CN111934376A - 一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法 - Google Patents

一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法，所述太阳能控制器由蓄电池，太阳能电池板，低压恒压控制器和直流负载组成；所述低压恒压控制器主要包括充电电路，升压恒压放电电路，驱动电路，电源电路，MCU和采样电路；所述采样电路负责采集太阳能电池板的电压，锂电池的电压电流，负载的电压电流，由MCU对各种采样信号进行处理分析，产生各种逻辑控制和保护功能；所述驱动电路在MCU的作用下为充电电路，升压恒压放电电路，防反电路提供合适的驱动电压和电流。本发明保证稳定的电压输出，电池组的最大化利用，适应不同的负载类型，降低用户使用成本。

Description

一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法
技术领域
本发明属于太阳能控制技术领域，具体涉及一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法。
背景技术
进行太阳能光伏发电时，由于一般太阳能极板输出电压不稳定，不能直接将太阳能极板应用于负载，需要将太阳能转变为电能后存储到一定的储能电池中，再由控制开关实现对负载供电，如图1所示。
在现有的储能设备中锂电池由于其能量密度高，寿命长，重量轻等优点，成为储能设备的首要选择，但是锂电池的单体电压低，只有3.2V/3.7V,传统使用中需要将锂电池进行串联，以达到负载工作所需要的电压，当电池在充放电过程中电池的电压是在实时的变化的，可能导致负载不能正常工作；锂电池在串联的时必须做好分容，删选出内阻一致的锂电池进行串联，否则会导致整个电池组无法发挥出最大容量，严重时会导致电池组烧毁；
如何保证稳定的电压输出，电池组的最大化利用，适应不同的负载类型，降低用户使用成本是亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法，适应不同的负载类型。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法，所述太阳能控制器由蓄电池，太阳能电池板，低压恒压控制器和直流负载组成；所述低压恒压控制器主要包括充电电路，升压恒压放电电路，驱动电路，电源电路， MCU和采样电路；所述采样电路负责采集太阳能电池板的电压，锂电池的电压电流，负载的电压电流，由MCU对各种采样信号进行处理分析，产生各种逻辑控制和保护功能；所述驱动电路在MCU的作用下为充电电路，升压恒压放电电路，防反电路提供合适的驱动电压和电流；
所述控制方法包括以下步骤：
1)主控MCU通过采样电路获取当前太阳能电池板的电压Vpv、蓄电池电压Vbat 和负载电压Vout；
2)读取控制器当前的运行模式，如果是运行模式是光控模式则系统进入步骤3)；如果是常开模式则系统进入步骤6)；
3)比较太阳能电池板电压Vpv和蓄电池电压Vbat的大小，如果Vpv大于Vbat，则系统进入步骤4)PWM充电模式；如果Vpv小于设定的开启电压，则系统进入步骤 5)恒压放电模式；
4)太阳能电池板的控制信号为高电平，打开充电电路；负载开关控制信号为低电平，关闭负载开关；升压恒压放电电路控制信号输出低电平，关闭升压电路；
5)太阳能电池板的控制信号为低电平，关闭充电电路；负载开关控制信号为高电平开启负载开关；升压恒压放电电路控制信号输出PWM波形，升压电路开启，进入步骤8)恒压输出调整；
6)比较太阳能电池板电压Vpv和蓄电池电压Vbat的大小，如果Vpv大于Vbat，则系统进入步骤7)边充边放状态；如果Vpv小于Vbat，则系统进入步骤5)恒压放电状态；
7)太阳能电池板的控制信号为高电平，打开充电电路；负载开关控制信号为高电平开启负载开关；升压恒压放电电路控制信号输出PWM波形，升压电路开启，进入步骤8)恒压输出调整；
8)当负载电压Vout大于设定电压值时，减小升压恒压放电电路控制信号的占空比；当负载电压Vout小于设定电压值时，增加升压恒压放电电路控制信号的占空比，保证输出电压的稳定。
优选地，所述MOS管Q1，Q2，电阻R4相互串联构成充电电路，所述驱动电路对应的太阳能电池板控制信号PV_DRV控制充电电路Q1的1脚，Q2的1脚,电阻R4为充电电流采样电阻。
优选地，所述升压恒压放电电路由电感L1，二极管D1，升压管Q4，电容C1和电容C2构成，所述电感L1的1脚与升压管Q4的3脚，二极管D1的1脚，2脚相连；二极管D1的3脚与电容C2的1脚相连，电容C1和电容C2的2脚相连，电容C1的两脚分别与蓄电池正负极相连，驱动电路的升压PWM信号PWM_DRV控制升压管Q4 的1脚。
优选地，所述直流负载的正极与电容C2的正极相连，直流负载的负极依次串联负载开关Q5、采样电阻R3后与电容C1的负极相连，驱动电路的负载开关控制信号 LED_DRV控制负载开关Q5的1脚。
优选地，在所述电容C2的两端连接有相互串联的电阻R1，R2，作为负载开关的采样电阻，采样电阻R3的1脚，电阻R2的2脚，电容C2的2脚，升压管Q4的2脚，电容C1的2脚，电阻R4的2脚相互连接在一起，且该信号为系统地。
优选地，在所述蓄电池的负极与充电电路之间设置有防反MOS管Q3，驱动电路的防反信号BAT_DRV控制防反MOS管Q3的控制脚1脚。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、采用BOOST升压电路，将单串锂电池电压3.2V/3.6V转换成负载工作所需要的的电压，减少了锂电池串联后，因内阻不一致导致电池组容量下降和烧毁的风险；
2、采用发明中的拓扑电路结构，保证控制器的安全、高效的运行
3、输出电压可设置化，可根据不同负载特性，设置不同的工作电压，适应更多的应用场合；
4、采用负载电压反馈方式，实时的调整、稳定负载的工作电压；当电池电压和负载功率变化时，能够保证负载电压的稳定；使负载安全、稳定的运行；
5、可设置控制器的运行模式，满足不同类型负载的工作要求。
本发明为低压恒压型太阳能控制器，应用系统中储能电池为大容量单串锂电池，电压为3.2V/3.6V低电压,使用时不需要进行分选，避免了因内阻不一致导致的电池烧毁的风险，且单串电池的使用成本更便宜；输出端为恒压输出，且输出电压可根据负载参数设置不同的电压值，使得控制器的使用更广泛，如太阳能杀虫灯、太阳能监控、太阳能水泵、太阳能红绿灯等应用。
附图说明
图1为传统太阳能控制器的应用架构图。
图2为本发明实施例中一种低压输入恒压输出太阳能控制器的结构图。
图3为本发明实施例中一种低压输入恒压输出太阳能控制器的逻辑控制图。
图4为本发明实施例中一种低压输入恒压输出太阳能控制器的硬件结构图。
图5为本发明实施例中一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图2所示，本实施例中的一种低压输入恒压输出太阳能控制器，由单串锂电池构成的蓄电池，太阳能电池板，低压恒压控制器和直流负载组成。
如图3所示，所述低压恒压控制器包括充电电路，升压恒压放电电路，防反电路，驱动电路，电源电路，MCU，采样电路，通讯电路和显示电路组成。
其中所述蓄电池、太阳能电池板和充电电路相互串联，太阳能电池板通过充电电路为单串锂电池充电，
同时充电电路有防逆流功能，所述防反电路连接于蓄电池和充电电路之间，保护夜间锂电池不会对太阳能电池板放电；防反电路保证锂电池正负极接反后能够保护控制器不会损坏；
所述升压恒压放电电路连接于由蓄电池两端，直流负载连接于升压恒压放电电路两端，升压放电电路产生负载所需要的恒定电压和电流；
所述电源电路接在充电电路和MCU、驱动电路之间，电源电路为MCU和驱动电路提供工作电源，电源电路由蓄电池，太阳能电池板通过充电电路共同提供输入源；
所述采样电路负责采集太阳能电池板的电压，锂电池的电压电流，负载的电压电流，由MCU对各种采样信号进行处理分析，产生各种逻辑控制和保护功能；
所述驱动电路在MCU的作用下为充电电路，升压恒压放电电路，防反电路提供合适的驱动电压和电流；
所述通讯电路为系统设置合适的工作参数；显示电路为系统提供可视的工作状态。
本实施例的硬件拓扑原理图(如图4)，电感L1，二极管D1，升压管Q4，电容 C1，电容C2构成BOOST升压恒压放电电路；MOS管Q1，Q2，电阻R4构成充电电路，同时防止蓄电池夜间对电池板反向供电，电阻R4为充电电流采样电阻；升压管Q5 为负载开关，控制负载的开启与关闭；电阻R3为负载电流采样电阻，提供负载实时电流值；电阻R1，R2为负载电压的采样电阻，实时采集负载的工作电压；驱动电路将MCU 输出的TTL电平转换成适合MOS管和继电器工作的电压和电流；
驱动电路的负载开关控制信号LED_DRV控制负载开关Q5的1脚，驱动电路的升压PWM信号PWM_DRV控制BOOST电路升压管Q4的1脚，防反信号BAT_DRV控制防反MOS管Q3的控制脚1脚，太阳能电池板控制信号PV_DRV控制充电电路Q1 的1脚，Q2的1脚；太阳能电池板的负极PV-与Q1的3脚相连，Q2的2脚与Q1的2 脚相连，Q2的3脚与电阻R4的1脚相连；太阳能电池板的正极PV+和蓄电池的正极 BAT+，蓄电池的负极BAT-与防反电路Q3的3脚相连；电感L1的2脚，电容C1的1 脚相连；电感L1的1脚与升压MOS Q4的3脚，二极管D1的1脚，D1的2脚相连；二极管D1的3脚与电容C2的1脚，电阻R1的1脚，负载正极LED+相连；电阻R1 的2脚与电阻R1的1脚相连；负载负极LED-同负载开关Q5的3脚相连；负载开关Q5 的2脚同采样电阻R3的2脚相连；采样电阻R3的1脚，电阻R2的2脚，电容C2的2 脚，升压MOS Q4的2脚，电容C1的2脚，防反MOS Q3的2脚，电阻R4的2脚相互连接在一起，且该信号为系统地。
如图5所示，本实施例一种低压输入恒压输出太阳能控制系统的控制方法如下：
1、主控MCU通过采样电路获取当前太阳能电池板的电压Vpv、蓄电池电压Vbat 和负载电压Vout；
2、读取控制器当前的运行模式，如果是运行模式是光控模式则系统进入步骤3；如果是常开模式则系统进入步骤6；运行模式可由手持设备对其更改，满足不同负载的需求；
3、比较太阳能电池板电压Vpv和蓄电池电压Vbat的大小，如果Vpv大于Vbat，则系统进入PWM充电模式(步骤4)；如果Vpv小于设定的开启电压，则系统进入恒压放电模式(步骤5)；
4、进入PWM充电模式，太阳能电池板的控制信号PV_DRV为高电平，打开Q1、 Q2；LED_DRV为低电平，关闭负载开关Q4；PWM_DRV输出低电平，关闭BOOST 升压电路；
5、进入恒压放电状态，太阳能电池板的控制信号PV_DRV为低电平，关闭充电电路Q1,Q2；LED_DRV为高电平开启负载开关Q4；PWM_DRV输出500KHZ的PWM波形，升压电路开启,进入恒压输出调整(步骤8)；
6、系统进入常开模式，比较太阳能电池板电压Vpv和蓄电池电压Vbat的大小，如果Vpv大于Vbat，则系统进入边充边放状态(步骤7)；如果Vpv小于Vbat，则系统进入恒压放电状态(步骤5)；
7、进入边充边放模式，太阳能电池板的控制信号PV_DRV为高电平，打开Q1、 Q2，开启充电电路；LED_DRV为高电平开启负载开关Q4；PWM_DRV输出50KHZ的 PWM波形，升压电路开启，进入恒压输出调整(步骤8)；
8、恒压输出调整，当负载电压Vout大于设定电压值时，减小PWM_DRV的占空比；当负载电压Vout小于设定电压值时，增加PWM_DRV的占空比，保证输出电压的稳定。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法，其特征在于：所述太阳能控制器由蓄电池，太阳能电池板，低压恒压控制器和直流负载组成；所述低压恒压控制器主要包括充电电路，升压恒压放电电路，驱动电路，电源电路，MCU和采样电路；所述采样电路负责采集太阳能电池板的电压，锂电池的电压电流，负载的电压电流，由MCU对各种采样信号进行处理分析，产生各种逻辑控制和保护功能；所述驱动电路在MCU的作用下为充电电路，升压恒压放电电路，防反电路提供合适的驱动电压和电流；
所述控制方法包括以下步骤：
1)主控MCU通过采样电路获取当前太阳能电池板的电压Vpv、蓄电池电压Vbat和负载电压Vout；
2)读取控制器当前的运行模式，如果是运行模式是光控模式则系统进入步骤3)；如果是常开模式则系统进入步骤6)；
3)比较太阳能电池板电压Vpv和蓄电池电压Vbat的大小，如果Vpv大于Vbat，则系统进入步骤4)PWM充电模式；如果Vpv小于设定的开启电压，则系统进入步骤5)恒压放电模式；
4)太阳能电池板的控制信号为高电平，打开充电电路；负载开关控制信号为低电平，关闭负载开关；升压恒压放电电路控制信号输出低电平，关闭升压电路；
5)太阳能电池板的控制信号为低电平，关闭充电电路；负载开关控制信号为高电平开启负载开关；升压恒压放电电路控制信号输出PWM波形，升压电路开启，进入步骤8)恒压输出调整；
6)比较太阳能电池板电压Vpv和蓄电池电压Vbat的大小，如果Vpv大于Vbat，则系统进入步骤7)边充边放状态；如果Vpv小于Vbat，则系统进入步骤5)恒压放电状态；
7)太阳能电池板的控制信号为高电平，打开充电电路；负载开关控制信号为高电平开启负载开关；升压恒压放电电路控制信号输出PWM波形，升压电路开启，进入步骤8)恒压输出调整；
8)当负载电压Vout大于设定电压值时，减小升压恒压放电电路控制信号的占空比；当负载电压Vout小于设定电压值时，增加升压恒压放电电路控制信号的占空比，保证输出电压的稳定。
2.根据权利要求1所述的一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法，其特征在于所述充电电路由MOS管Q1，Q2，电阻R4相互串联构成，所述驱动电路对应的太阳能电池板控制信号PV_DRV控制充电电路Q1的1脚，Q2的1脚,电阻R4为充电电流采样电阻。
3.根据权利要求1所述的一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法，其特征在于所述升压恒压放电电路由电感L1，二极管D1，升压管Q4，电容C1和电容C2构成，所述电感L1的1脚与升压管Q4的3脚，二极管D1的1脚，2脚相连；二极管D1的3脚与电容C2的1脚相连，电容C1和电容C2的2脚相连，电容C1的两脚分别与蓄电池正负极相连，驱动电路的升压PWM信号PWM_DRV控制升压管Q4的1脚。
4.根据权利要求1所述的一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法，其特征在于所述直流负载的正极与电容C2的正极相连，直流负载的负极依次串联负载开关Q5、采样电阻R3后与电容C1的负极相连，驱动电路的负载开关控制信号LED_DRV控制负载开关Q5的1脚。
5.根据权利要求4所述的一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法，其特征在于在所述电容C2的两端连接有相互串联的电阻R1，R2，作为负载开关的采样电阻，采样电阻R3的1脚，电阻R2的2脚，电容C2的2脚，升压管Q4的2脚，电容C1的2脚，电阻R4的2脚相互连接在一起，且该信号为系统地。
6.根据权利要求1所述的一种低压输入恒压输出太阳能控制器的控制方法，其特征在于在所述蓄电池的负极与充电电路之间设置有防反MOS管Q3，驱动电路的防反信号BAT_DRV控制防反MOS管Q3的控制脚1脚。
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