CN110838743B - 一种带自动保护机制的充放电控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带自动保护机制的充放电控制电路。包括依次连接的太阳能电池板、充电电路、电池、负载，所述充电电路能够为负载直接供电；所述充电电路包括电池充电电路、稳压电路，所述电池充电电路的输入端、稳压电路的输入端与太阳能电池板的输出端连接，所述电池充电电路的输出端与电池连接，所述稳压电路的输出端与负载连接。本发明电路能够直接为负载供电，减少了电池的充放电次数，延长电池寿命，且通过充电过压保护，保证充电电路的可靠性，防止过充过放影响电池的性能、使用寿命。

Description

一种带自动保护机制的充放电控制电路

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，具体涉及一种带自动保护机制的充放电控制电路。

背景技术

目前太阳能充电电路众多，大多是采用专用的电池充电芯片，可是目前有些充电芯片存在充电MOS管功耗大，发热量大的问题；如图1所示，一般太阳能充电电路是直接对电池进行充电然后在对负载进行供电，增加了电池充放电的次数，影响了电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带自动保护机制的充放电控制电路，能够直接为负载供电，减少了电池的充放电次数，延长电池寿命，且通过充电过压保护，保证充电电路的可靠性，防止过充过放影响电池的性能、使用寿命。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种带自动保护机制的充放电控制电路，包括依次连接的太阳能电池板、充电电路、电池、负载，所述充电电路能够为负载直接供电。

在本发明一实施例中，所述充电电路包括电池充电电路、稳压电路，所述电池充电电路的输入端、稳压电路的输入端与太阳能电池板的输出端连接，所述电池充电电路的输出端与电池连接，所述稳压电路的输出端与负载连接。

在本发明一实施例中，所述充电电路还包括MCU、电池充电保护电路、电池放电保护电路，所述MCU与电池充电电路、电池充电保护电路连接，电池充电保护电路、电池放电保护电路与电池充电电路连接。

在本发明一实施例中，所述太阳能电池板的输出端经一前端电路与所述电池充电电路的输入端、稳压电路的输入端连接。

在本发明一实施例中，所述稳压电路包括二极管D1、D2，三极管Q1，稳压管Z1，电阻R1，D1的阳极与太阳能电池板的输出端连接，D1的阴极与Q1的集电极、R1的一端连接，Q1的基极与R1的另一端、Z1的阴极连接，Z1的阳极连接至GND，Q1的发射极与D2的阳极连接，D2的阴极与负载连接。

在本发明一实施例中，所述电池充电电路包括二极管D3、D4，MOS管Q2，电感L2，电阻R3、R18、R19、R22、R26，电容C1、C5，D4的阳极、R22的一端与太阳能电池板的输出端连接，D4的另一端与R3的一端、Q2的源极连接，R22的另一端与R26的一端、C5的一端连接，R26的另一端、C5的另一端相连接至GND，R3的另一端、Q2的栅极与电池充电保护电路连接，Q2的漏极与D3的阴极、L2的一端连接，D3的阳极与电池的负极相连接至GND，L2的另一端、电池的正极、R18的一端与电池放电保护电路连接，R18的另一端与R19的一端、C1的一端连接，R19的另一端与C1的另一端相连接至GND。

在本发明一实施例中，所述电池充电保护电路包括比较器U3，2.5V基准电源，与门U2，MOS管Q5，电阻R6、R8-R15，电容C4，LED灯，U3的同相输入端与R9的一端、R16的一端连接，R9的另一端经C4连接至GND，R9的另一端还与2.5V基准电源连接，U3的反相输入端经R15与R13的一端、R15的一端连接，R15的另一端连接至GND，R13的另一端与电池的正极连接，R16的另一端与U3的一端、R11的一端、R17的一端连接，R17的另一端经LED灯连接至GND，R11的另一端与与门的一输入端连接，与门的另一输入端与R10的一端连接，R10的另一端经R8连接至3.3V电源端，R10的另一端还与MCU连接，U2的输出端与Q5的栅极、R12的一端连接，R12的另一端与Q5的源极相连接至GND，Q5的漏极经R6与电池充电电路连接。

在本发明一实施例中，所述电池放电保护电路包括电压监控芯片U1，MOS管Q3、Q4，二极管D5，TVS管T1，电阻R2、R4、R5、R7，电容C3，R2的一端、R4的一端、Q3的源极与电池的正极连接，R2的另一端与R5的一端、C3的一端、U1的第三端连接，R5的另一端、C3的另一端、U1的第一端相连接至GND，U1的第二端与Q4的栅极连接，Q4的源极连接至GND，Q4的漏极经R7与R4的另一端、Q3的栅极连接，Q3的漏极与D5的阳极连接，D5的阴极、T1的一端与负载连接，T1的另一端连接至GND。

在本发明一实施例中，所述前端电路包括电阻丝、TVS管T2、电容C2，太阳能电池板的输出端经电阻丝、T2与C2的两端连接。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提出采用分立元件搭建太阳能充电电路，增加了太阳能直接供电电路，通过稳压电路，可直接给负载供电，减少了电池的充放电次数，延长电池寿命；

2、本发明采用低功耗MCU、MOS管、比较器等分立元件搭建充电电路，低功耗单片机MCU通过PWM调整充电电压，调整太阳能板的最大功率点，调整充电电流电池浮充状态的充电电流，减小充电电路的损耗，降低发热量；

3、本发明增加了充电过压保护，放电欠压保护功能，保证充电电路的可靠性，防止过充过放影响电池的性能、使用寿命。

附图说明

图1为现有太阳能充电电路原理框图。

图2为本发明太阳能充电电路原理框图。

图3为本发明一实例的太阳能充电电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

如图2所示，本发明提供了一种带自动保护机制的充放电控制电路，包括依次连接的太阳能电池板、充电电路、电池、负载，所述充电电路能够为负载直接供电。所述充电电路包括电池充电电路、稳压电路，所述电池充电电路的输入端、稳压电路的输入端与太阳能电池板的输出端连接，所述电池充电电路的输出端与电池连接，所述稳压电路的输出端与负载连接。所述充电电路还包括MCU、电池充电保护电路、电池放电保护电路，所述MCU与电池充电电路、电池充电保护电路连接，电池充电保护电路、电池放电保护电路与电池充电电路连接。所述太阳能电池板的输出端经一前端电路与所述电池充电电路的输入端、稳压电路的输入端连接。

如图3所示，所述稳压电路包括二极管D1、D2，三极管Q1，稳压管Z1，电阻R1，D1的阳极与太阳能电池板的输出端连接，D1的阴极与Q1的集电极、R1的一端连接，Q1的基极与R1的另一端、Z1的阴极连接，Z1的阳极连接至GND，Q1的发射极与D2的阳极连接，D2的阴极与负载连接。

所述电池充电电路包括二极管D3、D4，MOS管Q2，电感L2，电阻R3、R18、R19、R22、R26，电容C1、C5，D4的阳极、R22的一端与太阳能电池板的输出端连接，D4的另一端与R3的一端、Q2的源极连接，R22的另一端与R26的一端、C5的一端连接，R26的另一端、C5的另一端相连接至GND，R3的另一端、Q2的栅极与电池充电保护电路连接，Q2的漏极与D3的阴极、L2的一端连接，D3的阳极与电池的负极相连接至GND，L2的另一端、电池的正极、R18的一端与电池放电保护电路连接，R18的另一端与R19的一端、C1的一端连接，R19的另一端与C1的另一端相连接至GND。

所述电池充电保护电路包括比较器U3，2.5V基准电源，与门U2，MOS管Q5，电阻R6、R8-R15，电容C4，LED灯，U3的同相输入端与R9的一端、R16的一端连接，R9的另一端经C4连接至GND，R9的另一端还与2.5V基准电源连接，U3的反相输入端经R15与R13的一端、R15的一端连接，R15的另一端连接至GND，R13的另一端与电池的正极连接，R16的另一端与U3的一端、R11的一端、R17的一端连接，R17的另一端经LED灯连接至GND，R11的另一端与与门的一输入端连接，与门的另一输入端与R10的一端连接，R10的另一端经R8连接至3.3V电源端，R10的另一端还与MCU连接，U2的输出端与Q5的栅极、R12的一端连接，R12的另一端与Q5的源极相连接至GND，Q5的漏极经R6与电池充电电路连接。

所述电池放电保护电路包括电压监控芯片U1，MOS管Q3、Q4，二极管D5，TVS管T1，电阻R2、R4、R5、R7，电容C3，R2的一端、R4的一端、Q3的源极与电池的正极连接，R2的另一端与R5的一端、C3的一端、U1的第三端连接，R5的另一端、C3的另一端、U1的第一端相连接至GND，U1的第二端与Q4的栅极连接，Q4的源极连接至GND，Q4的漏极经R7与R4的另一端、Q3的栅极连接，Q3的漏极与D5的阳极连接，D5的阴极、T1的一端与负载连接，T1的另一端连接至GND。

所述前端电路包括电阻丝、TVS管T2、电容C2，太阳能电池板的输出端经电阻丝、T2与C2的两端连接。

如图3所示，本发明电路由低功耗MCU及分立元件组成充电控制电路，实现太阳的最大功率点充电、浮充状态浮充电流的控制，充电电压过压保护、放电电流欠压保护、太阳能板直接给电池供电等功能。

本发明电路采用分立元件搭建太阳能电池直接供电电路，用三极管Q1、稳压管Z1、二极管D1、D2组成稳压电路，输出电压略高于电池电压。在有太阳能供电的情况下采用稳压电路直接供电，减少电池的充放电次数，延长了电池的使用寿命。

本发明电路采用比较器U3、2.5V基准电源组成施密特触发器，当电池电压低于13.30V时，比较器U3的1脚输出BAT_chang1控制信号为高电平，开启电池充电；当电池电压高于14.60V时，比较器U3的1脚输出BAT_chang1控制信号为低电平，关闭电池充电。当BAT_chang1为高电平时，指示灯LED1亮，说明电池处于充电状态。

本发明电路BAT_chang2为单片机U4输出的PWM控制信号，PWM的频率为500Hz。与门U2的A、B输入脚分别是BAT_chang1和BAT_chang2。当BAT_chang1、BAT_chang2同时为高时，MOS管Q2、Q5导通，太阳能给电池充电。

当电池电压低于14.2V时，电池处于恒流充电状态。通过调节BAT_chang2输出的占空比，调整太阳输出电压到最大功率点。通过MCU采集的太阳能板的输入电压，采用PID算法调整输出PWM的占空比，调整太阳输出电压到最大功率点。

当电池电压高于14.2V时，电池进入浮充状态。通过调节BAT_chang2输出的占空比，调整太阳能输出电流。通过MCU采集的太阳能板的输入电压，采用PID算法调整输出PWM的占空比，调整太阳输出电压到最大功率点。

电压监控芯片U1、MOS管Q3、Q4以及电阻组成电池放电保护电路。当电池电压低于10.4V时，U1的2脚输出低电平，MOS管Q4截止，MOS管Q3截止，电池截止输出。当电池电压高于10.7V时，U1的2脚输出高电平，MOS管Q4、Q3导通，电池输出。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种带自动保护机制的充放电控制电路，包括依次连接的太阳能电池板、充电电路、电池、负载，其特征在于，所述充电电路能够为负载直接供电；所述充电电路包括电池充电电路、稳压电路，所述电池充电电路的输入端、稳压电路的输入端与太阳能电池板的输出端连接，所述电池充电电路的输出端与电池连接，所述稳压电路的输出端与负载连接；所述充电电路还包括MCU、电池充电保护电路、电池放电保护电路，所述MCU与电池充电电路、电池充电保护电路连接，电池充电保护电路、电池放电保护电路与电池充电电路连接；所述稳压电路包括二极管D1、D2，三极管Q1，稳压管Z1，电阻R1，D1的阳极与太阳能电池板的输出端连接，D1的阴极与Q1的集电极、R1的一端连接，Q1的基极与R1的另一端、Z1的阴极连接，Z1的阳极连接至GND，Q1的发射极与D2的阳极连接，D2的阴极与负载连接；所述电池充电电路包括二极管D3、D4，MOS管Q2，电感L2，电阻R3、R18、R19、R22、R26，电容C1、C5，D4的阳极、R22的一端与太阳能电池板的输出端连接，D4的另一端与R3的一端、Q2的源极连接，R22的另一端与R26的一端、C5的一端连接，R26的另一端、C5的另一端相连接至GND，R3的另一端、Q2的栅极与电池充电保护电路连接，Q2的漏极与D3的阴极、L2的一端连接，D3的阳极与电池的负极相连接至GND，L2的另一端、电池的正极、R18的一端与电池放电保护电路连接，R18的另一端与R19的一端、C1的一端连接，R19的另一端与C1的另一端相连接至GND；所述电池充电保护电路包括比较器U3，2.5V基准电源，与门U2，MOS管Q5，电阻R6、R8-R15，电容C4，LED灯，U3的同相输入端与R9的一端、R16的一端连接，R9的另一端经C4连接至GND，R9的另一端还与2.5V基准电源连接，U3的反相输入端经R15与R13的一端、R15的一端连接，R15的另一端连接至GND，R13的另一端与电池的正极连接，R16的另一端与U3的一端、R11的一端、R17的一端连接，R17的另一端经LED灯连接至GND，R11的另一端与与门的一输入端连接，与门的另一输入端与R10的一端连接，R10的另一端经R8连接至3.3V电源端，R10的另一端还与MCU连接，U2的输出端与Q5的栅极、R12的一端连接，R12的另一端与Q5的源极相连接至GND，Q5的漏极经R6与电池充电电路连接；所述电池放电保护电路包括电压监控芯片U1，MOS管Q3、Q4，二极管D5，TVS管T1，电阻R2、R4、R5、R7，电容C3，R2的一端、R4的一端、Q3的源极与电池的正极连接，R2的另一端与R5的一端、C3的一端、U1的第三端连接，R5的另一端、C3的另一端、U1的第一端相连接至GND，U1的第二端与Q4的栅极连接，Q4的源极连接至GND，Q4的漏极经R7与R4的另一端、Q3的栅极连接，Q3的漏极与D5的阳极连接，D5的阴极、T1的一端与负载连接，T1的另一端连接至GND；所述太阳能电池板的输出端经一前端电路与所述电池充电电路的输入端、稳压电路的输入端连接；所述前端电路包括电阻丝、TVS管T2、电容C2，太阳能电池板的输出端经电阻丝、T2与C2的两端连接。

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