CN109039279B - 一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路。包括控制电路、MOS管驱动电路、采集控制电路、测量电路、供电电路、外围电路和通信隔离电路。本发明可以用于采集单块太阳能电池板的能量。本发明可以实现对单块太阳能电池板的断路，短路，通路控制，进而可以用来进行太阳能故障诊断的研究。本发明可以用于采集单块太阳能电池板的电压与电流数据。本发明可以将采集到的数据传输给上位机。

Description

一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路

技术领域

本发明属于智能化控制技术领域，本发明提供一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路。

背景技术

随着光伏发电系统研究的日益精进，大型光伏电站日益增多。如何将大型光伏电站无法用于实验研究是迫切需要解决的问题。虽然当下电力系统与光伏发电技术比较普遍，但是如何将光伏发电与市电转换，如何将光伏发电与市电转换的模拟系统进行实现。现有社会缺少这样的技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路。包括控制电路、MOS管驱动电路、采集控制电路、测量电路、供电电路、外围电路和通信隔离电路；

控制电路包括控制芯片U8、上拉电阻R15和参考电压滤波电容C33。

控制芯片U8的第1引脚与上拉电阻R15的一端相连接，上拉电阻R15的另一端外接电源VCC，且与控制芯片U8的第10引脚相连接；控制芯片U8的第9引脚接地；控制芯片U8的第12引脚与参考电压滤波电容C33的一端相连接，参考电压滤波电容C33的另一端接地。

所述的控制芯片U8的型号为STM8L151C8T6。

MOS管驱动电路包括三极管Q1~Q8，控制MOS管NM1~NM4，限流电阻R1、R2、R3、R6、R8、R9、R10、R11、R12、R22、R23、R24。

控制MOS管NM1的栅极与控制芯片U8的第48引脚相连接；控制MOS管NM1的源极接地；控制MOS管NM1的漏极同时与限流电阻R1、R2的一端相连接，限流电阻R1的另一端外接12V电源，限流电阻R2的另一端同时与三极管Q1和三极管Q2的基极相连接，三极管Q1的集电极外接12V电源，三极管Q2的集电极接地，三极管Q1和三极管Q2的发射极均与限流电阻R3的一端相连接，限流电阻R3的另与一端控制芯片U8的第48引脚相连接；

控制MOS管NM2的栅极与控制芯片U8的第35引脚相连接；控制MOS管NM2的源极接地；控制MOS管NM2的漏极同时与限流电阻R6、R8的一端相连接，限流电阻R6的另一端外接12V电源，限流电阻R8的另一端同时与三极管Q3和三极管Q4的基极相连接，三极管Q3的集电极外接12V电源，三极管Q4的集电极接地，三极管Q3和三极管Q4的发射极均与限流电阻R9的一端相连接，限流电阻R9的另与一端控制芯片U8的第35引脚相连接；

控制MOS管NM3的栅极与控制芯片U8的第34引脚相连接；控制MOS管NM3的源极接地；控制MOS管NM3的漏极同时与限流电阻R10、R11的一端相连接，限流电阻R10的另一端外接12V电源，限流电阻R11的另一端同时与三极管Q5和三极管Q6的基极相连接，三极管Q5的集电极外接12V电源，三极管Q6的集电极接地，三极管Q5和三极管Q6的发射极均与限流电阻R12的一端相连接，限流电阻R12的另与一端控制芯片U8的第34引脚相连接；

控制MOS管NM4的栅极与控制芯片U8的第36引脚相连接；控制MOS管NM4的源极接地；控制MOS管NM4的漏极同时与限流电阻R22、R23的一端相连接，限流电阻R22的另一端外接12V电源，限流电阻R23的另一端同时与三极管Q7和三极管Q8的基极相连接，三极管Q7的集电极外接12V电源，三极管Q8的集电极接地，三极管Q7和三极管Q8的发射极均与限流电阻R24的一端相连接，限流电阻R24的另与一端控制芯片U8的第36引脚相连接。

采集控制电路包括太阳能输入接口P4，旁路二极管D1、D6，防逆流二极管D5，N沟道MOS管U2~U5，分压电阻R4，电压测量电阻R5，电压测量分压电阻R7，电流测量分压电阻R71。

太阳能输入接口P4的一个接口同时与分压电阻R4的一端、旁路二极管D6的负极、N沟道MOS管U2的第5~7号引脚相连接，同时外接汇流板；太阳能输入接口P4的另一个接口同时与防逆流二极管D5的负极、N沟道MOS管U4的1~3号引脚相连接；防逆流二极管D5的正极同时与N沟道MOS管U4的5~8号引脚、电压测量电阻R5的一端、电流测量分压电阻R71的一端相连接后，同时接地；电流测量分压电阻R71的另一端同时与N沟道MOS管U5的5~8号引脚、旁路二极管D1的负极、N沟道MOS管U3的1~3号引脚相连接后，同时接地；电压测量电阻R5的另一端与电压测量分压电阻R7的一端相连接；电压测量分压电阻R7的另一端与分压电阻R4的另一端相连接；旁路二极管D1的正极与N沟道MOS管U5的1~3号引脚相连接，同时与旁路二极管D6的正极、N沟道MOS管U2的1~3号引脚相连接；N沟道MOS管U3的5~8号引脚外接汇流板；

N沟道MOS管U2~ U5的第4引脚分别与控制芯片U8的第36、34、48、35引脚相连接。

所述的N沟道MOS管U3和U5的型号均为IRF7820；所述的N沟道MOS管U2和U4的型号均为FDS3672。

测量电路包括电压基准芯片U12，电压测量运放U11A，电流测量一级运放U11B，电流测量二级运放U12A，电压测量运放供电滤波电容C100和C101，参考电压滤波电容C010，电压基准芯片供电滤波电容C111，电压测量运放输入滤波电容C23，电压测量运放输出滤波电容C34，电流测量一级运放输出滤波电容C35，电流测量一级运放输入滤波电容C151，电流测量一级运放滤波电容C74、电流测量二级运放输出滤波电容C4，运算放大器隔离电容C5和C6，电流测量二级运放滤波电容C102，电压测量运放输入正端限流电阻R30，电压测量运放放大电阻R32，电阻R39、R65，断路电阻R64，电流测量一级运放输入负端限流电阻R33，电流测量一级运放输入正端限流电阻R34，电流测量一级运放输出限流电阻R35，电流测量一级运放放大电阻R36，电流测量二级运放放大电阻R13，电流测量二级运放输出限流电阻R14，电流测量二级运放输入正端限流电阻R16，下拉电阻R18，电流测量二级运放输入负端限流电阻R100。

电压基准芯片U12的第2引脚与参考电压滤波电容C010的一端相连接，同时外接控制芯片U8的第12引脚，参考电压滤波电容C010的另一端接地；电压基准芯片U12的第1引脚与电压基准芯片供电滤波电容C111的一端相连接，同时外接控制芯片U8的第11引脚；电压基准芯片U12的第3引脚与电压基准芯片供电滤波电容C111的另一端接地；

电压测量运放U11A的第1引脚同时与电阻R39的一端、电压测量运放放大电阻R32的一端相连接，电压测量运放放大电阻R32的另一端与电压测量运放U11A的第2引脚相连接；电阻R39的另一端与电压测量运放输出滤波电容C34的一端相连接，同时与控制芯片U8的第21引脚相连接；电压测量运放输出滤波电容C34的另一端接地；

电压测量运放U11A的第3引脚同时与电压测量运放输入正端限流电阻R30的一端、断路电阻R64的一端、电压测量运放输入滤波电容C23的一端相连接；断路电阻R64的另一端、电压测量运放输入滤波电容C23的另一端均接地；电压测量运放输入正端限流电阻R30的另一端与采集控制电路中电压测量分压电阻R7的一端相连接；电压测量运放U11A的第4引脚接地；

电压测量运放U11A的第8引脚同时与电压测量运放供电滤波电容C100和C101的一端相连接，并外接电源VCC端（即与控制芯片U8的第10引脚相连接）；电压测量运放供电滤波电容C100和C101的另一端均接地；

电流测量一级运放U11B的第5引脚同时与电流测量一级运放输入正端限流电阻R34的一端、电阻R65的一端、电流测量一级运放输入滤波电容C151的一端相连接；电阻R65的另一端、电流测量一级运放输入滤波电容C151的另一端均接地；电流测量一级运放输入正端限流电阻R34的另一端与N沟道MOS管U5的第5~8号引脚相连接；

电流测量一级运放U11B的第6引脚同时与电流测量一级运放输入负端限流电阻R33的一端、电流测量一级运放放大电阻R36的一端、电流测量一级运放滤波电容C74的一端相连接，电流测量一级运放输入负端限流电阻R33的另一端接地，电流测量一级运放放大电阻R36的另一端、电流测量一级运放滤波电容C74的另一端同时与电流测量一级运放U11B的第7引脚、电流测量一级运放输出限流电阻R35的一端相连接；电流测量一级运放输出限流电阻R35的另一端同时与电流测量一级运放输出滤波电容C35的一端、电流测量二级运放输入正端限流电阻R16的一端相连接；电流测量一级运放输出滤波电容C35的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第1引脚同时与电流测量二级运放放大电阻R13的一端、电流测量二级运放输出限流电阻R14的一端、电流测量二级运放滤波电容C102的一端相连接；电流测量二级运放输出限流电阻R14的另一端与电流测量二级运放输出滤波电容C4的一端相连接，同时与控制芯片U8的第22引脚相连接；电流测量二级运放输出滤波电容C4的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第2引脚同时与电流测量二级运放放大电阻R13的另一端、电流测量二级运放滤波电容C102的另一端、电流测量二级运放输入负端限流电阻R100的一端相连接；电流测量二级运放输入负端限流电阻R100的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第3引脚同时与电流测量二级运放输入正端限流电阻R16的另一端、下拉电阻R18的一端相连接；下拉电阻R18的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第4引脚接地；电流测量二级运放U12A的第8引脚外接电源VCC端（即与控制芯片U8的第10引脚相连接）；

运算放大器隔离电容C5和C6的一端均外接电源VCC端（即与控制芯片U8的第10引脚相连接），另一端均接地；

所述的量电路包括电压基准芯片U12的型号为MAX6002EUR-T。

供电电路包括降压芯片UP，升压芯片U1，降压芯片输出滤波电容C60，降压芯片输入滤波电容C62和C63，降压芯片输出滤波电容C611，电源隔离电容C1、C2和C3，功率消耗电阻RM。

降压芯片UP的第1引脚与降压芯片输入滤波电容C62的一端、降压芯片输入滤波电容C63的负极相连接，同时接地；降压芯片UP的第2引脚与降压芯片输入滤波电容C62的另一端、降压芯片输入滤波电容C63的正极相连接，同时外接5V电压；降压芯片UP的第5引脚同时与降压芯片输出滤波电容C60的正极、降压芯片输出滤波电容C611的一端、功率消耗电阻RM的一端相连接，同时外接电源VCC端（即与控制芯片U8的第10引脚相连接）；降压芯片输出滤波电容C60的负极、降压芯片输出滤波电容C611的另一端、功率消耗电阻RM的另一端与降压芯片UP的第4引脚相连接，同时接地；

升压芯片U1的第1引脚同时与电源隔离电容C1、C2的一端相连接，并接地；升压芯片U1的第2引脚同时与电源隔离电容C1、C2的另一端相连接，并外接5V电压；升压芯片U1的第3引脚接地；升压芯片U1的第4引脚与电源隔离电容C3的一端相连接，同时外接12V电压，电源隔离电容C3的另一端接地；

所述的降压芯片UP的型号为B0503XT，升压芯片U1的型号为B0512S-1W。

外围电路包括汇流板接口PH，复位开关S111，限流电阻R-14，隔离电容C44，晶振X1，晶振起振电容C22和C31，滤波电容C26和C27，隔离电容C83和C86，发光二极管D2，限流电阻R17，隔离电容C24、C25和C46，串口通信接口P8，串口调试接口J2，程序下载接口J4。

汇流板接口PH的第2和4引脚分别与N沟道MOS管U2的第5~8引脚、N沟道MOS管U5的第5~8引脚相连接；汇流板接口PH的第6引脚外接5V电压；汇流板接口PH的第8引脚接地；汇流板接口PH的第10和12引脚分别与通信隔离光耦PO1的第 3和8引脚相连接；

复位开关S111的一端与隔离电容C44的负极相连接，同时接地；复位开关S111的另一端同时与隔离电容C44的正极、限流电阻R-14的一端相连接，限流电阻R-14的另一端外接电源VCC端；晶振X1的两端分别与晶振起振电容C22和C31的一端相连接，同时与控制芯片U8的第3、4引脚相连接；晶振起振电容C22和C31的另一端均接地；

滤波电容C26的一端、滤波电容C27的正极与控制芯片U8的第12引脚相连接；滤波电容C26的另一端、滤波电容C27的负极接地；

隔离电容C83的正极、隔离电容C86的一端外接电源VCC ；隔离电容C83的负极、隔离电容C86的另一端均接地；

发光二极管D2的正极外接电源VCC，负极与限流电阻R17的一端相连接，限流电阻R17的另一端与控制芯片U8的第14引脚相连接；

隔离电容C24的正极、隔离电容C25的一端外接电源VCC，隔离电容C24的负极、隔离电容C25的另一端接地；

串口通信接口P8的两个接口分别与控制芯片U8的第41、42引脚相连接；隔离电容C46的两端分别接电源VCC和接地；

串口调试接口J2的第1引脚和第4引脚分别接电源VCC和接地；串口调试接口J2的第2引脚和第3引脚分别与控制芯片U8的第18、17引脚相连接；

程序下载接口J4的第1引脚和第3引脚分别接电源VCC和接地；程序下载接口J4的第2引脚和第4引脚分别与控制芯片U8的第1、2引脚相连接；

通信隔离电路包括通信隔离光耦PO1，上拉电阻R19、R21、R72，下拉电阻R20。

通信隔离光耦PO1的第1引脚通过上拉电阻R19后外接电源VCC；

通信隔离光耦PO1的第2引脚分别与控制芯片U8的第42引脚相连接；

通信隔离光耦PO1的第3引脚通过下拉电阻R20后外接外部供电负极；

通信隔离光耦PO1的第5引脚接地；

通信隔离光耦PO1的第6引脚接地同时与上拉电阻R21的一端相连接，同时控制芯片U8的第41引脚相连接；上拉电阻R21的另一端外接电源VCC；

通信隔离光耦PO1的第7引脚外接外部供电负极；

通信隔离光耦PO1的第8引脚通过上拉电阻R72后外接5V电压。

本发明有益效果如下：

本发明可以用于采集单块太阳能电池板的能量。

本发明可以实现对单块太阳能电池板的断路，短路，通路控制，进而可以用来进行太阳能故障诊断的研究。

本发明可以用于采集单块太阳能电池板的电压与电流数据。

本发明可以将采集到的数据传输给上位机。

附图说明

图1为本发明控制电路图。

图2为本发明MOS管驱动电路图。

图3为本发明采集控制电路图。

图4为本发明测量电路图。

图5为本发明供电电路图。

图6为本发明外围电路图。

图7为本发明通信隔离电路图。

实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1-7所示，一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路。包括控制电路、MOS管驱动电路、采集控制电路、测量电路、供电电路、外围电路和通信隔离电路；

如图1所示，控制电路包括控制芯片U8、上拉电阻R15和参考电压滤波电容C33。

控制芯片U8的第1引脚与上拉电阻R15的一端相连接，上拉电阻R15的另一端外接电源VCC，且与控制芯片U8的第10引脚相连接；控制芯片U8的第9引脚接地；控制芯片U8的第12引脚与参考电压滤波电容C33的一端相连接，参考电压滤波电容C33的另一端接地。

所述的控制芯片U8的型号为STM8L151C8T6。

如图2所示，MOS管驱动电路包括三极管Q1~Q8，控制MOS管NM1~NM4，限流电阻R1、R2、R3、R6、R8、R9、R10、R11、R12、R22、R23、R24。

控制MOS管NM1的栅极与控制芯片U8的第48引脚相连接；控制MOS管NM1的源极接地；控制MOS管NM1的漏极同时与限流电阻R1、R2的一端相连接，限流电阻R1的另一端外接12V电源，限流电阻R2的另一端同时与三极管Q1和三极管Q2的基极相连接，三极管Q1的集电极外接12V电源，三极管Q2的集电极接地，三极管Q1和三极管Q2的发射极均与限流电阻R3的一端相连接，限流电阻R3的另与一端控制芯片U8的第48引脚相连接；

控制MOS管NM2的栅极与控制芯片U8的第35引脚相连接；控制MOS管NM2的源极接地；控制MOS管NM2的漏极同时与限流电阻R6、R8的一端相连接，限流电阻R6的另一端外接12V电源，限流电阻R8的另一端同时与三极管Q3和三极管Q4的基极相连接，三极管Q3的集电极外接12V电源，三极管Q4的集电极接地，三极管Q3和三极管Q4的发射极均与限流电阻R9的一端相连接，限流电阻R9的另与一端控制芯片U8的第35引脚相连接；

控制MOS管NM3的栅极与控制芯片U8的第34引脚相连接；控制MOS管NM3的源极接地；控制MOS管NM3的漏极同时与限流电阻R10、R11的一端相连接，限流电阻R10的另一端外接12V电源，限流电阻R11的另一端同时与三极管Q5和三极管Q6的基极相连接，三极管Q5的集电极外接12V电源，三极管Q6的集电极接地，三极管Q5和三极管Q6的发射极均与限流电阻R12的一端相连接，限流电阻R12的另与一端控制芯片U8的第34引脚相连接；

控制MOS管NM4的栅极与控制芯片U8的第36引脚相连接；控制MOS管NM4的源极接地；控制MOS管NM4的漏极同时与限流电阻R22、R23的一端相连接，限流电阻R22的另一端外接12V电源，限流电阻R23的另一端同时与三极管Q7和三极管Q8的基极相连接，三极管Q7的集电极外接12V电源，三极管Q8的集电极接地，三极管Q7和三极管Q8的发射极均与限流电阻R24的一端相连接，限流电阻R24的另与一端控制芯片U8的第36引脚相连接。

如图3所示，采集控制电路包括太阳能输入接口P4，旁路二极管D1、D6，防逆流二极管D5，N沟道MOS管U2~U5，分压电阻R4，电压测量电阻R5，电压测量分压电阻R7，电流测量分压电阻R71。

太阳能输入接口P4的一个接口同时与分压电阻R4的一端、旁路二极管D6的负极、N沟道MOS管U2的第5~7号引脚相连接，同时外接汇流板；太阳能输入接口P4的另一个接口同时与防逆流二极管D5的负极、N沟道MOS管U4的1~3号引脚相连接；防逆流二极管D5的正极同时与N沟道MOS管U4的5~8号引脚、电压测量电阻R5的一端、电流测量分压电阻R71的一端相连接后，同时接地；电流测量分压电阻R71的另一端同时与N沟道MOS管U5的5~8号引脚、旁路二极管D1的负极、N沟道MOS管U3的1~3号引脚相连接后，同时接地；电压测量电阻R5的另一端与电压测量分压电阻R7的一端相连接；电压测量分压电阻R7的另一端与分压电阻R4的另一端相连接；旁路二极管D1的正极与N沟道MOS管U5的1~3号引脚相连接，同时与旁路二极管D6的正极、N沟道MOS管U2的1~3号引脚相连接；N沟道MOS管U3的5~8号引脚外接汇流板；

N沟道MOS管U2~ U5的第4引脚分别与控制芯片U8的第36、34、48、35引脚相连接。

所述的N沟道MOS管U3和U5的型号均为IRF7820；所述的N沟道MOS管U2和U4的型号均为FDS3672。

如图4所示，测量电路包括电压基准芯片U12，电压测量运放U11A，电流测量一级运放U11B，电流测量二级运放U12A，电压测量运放供电滤波电容C100和C101，参考电压滤波电容C010，电压基准芯片供电滤波电容C111，电压测量运放输入滤波电容C23，电压测量运放输出滤波电容C34，电流测量一级运放输出滤波电容C35，电流测量一级运放输入滤波电容C151，电流测量一级运放滤波电容C74、电流测量二级运放输出滤波电容C4，运算放大器隔离电容C5和C6，电流测量二级运放滤波电容C102，电压测量运放输入正端限流电阻R30，电压测量运放放大电阻R32，电阻R39、R65，断路电阻R64，电流测量一级运放输入负端限流电阻R33，电流测量一级运放输入正端限流电阻R34，电流测量一级运放输出限流电阻R35，电流测量一级运放放大电阻R36，电流测量二级运放放大电阻R13，电流测量二级运放输出限流电阻R14，电流测量二级运放输入正端限流电阻R16，下拉电阻R18，电流测量二级运放输入负端限流电阻R100。

电压基准芯片U12的第2引脚与参考电压滤波电容C010的一端相连接，同时外接控制芯片U8的第12引脚，参考电压滤波电容C010的另一端接地；电压基准芯片U12的第1引脚与电压基准芯片供电滤波电容C111的一端相连接，同时外接控制芯片U8的第11引脚；电压基准芯片U12的第3引脚与电压基准芯片供电滤波电容C111的另一端接地；

电压测量运放U11A的第1引脚同时与电阻R39的一端、电压测量运放放大电阻R32的一端相连接，电压测量运放放大电阻R32的另一端与电压测量运放U11A的第2引脚相连接；电阻R39的另一端与电压测量运放输出滤波电容C34的一端相连接，同时与控制芯片U8的第21引脚相连接；电压测量运放输出滤波电容C34的另一端接地；

电压测量运放U11A的第3引脚同时与电压测量运放输入正端限流电阻R30的一端、断路电阻R64的一端、电压测量运放输入滤波电容C23的一端相连接；断路电阻R64的另一端、电压测量运放输入滤波电容C23的另一端均接地；电压测量运放输入正端限流电阻R30的另一端与采集控制电路中电压测量分压电阻R7的一端相连接；电压测量运放U11A的第4引脚接地；

电压测量运放U11A的第8引脚同时与电压测量运放供电滤波电容C100和C101的一端相连接，并外接电源VCC端（即与控制芯片U8的第10引脚相连接）；电压测量运放供电滤波电容C100和C101的另一端均接地；

电流测量一级运放U11B的第5引脚同时与电流测量一级运放输入正端限流电阻R34的一端、电阻R65的一端、电流测量一级运放输入滤波电容C151的一端相连接；电阻R65的另一端、电流测量一级运放输入滤波电容C151的另一端均接地；电流测量一级运放输入正端限流电阻R34的另一端与N沟道MOS管U5的第5~8号引脚相连接；

电流测量一级运放U11B的第6引脚同时与电流测量一级运放输入负端限流电阻R33的一端、电流测量一级运放放大电阻R36的一端、电流测量一级运放滤波电容C74的一端相连接，电流测量一级运放输入负端限流电阻R33的另一端接地，电流测量一级运放放大电阻R36的另一端、电流测量一级运放滤波电容C74的另一端同时与电流测量一级运放U11B的第7引脚、电流测量一级运放输出限流电阻R35的一端相连接；电流测量一级运放输出限流电阻R35的另一端同时与电流测量一级运放输出滤波电容C35的一端、电流测量二级运放输入正端限流电阻R16的一端相连接；电流测量一级运放输出滤波电容C35的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第1引脚同时与电流测量二级运放放大电阻R13的一端、电流测量二级运放输出限流电阻R14的一端、电流测量二级运放滤波电容C102的一端相连接；电流测量二级运放输出限流电阻R14的另一端与电流测量二级运放输出滤波电容C4的一端相连接，同时与控制芯片U8的第22引脚相连接；电流测量二级运放输出滤波电容C4的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第2引脚同时与电流测量二级运放放大电阻R13的另一端、电流测量二级运放滤波电容C102的另一端、电流测量二级运放输入负端限流电阻R100的一端相连接；电流测量二级运放输入负端限流电阻R100的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第3引脚同时与电流测量二级运放输入正端限流电阻R16的另一端、下拉电阻R18的一端相连接；下拉电阻R18的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第4引脚接地；电流测量二级运放U12A的第8引脚外接电源VCC端（即与控制芯片U8的第10引脚相连接）；

运算放大器隔离电容C5和C6的一端均外接电源VCC端（即与控制芯片U8的第10引脚相连接），另一端均接地；

所述的量电路包括电压基准芯片U12的型号为MAX6002EUR-T。

如图5所述，供电电路包括降压芯片UP，升压芯片U1，降压芯片输出滤波电容C60，降压芯片输入滤波电容C62和C63，降压芯片输出滤波电容C611，电源隔离电容C1、C2和C3，功率消耗电阻RM。

降压芯片UP的第1引脚与降压芯片输入滤波电容C62的一端、降压芯片输入滤波电容C63的负极相连接，同时接地；降压芯片UP的第2引脚与降压芯片输入滤波电容C62的另一端、降压芯片输入滤波电容C63的正极相连接，同时外接5V电压；降压芯片UP的第5引脚同时与降压芯片输出滤波电容C60的正极、降压芯片输出滤波电容C611的一端、功率消耗电阻RM的一端相连接，同时外接电源VCC端（即与控制芯片U8的第10引脚相连接）；降压芯片输出滤波电容C60的负极、降压芯片输出滤波电容C611的另一端、功率消耗电阻RM的另一端与降压芯片UP的第4引脚相连接，同时接地；

升压芯片U1的第1引脚同时与电源隔离电容C1、C2的一端相连接，并接地；升压芯片U1的第2引脚同时与电源隔离电容C1、C2的另一端相连接，并外接5V电压；升压芯片U1的第3引脚接地；升压芯片U1的第4引脚与电源隔离电容C3的一端相连接，同时外接12V电压，电源隔离电容C3的另一端接地；

所述的降压芯片UP的型号为B0503XT，升压芯片U1的型号为B0512S-1W。

如图6所示，外围电路包括汇流板接口PH，复位开关S111，限流电阻R-14，隔离电容C44，晶振X1，晶振起振电容C22和C31，滤波电容C26和C27，隔离电容C83和C86，发光二极管D2，限流电阻R17，隔离电容C24、C25和C46，串口通信接口P8，串口调试接口J2，程序下载接口J4。

汇流板接口PH的第2和4引脚分别与N沟道MOS管U2的第5~8引脚、N沟道MOS管U5的第5~8引脚相连接；汇流板接口PH的第6引脚外接5V电压；汇流板接口PH的第8引脚接地；汇流板接口PH的第10和12引脚分别与通信隔离光耦PO1的第 3和8引脚相连接；

复位开关S111的一端与隔离电容C44的负极相连接，同时接地；复位开关S111的另一端同时与隔离电容C44的正极、限流电阻R-14的一端相连接，限流电阻R-14的另一端外接电源VCC端；晶振X1的两端分别与晶振起振电容C22和C31的一端相连接，同时与控制芯片U8的第3、4引脚相连接；晶振起振电容C22和C31的另一端均接地；

滤波电容C26的一端、滤波电容C27的正极与控制芯片U8的第12引脚相连接；滤波电容C26的另一端、滤波电容C27的负极接地；

隔离电容C83的正极、隔离电容C86的一端外接电源VCC ；隔离电容C83的负极、隔离电容C86的另一端均接地；

发光二极管D2的正极外接电源VCC，负极与限流电阻R17的一端相连接，限流电阻R17的另一端与控制芯片U8的第14引脚相连接；

隔离电容C24的正极、隔离电容C25的一端外接电源VCC，隔离电容C24的负极、隔离电容C25的另一端接地；

串口通信接口P8的两个接口分别与控制芯片U8的第41、42引脚相连接；隔离电容C46的两端分别接电源VCC和接地；

串口调试接口J2的第1引脚和第4引脚分别接电源VCC和接地；串口调试接口J2的第2引脚和第3引脚分别与控制芯片U8的第18、17引脚相连接；

程序下载接口J4的第1引脚和第3引脚分别接电源VCC和接地；程序下载接口J4的第2引脚和第4引脚分别与控制芯片U8的第1、2引脚相连接；

如图7所示，通信隔离电路包括通信隔离光耦PO1，上拉电阻R19、R21、R72，下拉电阻R20。

通信隔离光耦PO1的第1引脚通过上拉电阻R19后外接电源VCC；

通信隔离光耦PO1的第2引脚分别与控制芯片U8的第42引脚相连接；

通信隔离光耦PO1的第3引脚通过下拉电阻R20后外接外部供电负极；

通信隔离光耦PO1的第5引脚接地；

通信隔离光耦PO1的第6引脚接地同时与上拉电阻R21的一端相连接，同时控制芯片U8的第41引脚相连接；上拉电阻R21的另一端外接电源VCC；

通信隔离光耦PO1的第7引脚外接外部供电负极；

通信隔离光耦PO1的第8引脚通过上拉电阻R72后外接5V电压。

本发明工作过程如下：

如图7所示，当汇流板发送控制信号到通信隔离单元时，经过光耦的隔离与反向，可以使采集板控制芯片正确接收到汇流板发来的控制信号；

如图3所示，太阳能电池板的能量从P4端口输入，当MOS管U4、U3导通且U2不导通时，即可以实现太阳能板通路的功能，使太阳能电池板的能量向下一级传输。而当MOS管U3不导通且U2不导通时，即可以实现太阳能板断路的功能。而当MOS管U4导通且U2、U5导通时，即可以实现太阳能板短路的功能；

如图1所示，当控制芯片接收到通信隔离单元发送过来的信号后，进行解析，便可以通过MOS管驱动电路对4个MOS管进行控制，并将经电路测量单元发送来的电压数据进行测量，将测量得到的数据再通过通信隔离单元发送给汇流板；

如图2所示，当控制芯片发出控制信号时，就可以通过MOS管驱动电流实现对MOS管U2、U3、U4、U5的控制；

如图4所示，通过在控制采集电路中的采样电阻上采集到的电压值，经过电路测量单元运放的转换，就可以输送给控制芯片进行AD测量，在这其中，由U12提供测量基准电压。

实施例

如图1所示，当汇流板发送来的控制信息为太阳能板短路时，数据先经过通信隔离单元进行隔离后，由控制芯片接收，控制芯片接收到数据进行解析并校验，无误后通过MOS管驱动电路控制MOS管U4、U5、U2导通，此时便完成了短路的控制。接着，将采集到的太阳能电池板的电压，电流数据通过通信隔离单元发送给汇流板，至此完成一次控制-采集过程。

Claims (4)

1.一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路,其特征在于包括控制电路、MOS管驱动电路、采集控制电路、测量电路、供电电路、外围电路和通信隔离电路；

控制电路包括控制芯片U8、上拉电阻R15和参考电压滤波电容C33；

控制芯片U8的第1引脚与上拉电阻R15的一端相连接，上拉电阻R15的另一端外接电源VCC，且与控制芯片U8的第10引脚相连接；控制芯片U8的第9引脚接地；控制芯片U8的第12引脚与参考电压滤波电容C33的一端相连接，参考电压滤波电容C33的另一端接地；

MOS管驱动电路包括三极管Q1~Q8，控制MOS管NM1~NM4，限流电阻R1、R2、R3、R6、R8、R9、R10、R11、R12、R22、R23、R24；

控制MOS管NM1的栅极与控制芯片U8的第48引脚相连接；控制MOS管NM1的源极接地；控制MOS管NM1的漏极同时与限流电阻R1、R2的一端相连接，限流电阻R1的另一端外接12V电源，限流电阻R2的另一端同时与三极管Q1和三极管Q2的基极相连接，三极管Q1的集电极外接12V电源，三极管Q2的集电极接地，三极管Q1和三极管Q2的发射极均与限流电阻R3的一端相连接，限流电阻R3的另一端与控制芯片U8的第48引脚相连接；

控制MOS管NM2的栅极与控制芯片U8的第35引脚相连接；控制MOS管NM2的源极接地；控制MOS管NM2的漏极同时与限流电阻R6、R8的一端相连接，限流电阻R6的另一端外接12V电源，限流电阻R8的另一端同时与三极管Q3和三极管Q4的基极相连接，三极管Q3的集电极外接12V电源，三极管Q4的集电极接地，三极管Q3和三极管Q4的发射极均与限流电阻R9的一端相连接，限流电阻R9的另一端与控制芯片U8的第35引脚相连接；

控制MOS管NM3的栅极与控制芯片U8的第34引脚相连接；控制MOS管NM3的源极接地；控制MOS管NM3的漏极同时与限流电阻R10、R11的一端相连接，限流电阻R10的另一端外接12V电源，限流电阻R11的另一端同时与三极管Q5和三极管Q6的基极相连接，三极管Q5的集电极外接12V电源，三极管Q6的集电极接地，三极管Q5和三极管Q6的发射极均与限流电阻R12的一端相连接，限流电阻R12的另一端与控制芯片U8的第34引脚相连接；

控制MOS管NM4的栅极与控制芯片U8的第36引脚相连接；控制MOS管NM4的源极接地；控制MOS管NM4的漏极同时与限流电阻R22、R23的一端相连接，限流电阻R22的另一端外接12V电源，限流电阻R23的另一端同时与三极管Q7和三极管Q8的基极相连接，三极管Q7的集电极外接12V电源，三极管Q8的集电极接地，三极管Q7和三极管Q8的发射极均与限流电阻R24的一端相连接，限流电阻R24的另一端与控制芯片U8的第36引脚相连接；

采集控制电路包括太阳能输入接口P4，旁路二极管D1、D6，防逆流二极管D5，N沟道MOS管U2~U5，分压电阻R4，电压测量电阻R5，电压测量分压电阻R7，电流测量分压电阻R71；

太阳能输入接口P4的一个接口同时与分压电阻R4的一端、旁路二极管D6的负极、N沟道MOS管U2的第5~7号引脚相连接，同时外接汇流板；太阳能输入接口P4的另一个接口同时与防逆流二极管D5的负极、N沟道MOS管U4的1~3号引脚相连接；防逆流二极管D5的正极同时与N沟道MOS管U4的5~8号引脚、电压测量电阻R5的一端、电流测量分压电阻R71的一端相连接后，同时接地；电流测量分压电阻R71的另一端同时与N沟道MOS管U5的5~8号引脚、旁路二极管D1的负极、N沟道MOS管U3的1~3号引脚相连接；电压测量电阻R5的另一端与电压测量分压电阻R7的一端相连接；电压测量分压电阻R7的另一端与分压电阻R4的另一端相连接；旁路二极管D1的正极与N沟道MOS管U5的1~3号引脚相连接，同时与旁路二极管D6的正极、N沟道MOS管U2的1~3号引脚相连接；N沟道MOS管U3的5~8号引脚外接汇流板；

N沟道MOS管U2~ U5的第4引脚分别与控制芯片U8的第36、34、48、35引脚相连接；

测量电路包括电压基准芯片U12，电压测量运放U11A，电流测量一级运放U11B，电流测量二级运放U12A，电压测量运放供电滤波电容C100和C101，参考电压滤波电容C010，电压基准芯片供电滤波电容C111，电压测量运放输入滤波电容C23，电压测量运放输出滤波电容C34，电流测量一级运放输出滤波电容C35，电流测量一级运放输入滤波电容C151，电流测量一级运放滤波电容C74、电流测量二级运放输出滤波电容C4，运算放大器隔离电容C5和C6，电流测量二级运放滤波电容C102，电压测量运放输入正端限流电阻R30，电压测量运放放大电阻R32，电阻R39、R65，断路电阻R64，电流测量一级运放输入负端限流电阻R33，电流测量一级运放输入正端限流电阻R34，电流测量一级运放输出限流电阻R35，电流测量一级运放放大电阻R36，电流测量二级运放放大电阻R13，电流测量二级运放输出限流电阻R14，电流测量二级运放输入正端限流电阻R16，下拉电阻R18，电流测量二级运放输入负端限流电阻R100；

电压基准芯片U12的第2引脚与参考电压滤波电容C010的一端相连接，同时外接控制芯片U8的第12引脚，参考电压滤波电容C010的另一端接地；电压基准芯片U12的第1引脚与电压基准芯片供电滤波电容C111的一端相连接，同时外接控制芯片U8的第11引脚；电压基准芯片U12的第3引脚与电压基准芯片供电滤波电容C111的另一端接地；

电压测量运放U11A的第1引脚同时与电阻R39的一端、电压测量运放放大电阻R32的一端相连接，电压测量运放放大电阻R32的另一端与电压测量运放U11A的第2引脚相连接；电阻R39的另一端与电压测量运放输出滤波电容C34的一端相连接，同时与控制芯片U8的第21引脚相连接；电压测量运放输出滤波电容C34的另一端接地；

电压测量运放U11A的第3引脚同时与电压测量运放输入正端限流电阻R30的一端、断路电阻R64的一端、电压测量运放输入滤波电容C23的一端相连接；断路电阻R64的另一端、电压测量运放输入滤波电容C23的另一端均接地；电压测量运放输入正端限流电阻R30的另一端与采集控制电路中电压测量分压电阻R7的一端相连接；电压测量运放U11A的第4引脚接地；

电压测量运放U11A的第8引脚同时与电压测量运放供电滤波电容C100和C101的一端相连接，并外接电源VCC端；电压测量运放供电滤波电容C100和C101的另一端均接地；

电流测量一级运放U11B的第5引脚同时与电流测量一级运放输入正端限流电阻R34的一端、电阻R65的一端、电流测量一级运放输入滤波电容C151的一端相连接；电阻R65的另一端、电流测量一级运放输入滤波电容C151的另一端均接地；电流测量一级运放输入正端限流电阻R34的另一端与N沟道MOS管U5的第5~8号引脚相连接；

电流测量一级运放U11B的第6引脚同时与电流测量一级运放输入负端限流电阻R33的一端、电流测量一级运放放大电阻R36的一端、电流测量一级运放滤波电容C74的一端相连接，电流测量一级运放输入负端限流电阻R33的另一端接地，电流测量一级运放放大电阻R36的另一端、电流测量一级运放滤波电容C74的另一端同时与电流测量一级运放U11B的第7引脚、电流测量一级运放输出限流电阻R35的一端相连接；电流测量一级运放输出限流电阻R35的另一端同时与电流测量一级运放输出滤波电容C35的一端、电流测量二级运放输入正端限流电阻R16的一端相连接；电流测量一级运放输出滤波电容C35的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第1引脚同时与电流测量二级运放放大电阻R13的一端、电流测量二级运放输出限流电阻R14的一端、电流测量二级运放滤波电容C102的一端相连接；电流测量二级运放输出限流电阻R14的另一端与电流测量二级运放输出滤波电容C4的一端相连接，同时与控制芯片U8的第22引脚相连接；电流测量二级运放输出滤波电容C4的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第2引脚同时与电流测量二级运放放大电阻R13的另一端、电流测量二级运放滤波电容C102的另一端、电流测量二级运放输入负端限流电阻R100的一端相连接；电流测量二级运放输入负端限流电阻R100的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第3引脚同时与电流测量二级运放输入正端限流电阻R16的另一端、下拉电阻R18的一端相连接；下拉电阻R18的另一端接地；

电流测量二级运放U12A的第4引脚接地；电流测量二级运放U12A的第8引脚外接电源VCC端；

运算放大器隔离电容C5和C6的一端均外接电源VCC端，另一端均接地；

所述的测量电路包括电压基准芯片U12的型号为MAX6002EUR-T；

供电电路包括降压芯片UP，升压芯片U1，降压芯片输出滤波电容C60，降压芯片输入滤波电容C62和C63，降压芯片输出滤波电容C611，电源隔离电容C1、C2和C3，功率消耗电阻RM；

降压芯片UP的第1引脚与降压芯片输入滤波电容C62的一端、降压芯片输入滤波电容C63的负极相连接，同时接地；降压芯片UP的第2引脚与降压芯片输入滤波电容C62的另一端、降压芯片输入滤波电容C63的正极相连接，同时外接5V电压；降压芯片UP的第5引脚同时与降压芯片输出滤波电容C60的正极、降压芯片输出滤波电容C611的一端、功率消耗电阻RM的一端相连接，同时外接电源VCC端；降压芯片输出滤波电容C60的负极、降压芯片输出滤波电容C611的另一端、功率消耗电阻RM的另一端与降压芯片UP的第4引脚相连接，同时接地；

升压芯片U1的第1引脚同时与电源隔离电容C1、C2的一端相连接，并接地；升压芯片U1的第2引脚同时与电源隔离电容C1、C2的另一端相连接，并外接5V电压；升压芯片U1的第3引脚接地；升压芯片U1的第4引脚与电源隔离电容C3的一端相连接，同时外接12V电压，电源隔离电容C3的另一端接地；

外围电路包括汇流板接口PH，复位开关S111，限流电阻R-14，隔离电容C44，晶振X1，晶振起振电容C22和C31，滤波电容C26和C27，隔离电容C83和C86，发光二极管D2，限流电阻R17，隔离电容C24、C25和C46，串口通信接口P8，串口调试接口J2，程序下载接口J4；

汇流板接口PH的第2和4引脚分别与N沟道MOS管U2的第5~8引脚、N沟道MOS管U5的第5~8引脚相连接；汇流板接口PH的第6引脚外接5V电压；汇流板接口PH的第8引脚接地；汇流板接口PH的第10和12引脚分别与通信隔离光耦PO1的第 3和8引脚相连接；

复位开关S111的一端与隔离电容C44的负极相连接，同时接地；复位开关S111的另一端同时与隔离电容C44的正极、限流电阻R-14的一端相连接，限流电阻R-14的另一端外接电源VCC端；晶振X1的两端分别与晶振起振电容C22和C31的一端相连接，同时与控制芯片U8的第3、4引脚相连接；晶振起振电容C22和C31的另一端均接地；

滤波电容C26的一端、滤波电容C27的正极与控制芯片U8的第12引脚相连接；滤波电容C26的另一端、滤波电容C27的负极接地；

隔离电容C83的正极、隔离电容C86的一端外接电源VCC ；隔离电容C83的负极、隔离电容C86的另一端均接地；

发光二极管D2的正极外接电源VCC，负极与限流电阻R17的一端相连接，限流电阻R17的另一端与控制芯片U8的第14引脚相连接；

隔离电容C24的正极、隔离电容C25的一端外接电源VCC，隔离电容C24的负极、隔离电容C25的另一端接地；

串口通信接口P8的两个接口分别与控制芯片U8的第41、42引脚相连接；隔离电容C46的两端分别接电源VCC和接地；

串口调试接口J2的第1引脚和第4引脚分别接电源VCC和接地；串口调试接口J2的第2引脚和第3引脚分别与控制芯片U8的第18、17引脚相连接；

程序下载接口J4的第1引脚和第3引脚分别接电源VCC和接地；程序下载接口J4的第2引脚和第4引脚分别与控制芯片U8的第1、2引脚相连接；

通信隔离电路包括通信隔离光耦PO1，上拉电阻R19、R21、R72，下拉电阻R20；

通信隔离光耦PO1的第1引脚通过上拉电阻R19后外接电源VCC；

通信隔离光耦PO1的第2引脚分别与控制芯片U8的第42引脚相连接；

通信隔离光耦PO1的第3引脚通过下拉电阻R20后外接外部供电负极；

通信隔离光耦PO1的第5引脚接地；

通信隔离光耦PO1的第6引脚接地同时与上拉电阻R21的一端相连接，同时控制芯片U8的第41引脚相连接；上拉电阻R21的另一端外接电源VCC；

通信隔离光耦PO1的第7引脚外接外部供电负极；

通信隔离光耦PO1的第8引脚通过上拉电阻R72后外接5V电压。

2.根据权利要求1所述的一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路,其特征在于所述的控制芯片U8的型号为STM8L151C8T6。

3.根据权利要求1所述的一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路,其特征在于所述的N沟道MOS管U3和U5的型号均为IRF7820；所述的N沟道MOS管U2和U4的型号均为FDS3672。

4.根据权利要求1所述的一种智能光伏电站模拟仪的采集板电路,其特征在于所述的降压芯片UP的型号为B0503XT，升压芯片U1的型号为B0512S-1W。