CN109587881A - 一种多路mppt控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多路MPPT控制电路，当MCU检测到来自光线检测单元的光强参数小于预设值时，驱动第一开关模块闭合，蓄电池通过BUCK‑BOOST变换模块的BOOST电路向LED双色温负载模块供电；当所述MCU检测到来自所述光线检测单元的光强参数大于预设值时，驱动第二开关模块闭合，太阳能电池通过所述BUCK‑BOOST变换模块的BUCK电路向所述蓄电池充电，并根据蓄电池两端的第一电压和太阳能电池两端的第二电压控制所述BUCK‑BOOST变换模块的BUCK电路实现充电过程中的最大功率点跟踪。

Description

一种多路MPPT控制电路
技术领域
本发明涉及充放电技术领域，特别涉及一种多路MPPT控制电路。
背景技术
随着化石能源的逐步消耗，太阳能光伏能源的使用越来越被重视，而传统的太阳能LED灯充放电系统能耗大、效率低、功率因数小浪费了较多的太阳能。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种多路MPPT控制电路，旨在解决现有的充放电电路能耗大、效率低、功率因数小浪费了较多的太阳能等问题。
为实现上述目的，本发明提出的多路MPPT控制电路，包括包括太阳能电池、双向BUCK-BOOST变换模块、MPPT模块，蓄电池、LED双色温负载模块；
所述MPPT模块包括MCU、与所述MCU相连的第一电压采集单元、第二电压采集单元、光线检测单元；所述第一电压采集单元的输入端与所述太阳能电池的正负极性端连接，输出端与MCU连接；所述第二电压采集单元的输入端与所述蓄电池的正负极性端连接，输出端与MCU连接；所述光线检测单元的输出端与所述MCU连接；
所述双向BUCK-BOOST变换模块的第一受控端通过第一开关模块与所述MCU连接，所述BUCK-BOOST变换模块的第二受控端通过第二开关模块与所述MCU连接；
当所述MCU检测到来自所述光线检测单元的光强参数小于预设值时，驱动所述第一开关模块闭合，所述蓄电池通过所述BUCK-BOOST变换模块的BOOST电路向所述LED双色温负载模块供电；当所述MCU检测到来自所述光线检测单元的光强参数大于预设值时，驱动所述第二开关模块闭合，所述太阳能电池通过所述BUCK-BOOST变换模块的BUCK电路向所述蓄电池充电，并根据所述第一电压和所述第二电压控制所述BUCK-BOOST变换模块的BUCK电路实现最大功率点跟踪。
优选地，所述双向BUCK-BOOST变换模块包括：第一场效应管MOS1、第二场效应管MOS2、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、电感L1；所述电容C1的正、负极性端与所述蓄电池的正、负极性端对应连接；所述电感L1的第一端与所述电容C1的正极、所述蓄电池的正极连接，所述电感L1的第二端与所述第一场效应管MOS1的漏极、第二场效应管MOS2的漏极、所述第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阳极连接；所述第二二极管D2的阴极与所述第二电容C2的正极、所述LED双色温负载模块的正极输入端连接；所述第二电容C2的负极与所述LED双色温负载模块的负极输入端、第二场效应管MOS2的源极、所述第一二极管D1的阳极、所述电容C1的负极、所述蓄电池的负极连接。
优选地，所述第一场效应管MOS1为P沟道场效应管，第二场效应管MOS2为N沟道场效应管。
优选地，第一场效应管MOS1的栅极通过第一驱动电路与所述MCU的第一PWM信号输出端连接，第二场效应管MOS2的栅极通过第二驱动电路与所述MCU的第二PWM信号输出端连接。
优选地，所述第一驱动电路包括MOS管驱动器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、三极管Q1，所述MOS管驱动器U1的信号输入端IN与所述三极管的集电极、所述电阻R1的第一端连接，所述三极管Q1的栅极通过所述电阻R2与所述MCU的第一PWM信号输出端连接，所述电阻R3的第一端与所述三极管Q1的发射极连接，所述电阻R3的第二端接地，所述电阻R1的第二端与所述MOS管驱动器U1的电压输入端和所述太阳能电池的正极连接。
优选地，所述第二驱动电路包括MOS管驱动器U2、电阻R4、电阻R5，所述MOS管驱动器U2的信号输入端IN与所述电阻R4的第一端、R5的第一端连接，所述R4的第二端与所述MCU的第二PWM信号输出端连接。
优选地，所述多路MPPT控制电路还包括防反接电路，所述防反接电路包括第三场效应管MOS3、电阻R6、R7、三极管Q2，所述第三场效应管MOS3的漏极与所述太阳能电池的正极连接，所述第三场效应管MOS3的源极与所述第三场效应管MOS3的源极连接，所述第三场效应管MOS3的栅极与所述电阻R6的第一端连接，所述电阻R6的第二端与所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的栅极通过所述电阻R7与所述MCU的信号输出端连接。
优选地，所述LED双色温负载模块包括第一色温驱动电路和第二色温驱动电路，所述第一色温驱动电路和所述第二色温驱动电路均包括第三场效应管MOS4和每一所第三场效应管MOS4的栅极均通过述对应的MOS4驱动电路。
优选地，所述太阳能电池的正负极性端并联有瞬态电压抑制器TVS。
优选地，所述光线检测单元包括光照度传感器，所述光照度传感器的信号输出端与所述MCU的光照采集端口连接。
本发明技术方案当MCU检测到来自所述光线检测单元的光强参数小于预设值时，驱动所述第一开关模块闭合，所述蓄电池通过所述BUCK-BOOST变换模块的BOOST电路向所述LED双色温负载模块供电；当所述MCU检测到来自所述光线检测单元的光强参数大于预设值时，驱动所述第二开关模块闭合，所述太阳能电池通过所述BUCK-BOOST变换模块的BUCK电路向所述蓄电池充电，并根据所述第一电压和所述第二电压控制所述BUCK-BOOST变换模块的BUCK电路实现最大功率点跟踪。解决了传统的太阳能LED灯充放电系统能耗大、效率低、功率因数小浪费了较多的太阳能的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明多路MPPT控制电路一实施例的功能模块图；
图2为本发明多路MPPT控制电路一实施例的电路结构示意图；
图3为图2中第一场效应管MOS1的驱动电路的结构示意图；
图4为图2中第二场效应管MOS2的驱动电路的结构示意图；
图5为图2中MOS4驱动电路的电路结构示意图；
图6为图2中LED双色温负载模块的负载开关的电路结构示意图；
图7为图2中各MOS管的栅极与MCU端口输出端的连接示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种多路MPPT控制电路。图1至图7为本发明提供的多路MPPT控制电路实施例。
请参阅图1至图2，在本实施例中多路MPPT控制电路包括太阳能电池100、双向BUCK-BOOST变换模块200、MPPT模块300，所述MPPT即最大功率点跟踪，蓄电池400、LED双色温负载模块500；所述MPPT模块300包括MCU301、与所述MCU301相连的第一电压采集单元302、第二电压采集单元303、光线检测单元304；所述第一电压采集单元302的输入端与所述太阳能电池100的正负极性端连接，输出端与MCU301连接；所述第二电压采集单元303的输入端与所述蓄电池400的正负极性端连接，输出端与MCU301连接；所述光线检测单元304的输出端与所述MCU301连接；所述双向BUCK-BOOST变换模块200的第一受控端通过第一开关模块201与所述MCU301连接，所述BUCK-BOOST变换模块200的第二受控端通过第二开关模块202与所述MCU301连接；当所述MCU301检测到来自所述光线检测单元304的光强参数小于预设值时，驱动所述第一开关模块201闭合，所述蓄电池400通过所述BUCK-BOOST变换模块200的BOOST电路向所述LED双色温负载模块500供电；当所述MCU301检测到来自所述光线检测单元304的光强参数大于预设值时，驱动所述第二开关模块202闭合，所述太阳能电池100通过所述BUCK-BOOST变换模块200的BUCK电路向所述蓄电池400充电，并根据所述第一电压和所述第二电压控制所述BUCK-BOOST变换模块200的BUCK电路实现最大功率点跟踪。
本发明通过设置双向BUCK-BOOST变换模块200和MPPT模块300，所述MPPT即最大功率点跟踪，蓄电池400、LED双色温负载模块500；所述MPPT模块300包括MCU301、与所述MCU301相连的第一电压采集单元302、第二电压采集单元303、光线检测单元304，使得本发明的充电系统在白天充电时能够对所述双向BUCK-BOOST变换模块200的BUCK电路实现最大功率点跟踪，提高了对光能利用率。
具体地，在本实施例中如图2所示，所述双向BUCK-BOOST变换模块200包括：第一场效应管MOS1、第二场效应管MOS2、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、电感L1；所述电容C1的正、负极性端与所述蓄电池400的正、负极性端对应连接；所述电感L1的第一端与所述电容C1的正极、所述蓄电池400的正极连接，所述电感L1的第二端与所述第一场效应管MOS1的漏极、第二场效应管MOS2的漏极、所述第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阳极连接；所述第二二极管D2的阴极与所述第二电容C2的正极、所述LED双色温负载模块500的正极输入端连接；所述第二电容C2的负极与所述LED双色温负载模块500的负极输入端、第二场效应管MOS2的源极、所述第一二极管D1的阳极、所述电容C1的负极、所述蓄电池400的负极连接。
需要说明的是：所述第一场效应管MOS1、第一电容C1、第一二极管D1、电感L1，构成了所述双向BUCK-BOOST变换模块200的BUCK电路；第一场效应管MOS1的栅极连接第一驱动电路的输出端。第一二极管D1起到续流二极管的作用。当正确连接时，第一场效应管MOS1的控制电平由MCU301给出。第一驱动电路输出低电平给第一场效应管MOS1的栅极(G极)，第一场效应管MOS1，太阳能电池100通过所述双向BUCK-BOOST变换模块200的BUCK电路给蓄电池400充电。
所述第二场效应管MOS2、第二电容C2、第二二极管D2、电感L1，构成了所述双向BUCK-BOOST变换模块200的BOOST电路；所述第二场效应管MOS2为放电控制MOS管，所述第二场效应管MOS2的栅极(G极)连接第二驱动电路的输出端，控制电平由MCU给出，放电控制脚(G极)为高电平时，所述第二场效应管MOS2导通，夜晚MCU通过光线检测单元304感测到光强参数小于预设值时，蓄电池400电压通过BOOST升压电路给负载双色温LED 500供电。
本实施例中，通过第一场效应管MOS1、第一电容C1、第一二极管D1、电感L1、第二场效应管MOS2、第二电容C2、第二二极管D2构成了双向BUCK-BOOST变换模块200，使得较贵的元器件电感L1得到了重复利用，且使得本电路的结构更为紧凑，节省了物料成本,。
具体地，在本实施例中，所述第一场效应管MOS1为P沟道场效应管，第二场效应管MOS2为N沟道场效应管。当然所述第一场效应管MOS1和所述第二场效应管MOS2也可均为P沟道场效应管或均为N沟道场效应管。
具体地，如图3所示，所述第一场效应管MOS1的栅极通过第一驱动电路与所述MCU的第一PWM信号输出端连接，第二场效应管MOS2的栅极通过第二驱动电路与所述MCU的第二PWM信号输出端连接。
所述第一驱动电路包括MOS管驱动器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、三极管Q1，所述MOS管驱动器U1的信号输入端IN与所述三极管的集电极、所述电阻R1的第一端连接，所述三极管Q1的栅极通过所述电阻R2与所述MCU的第一PWM信号输出端连接，所述电阻R3的第一端与所述三极管Q1的发射极连接，所述电阻R3的第二端接地，所述电阻R1的第二端与所述MOS管驱动器U1的电压输入端和所述太阳能电池100的正极连接。
所述三极管Q1的基极(B极)是与MCU接在一起的，通过控制PWM-BUCK端的电平变化，从而使三极管Q1的集电极(C极)与发射极(E极)导通和关断，进一步使得MOS管驱动器U1的输入端也产生与PWM-BUCK端相同的电平变化，导通和关断。充电状态下，PWM-BUCK输出高电平，三极管Q1导通，MOS管驱动器U1输出端DIVER-P输出低电平，第一场效应管MOS1导通。
在本实施例中如图4所示，所述第二驱动电路包括MOS管驱动器U2、电阻R4、电阻R5，所述MOS管驱动器U2的信号输入端IN与所述电阻R4的第一端、R5的第一端连接，所述R4的第二端与所述MCU的第二PWM信号输出端连接。所述电阻R4是与MCU的第二PWM信号输出端连接，通过控制PWM-BOOST端的电平变化，进一步使得MOS管驱动器U2的输入端也产生与PWM-BOOST端相同的电平变化，导通和关断。蓄电池向LED双色温负载模块供电时，PWM-BOOST输出高电平，MOS管驱动器U1输出端DIVER-N输出低电平，第二场效应管MOS2导通。
在本实施例中如图2和图5所示，所述多路MPPT控制电路还包括防反接电路，所述防反接电路包括第三场效应管MOS3、电阻R6、R7、三极管Q2，所述第三场效应管MOS3的漏极与所述太阳能电池的正极连接，所述第三场效应管MOS3的源极与所述第三场效应管MOS3的源极连接，所述第三场效应管MOS3的栅极与所述电阻R6的第一端连接，所述电阻R6的第二端与所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的栅极通过所述电阻R7与所述MCU的信号输出端连接。所述防反接电路的设置，避免了蓄电池接反导致太阳能电池烧毁事故的发生，进而增加了本电路的使用可靠性。
具体地，所述LED双色温负载模块500包括第一色温驱动电路和第二色温驱动电路，所述第一色温驱动电路和所述第二色温驱动电路均包括第三场效应管MOS4和每一所第三场效应管MOS4的栅极均通过述对应的MOS4驱动电路。所述MOS4驱动电路如图7所示，所述第三场效应管MOS4的驱动信号由MCU301给出。
具体地，在本实施例中所述太阳能电池100的正负极性端并联有瞬态电压抑制器TVS。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收大部分的浪涌功率，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。
具体地，在本实施例中，所述光线检测单元包括光照度传感器，所述光照度传感器的信号输出端与所述MCU的光照采集端口连接。所述光照度传感器将光照强度的变化转化为对应的电信号的变化，MCU识别到对应的电信号变化可根据预设策略判断出当前环境是处于白天还是黑夜，并进一步再白天控制太阳能电池给蓄电池充电，晚上控制蓄电池给LED双色温负载模块供电。实现了自动化的控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多路MPPT控制电路，其特征在于，包括太阳能电池、双向BUCK-BOOST变换模块、MPPT模块，蓄电池、LED双色温负载模块；
所述MPPT模块包括MCU、与所述MCU相连的第一电压采集单元、第二电压采集单元、光线检测单元；所述第一电压采集单元的输入端与所述太阳能电池的正负极性端连接，输出端与MCU连接；所述第二电压采集单元的输入端与所述蓄电池的正负极性端连接，输出端与MCU连接；所述光线检测单元的输出端与所述MCU连接；
所述双向BUCK-BOOST变换模块的第一受控端通过第一开关模块与所述MCU连接，所述BUCK-BOOST变换模块的第二受控端通过第二开关模块与所述MCU连接；
当所述MCU检测到来自所述光线检测单元的光强参数小于预设值时，驱动所述第一开关模块闭合，所述蓄电池通过所述BUCK-BOOST变换模块的BOOST电路向所述LED双色温负载模块供电；当所述MCU检测到来自所述光线检测单元的光强参数大于预设值时，驱动所述第二开关模块闭合，所述太阳能电池通过所述BUCK-BOOST变换模块的BUCK电路向所述蓄电池充电，并根据所述第一电压和所述第二电压控制所述BUCK-BOOST变换模块的BUCK电路实现最大功率点跟踪。
2.如权利要求1所述的多路MPPT控制电路，其特征在于，所述双向BUCK-BOOST变换模块包括：第一场效应管MOS1、第二场效应管MOS2、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、电感L1；所述电容C1的正、负极性端与所述蓄电池的正、负极性端对应连接；所述电感L1的第一端与所述电容C1的正极、所述蓄电池的正极连接，所述电感L1的第二端与所述第一场效应管MOS1的漏极、第二场效应管MOS2的漏极、所述第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阳极连接；所述第二二极管D2的阴极与所述第二电容C2的正极、所述LED双色温负载模块的正极输入端连接；所述第二电容C2的负极与所述LED双色温负载模块的负极输入端、第二场效应管MOS2的源极、所述第一二极管D1的阳极、所述电容C1的负极、所述蓄电池的负极连接。
3.如权利要求2所述的多路MPPT控制电路，其特征在于，所述第一场效应管MOS1为P沟道场效应管，第二场效应管MOS2为N沟道场效应管。
4.如权利要求3所述的多路MPPT控制电路，其特征在于，第一场效应管MOS1的栅极通过第一驱动电路与所述MCU的第一PWM信号输出端连接，第二场效应管MOS2的栅极通过第二驱动电路与所述MCU的第二PWM信号输出端连接。
5.如权利要求4所述的多路MPPT控制电路，其特征在于，所述第一驱动电路包括MOS管驱动器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、三极管Q1，所述MOS管驱动器U1的信号输入端IN与所述三极管的集电极、所述电阻R1的第一端连接，所述三极管Q1的栅极通过所述电阻R2与所述MCU的第一PWM信号输出端连接，所述电阻R3的第一端与所述三极管Q1的发射极连接，所述电阻R3的第二端接地，所述电阻R1的第二端与所述MOS管驱动器U1的电压输入端和所述太阳能电池的正极连接。
6.如权利要求4所述的多路MPPT控制电路，其特征在于，所述第二驱动电路包括MOS管驱动器U2、电阻R4、电阻R5，所述MOS管驱动器U2的信号输入端IN与所述电阻R4的第一端、R5的第一端连接，所述R4的第二端与所述MCU的第二PWM信号输出端连接。
7.如权利要求2所述的多路MPPT控制电路，其特征在于，所述多路MPPT控制电路还包括防反接电路，所述防反接电路包括第三场效应管MOS3、电阻R6、电阻R7、三极管Q2，所述第三场效应管MOS3的漏极与所述太阳能电池的正极连接，所述第三场效应管MOS3的源极与所述第三场效应管MOS3的源极连接，所述第三场效应管MOS3的栅极与所述电阻R6的第一端连接，所述电阻R6的第二端与所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的集电极连接，所述三极管Q2的栅极通过所述电阻R7与所述MCU的信号输出端连接。
8.如权利要求4所述的多路MPPT控制电路，其特征在于，所述LED双色温负载模块包括第一色温驱动电路和第二色温驱动电路，所述第一色温驱动电路和所述第二色温驱动电路均包括第三场效应管MOS4和每一所第三场效应管MOS4的栅极均通过述对应的MOS4驱动电路。
9.如权利要求1所述的多路MPPT控制电路，其特征在于，所述太阳能电池的正负极性端并联有瞬态电压抑制器TVS。
10.如权利要求1所述的多路MPPT控制电路，其特征在于，所述光线检测单元包括光照度传感器，所述光照度传感器的信号输出端与所述MCU的光照采集端口连接。
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