小，相当于开关“接通”，此时从U5输入的电压经光耦流向接地端，K1处的电压接近为零，MOSEFT的Vgs<0，当S极电压达到一定值时，Q1导通。
如图4所示，本发明采用AT89S51单片机，单片机及其外围电路包括上电复位电路，晶振，LED指示灯，其中D3、D4为高电平有效，用来显示工作状态。
AT89S51单片机设有内置的A/D转换模块，因此采集的电压需要经A/D转换才可接入单片机。本发明采用8位串行A/D转换器芯片TLC549。需要采集的信号从2管脚AIN输入，1管脚的基准电压使用5V，5、6、7三管脚连单片机。
单片机对电源质量要求严格，只有波形稳定清晰的电源才能使单片机上电复位，否则无法上电复位，晶振不能起振，单片机就不工作。蓄电池提供的电压是12V，单片机电源使用5V电压，因此需要稳压后才能供单片机使用，本发明采用LM7805稳压后得到波形较好的电源才供单片机使用。

Claims (5)

1.一种基于单片机的太阳能功率控制器，包括单片机、蓄电池，其特征在于，由太阳能电池模块、蓄电池、充放电电路、电压采集电路、单片机控制电路和光耦驱动电路组成，采用脉宽调制控制技术来控制蓄电池充放电，通过控制MOSFET管的开启和关闭，实现与发电功率规模相适应的功率控制器。
2. 根据权利要求1所述的一种基于单片机的太阳能功率控制器，其特征在于，所述单片机为AT89S51，其外围电路包括上电复位电路、晶振、LED指示灯，设置有A/D转换模块，使用的电源为5V电压。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的太阳能功率控制器，其特征在于，所述蓄电池采用恒压充电方法，电压在10.8V-12V之间为快充，电压在12V-14.5V之间为浮充，电压为14.5V时停止充电。
4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的太阳能功率控制器，其特征在于，所述充放电电路由防反充二极管D1、滤波电容C1、续流二极管D2、MOSFET管Q1、滤波电容C2、MOSFET管Q1构成。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的太阳能功率控制器，其特征在于，所述电压采集电路使用两个串联的电阻，电阻大小比例为10∶1，并联在需要检测的电压两端，从两个电阻中间采集电压。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105262197A (zh) * 2015-11-06 2016-01-20 柴东澜 太阳能路灯并网发电控制系统
CN106455231A (zh) * 2016-11-22 2017-02-22 北京伽亚泰科技有限公司 一种太阳能路灯的智能控光系统及其方法
CN111092459A (zh) * 2018-10-23 2020-05-01 成都共同进步信息技术有限公司 一种广播设备中锂电池在线充放电管理供电系统
ES2760198A1 (es) * 2020-02-11 2020-05-13 Cesnia Desarrollo Sl Sistema modular multiproposito de almacenamiento y distribucion de energia electrica con arquitectura escalable abierta

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Application publication date: 20141224

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