CN108988433B - 一种太阳能照明控制器的充电自动检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能照明控制器的充电自动检测电路，包括蓄电装置和光伏板，所述蓄电装置和光伏板共阳极连接，且蓄电装置的负极接地，该充电自动检测电路包括：电压采样模块、电压钳位模块和功率开关模块，所述电压采样模块包括一端与蓄电装置和光伏板的共阳极端连接、另一端接地的多个依次串联的分压电阻，所述电压钳位模块的一端与电压采样模块的分压端连接，所述功率开关模块的一端与光伏板的负极连接，功率开关模块另一端接地，且功率开关模块与光伏板的公共端与电压钳位模块的另一端连接。该检测电路的功能在于使光伏板自动对蓄电装置进行充电开启和关断。
Description
技术领域
本发明涉及光伏板对锂离子电池组的充电技术领域，具体涉及一种太阳能照明控制器的充电自动检测电路。
背景技术
近几年来，能源和环保已成为世界各国可持续发展的核心主题，太阳能照明是清洁能源使用的一个重要领域。相对目前的火电、水电等有线交流电照明系统，太阳能照明适用地域更宽、LED更节能、安装方便、成本较低、无需长距离布置电源线，是未来城市路灯和农村照明市场的主要发展方向。
太阳能照明系统包括光伏板、蓄电装置、控制器和LED灯组。其工作过程是：白天太阳光充足时，光伏板自动给储能锂电池组充电；夜晚需要照明时，由储能锂电池组对LED灯组放电实现照明。充电和放电均由控制器控制和管理。其中，光伏板自动给储能锂电池组的充电开启和关断检测是一个关键的技术点。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种太阳能照明控制器的充电自动检测电路，该检测电路的功能在于使光伏板自动对蓄电装置进行充电开启和关断。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种太阳能照明控制器的充电自动检测电路，包括蓄电装置和光伏板，所述蓄电装置和光伏板共阳极连接，且蓄电装置的负极接地，该充电自动检测电路包括：电压采样模块、电压钳位模块和功率开关模块，所述电压采样模块包括一端与蓄电装置和光伏板的共阳极端连接、另一端接地的多个依次串联的分压电阻，所述电压钳位模块的一端与电压采样模块的分压端连接，所述功率开关模块的一端与光伏板的负极连接，功率开关模块另一端接地，且功率开关模块与光伏板的公共端与电压钳位模块的另一端连接；所述蓄电装置为储能锂电池组。
上述方案中，电压采样模块完成充电开启电压阈值的计算设定和光伏板电压的实时采样；电压钳位模块，完成光伏板电压与储能锂电池组电压相等时的临界条件电压钳位；功率开关模块，根据光伏板电压实时采样值与充电开启电压阈值的比较结果输出控制信号，完成光伏板负端(浮动)与储能锂电池组负端(接地点)的接通与断开，实现光伏板对储能锂电池组的充电允许与禁止。
在电压采样模块上以最接近地连接的分压电阻远离地的一端作为采样点，该分压电阻两端的电压即为采样电压，根据光伏板电压与储能锂电池组电压相等时的临界条件，通过电压钳位模块提供的钳位电压和分压电阻计算出采样点的阈值电压，当采样点的实际采样电压小于阈值电压时，此时光伏板电压大于储能锂电池组电压，功率开关模块导通，允许光伏板对储能锂电池组充电；当采样点的实际采样电压大于阈值电压时，此时光伏板电压小于储能锂电池组电压，功率开关模块断开，禁止光伏板对储能锂电池组充电。
作为一种优选的实施方式，所述分压电阻包括与蓄电装置和光伏板的共阳极端依次串联的第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，所述电压钳位模块为二极管，所述功率开关模块为MOSFET管，所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端与所述二极管的正极连接，所述MOSFET管的漏极分别二极管的负极以及光伏板的负极连接，MOSFET管的栅极接入控制信号，MOSFET管的源极接地。
在具体电路结构上，光伏板的正端与储能锂电池组的正端接在一起，形成共阳极，光伏板的负端悬空，形成浮地；三个或多个分压电阻串联，接在正端与接地点之间，组成电压采样电路；功率MOSFET管的漏极和源极跨接在光伏板的负端和接地点，其栅极为控制端，根据采样点的电压值与阈值的比较结果决定此管的导通或截止；二极管的正端接在第一分压电阻和第二分压电阻之间，负端接在光伏板的负端，构成一个钳位电路，提供光伏板是否给储能锂电池组充电的一个阈值；第二分压电阻与第三分压电阻之间为电压采样点，提供实时的电压采样值，此电压采样值与阈值进行比较，其结果决定光伏板的负端是否通过MOSFET管通断与接地点连接在一起，从而实现光伏板对电池组的充电。
作为另一种优选的实施方式，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻均为高精度、低温度系数的贴片电阻。
作为另一种优选的实施方式，所述二极管为硅二极管。
本发明的有益效果是：本发明一是通过电压采样模块，完成充电开启电压阈值的计算设定和光伏板电压的实时采样；二是通过电压钳位模块，完成光伏板电压与锂离子电池组电压相等时的临界条件电压钳位；三是通过功率开关模块，根据光伏板电压实时采样值与充电开启电压阈值比较结果的输出控制信号，完成光伏板负端与锂离子电池组负端的接通与断开，实现光伏板对锂离子电池组的充电允许与禁止；电压钳位模块选择二极管，充分利用二极管的正向导通压降特性，结合高精度分压电阻分压采样网络，巧妙的电路结构，以低成本的电路结构实现了太阳能照明控制器的自动充电检测。
附图说明
图1为本发明实施例的电路结构示意图；
附图标记：10、蓄电装置，20、光伏板，30、电压采样模块，40、电压钳位模块，50、功率开关模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
在其中一个实施例中，如图1所示，一种太阳能照明控制器的充电自动检测电路，包括蓄电装置10和光伏板20，所述蓄电装置10和光伏板20共阳极连接，且蓄电装置10的负极接地，该充电自动检测电路包括：电压采样模块30、电压钳位模块40和功率开关模块50，所述电压采样模块30包括一端与蓄电装置10和光伏板20的共阳极端连接、另一端接地的多个依次串联的分压电阻，所述电压钳位模块40的一端与电压采样模块30的分压端连接，所述功率开关模块50的一端与光伏板20的负极连接，功率开关模块50另一端接地，且功率开关模块50与光伏板20的公共端与电压钳位模块40的另一端连接；所述蓄电装置10为储能锂电池组。
上述方案中，电压采样模块30完成充电开启电压阈值的计算设定和光伏板20电压的实时采样；电压钳位模块40，完成光伏板20电压与储能锂电池组电压相等时的临界条件电压钳位；功率开关模块50，根据光伏板20电压实时采样值与充电开启电压阈值的比较结果输出控制信号，完成光伏板20负端(浮动)与储能锂电池组负端(接地点)的接通与断开，实现光伏板20对储能锂电池组的充电允许与禁止。
在电压采样模块30上以最接近地连接的分压电阻远离地的一端作为采样点，该分压电阻两端的电压即为采样电压，根据光伏板20电压与储能锂电池组电压相等时的临界条件，通过电压钳位模块40提供的钳位电压和分压电阻计算出采样点的阈值电压，当采样点的实际采样电压小于阈值电压时，此时光伏板20电压大于储能锂电池组电压，功率开关模块50导通，允许光伏板20对储能锂电池组充电；当采样点的实际采样电压大于阈值电压时，此时光伏板20电压小于储能锂电池组电压，功率开关模块50断开，禁止光伏板20对储能锂电池组充电。
在另外一个实施例中，所述分压电阻包括与蓄电装置10和光伏板20的共阳极端依次串联的第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和第三分压电阻R3，所述电压钳位模块40为二极管Diode，所述功率开关模块50为MOSFET管，所述第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的公共端与所述二极管Diode的正极连接，所述MOSFET管的漏极D分别二极管Diode的负极以及光伏板20的负极连接，MOSFET管的栅极G接入控制信号，MOSFET管的源极S接地。
在具体电路结构上，如图1所示，光伏板20的正端与储能锂电池组的正端接在一起，形成共阳极(简称：正端，VBAT+或VPV+)，光伏板20的负端悬空，形成浮地(B点)；三个或多个分压电阻R1，R2，R3依次串联，接在正端与接地点(GND)之间，组成电压采样电路；功率MOSFET管的漏极D和源极S跨接在光伏板20的负端(B点)和接地点(GND)，其栅极G为控制端，根据采样点的电压值与阈值的比较结果决定MOSFET管的导通或截止；二极管Diode的正端接在第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间，负端接在光伏板20的负端，构成一个钳位电路，提供光伏板20是否给储能锂电池组充电的一个阈值；第二分压电阻R2与第三分压电阻R3之间为电压采样点(A点)，提供实时的电压采样值，此电压采样值与阈值进行比较，其结果决定光伏板20的负端是否通过MOSFET管通断与接地点连接在一起，从而实现光伏板20对电池组的充电。
下面通过图1结合数据再进一步说明：
电压采样点(A点)的电压采样值VA按以下公式计算：
VA＝[R3/(R2+R3)]*(VDiode+VPV-)
式中，VDiode为二极管Diode的正向导通压降，硅二极管为0.6-0.7V，应用时，根据技术手册取值用作计算。VPV-为光伏板20负端电压，当光伏板20电压与储能锂电池组电压相等时，VPV-＝0，即光伏板20负端与接地点电压相同，即与接地点电压相同的临界点，此时二极管Diode的正向导通压降(如：硅管取0.7V)为一定值，结合电阻分压网络计算出充电开启的阈值电压。此时VA＝[R3/(R2+R3)]*VDiode，此时的电压设定为光伏板20对电池组充电的阈值电压。例如：VDiode取0.7V，R4＝100K，R5＝20K，则VA阈值＝0.117V，当实时采样的VA<VA阈值时，表明光伏板20电压高于储能锂电池组的电压，输出一个高电平控制信号，使MOSFET管导通充电；当实时采样的VA>VA阈值时，表明光伏板20电压低于储能锂电池组的电压，输出一个低电平控制信号，使MOSFET管截止，禁止充电。
在另外一个实施例中，所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3均为高精度、低温度系数的贴片电阻。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种太阳能照明控制器的充电自动检测方法，包括蓄电装置、光伏板和充电自动检测电路，其特征在于,所述蓄电装置和光伏板共阳极连接，且蓄电装置的负极接地，所述充电自动检测电路包括：电压采样模块、电压钳位模块和功率开关模块，所述电压采样模块包括一端与蓄电装置和光伏板的共阳极端连接、另一端接地的多个依次串联的分压电阻，所述电压钳位模块的一端与电压采样模块的分压端连接，所述功率开关模块的一端与光伏板的负极连接，功率开关模块另一端接地，且功率开关模块与光伏板的公共端与电压钳位模块的另一端连接；所述分压电阻包括与蓄电装置和光伏板的共阳极端依次串联的第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻，所述电压钳位模块为二极管，所述功率开关模块为MOSFET管，所述第一分压电阻和第二分压电阻的公共端与所述二极管的正极连接，所述MOSFET管的漏极分别二极管的负极以及光伏板的负极连接，MOSFET管的栅极接入控制信号，MOSFET管的源极接地；
所述充电自动检测方法包括：
设第二分压电阻与第三分压电阻之间为电压采样点，电压采样点的电压采样值VA按以下公式计算：
VA＝[R3/(R2+R3)]*(VDiode+VPV-)
式中，R2和R3分别为第二分压电阻和第三分压电阻的阻值，VDiode为二极管Diode的正向导通压降，VPV-为光伏板负端电压；
当VPV-＝0时，将此时电压采样点的电压设定为光伏板对蓄电装置充电的阈值电压，即VA阈值＝[R3/(R2+R3)]*VDiode；
当实时采样的VA<VA阈值时，表明光伏板电压高于蓄电装置的电压，输出一个高电平控制信号，使MOSFET管导通充电；当实时采样的VA>VA阈值时，表明光伏板电压低于蓄电装置的电压，输出一个低电平控制信号，使MOSFET管截止，禁止充电。
2.根据权利要求1所述的太阳能照明控制器的充电自动检测方法，其特征在于，所述第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻均为高精度、低温度系数的贴片电阻。
3.根据权利要求1所述的太阳能照明控制器的充电自动检测方法，其特征在于，所述二极管为硅二极管。
4.根据权利要求1所述的太阳能照明控制器的充电自动检测方法，其特征在于，所述蓄电装置为储能锂电池组。
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