CN112910221B - 一种适用于电致变色玻璃的双余度隐藏式电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于电致变色玻璃的双余度隐藏式电源系统，包括光伏模块，市电模块，电池，MCU能量管理模块和逆变模块。所述MCU能量管理模块与光伏模块、市电模块、逆变模块，市电分别相连。所述光伏模块采用最大功率追踪点MPPT技术；市电模块的功能为交流转换为直流AC/DC，采用电压电流双闭环控制；MCU能量管理模块控制光伏模块和市电模块的通断以及电池的充放电。当光伏板输出电压大于所设阈值电压τ1时，光伏供电，市电断开，电池只充电；当光伏板输出电压小于τ1且电池输出为额定电压时，光伏和市电均断开，电池供电；当光伏板输出电压小于τ1且电池输出电压小于额定值时，光伏断开，市电供电，电池只充电。所述电源系统能保持输出稳定，最大限度节约能源，降低损耗，且可置于窗框内，提高空间利用率。

Description

一种适用于电致变色玻璃的双余度隐藏式电源系统
技术领域：
本发明属于电致变色玻璃电源技术领域，尤其涉及一种电致变色玻璃的双余度隐藏式电源系统。
背景技术：
伴随着现代社会的发展，由于高层建筑规模日益庞大，建筑受光面积不断上升，我国的建筑能耗也在不断增加，这使得社会对建筑透光、受光面积以及能源利用率有了更高的标准。而电致变色玻璃的出现使得这一问题有了改善的可能性。电致变色玻璃膜是一种新型玻璃夹层材料，能够通过改变电致变色玻璃膜的输入电压，对其透光率进行调节。相比于普通玻璃，其独特的性质使其更适合应用建筑门窗，对门窗透光进行调节，从而在夏季减少透光率，反射阳光，降低室内温度，减少制冷能耗。
目前的电致变玻璃主要使用市电供电，在此情况下，需要不间断的通电才能保持其正常工作。而且此种供电形式未考虑使用照射到玻璃上的太阳光能量，能源利用率低。目前太阳能光伏板的光电利用率很低，并且外界的光照强度和环境温度都会影响到其输出功率；光伏电池输出的电能质量受气候周期性变化的制约，昼夜、季节变化等因素对其影响较大。为了更加有效地利用太阳能这种清洁能源，拥有最大功率点追踪(Maximum PowerPoint Tracking，MPPT)功能的控制电路常被应用在光伏板与负载之间，以增大光伏利用率。但是此方法不能完全保证系统的持续运行，如何在保证为电致变玻璃实时供电的基础上，最大程度地利用太阳能，目前实际工业对此方面的研究较少。
目前的电质变玻璃电源较大故只能放置在窗框外，极其占用外部空间，增加外部走线复杂度，且控制器放置在外部极易导致损坏。另外电致变色玻璃也常用于高档轿车和别墅，这对其电源的可隐藏性、便携性和美观性提出了高需求。
综上所述，现有的文献和专利在电致变窗户的供电电源方面，采用的能源输入形式往往较为单一且电源尺寸较为庞大。
发明内容
本发明公开了一种基于市电-锂电池-太阳能双余度供电的隐藏式电致变色玻璃电源系统，主要解决了目前电致变色玻璃电源系统供电来源单一，电源装置体积过大需要置于窗框外部的局限性。具体地，本发明的目的在于改善以下几个方面：现有的配套电致变色玻璃电源系统的主控芯片价格较高导致电源系统昂贵；使用纯市电供电的电致变色玻璃电源系统耗能较大，不能充分利用照射到玻璃上的太阳光能量；现有的配套电致变色玻璃电源系统尺寸过大，无法安装进窗框，空间利用率低，便携性差；电池随着循环使用次数的增加容量不断下降，对电池的不合理充放电会缩短其使用寿命。
本发明为解决以上技术问题所采取的技术方案是：所述的多余度供电的隐藏式电致变色玻璃电源系统，包括光伏模块，电池，市电模块，MCU能量管理模块和逆变模块。所述MCU能量管理模块分别与所述光伏模块，所述电池，所述市电模块和所述逆变模块连接。所述光伏模块采用最大功率点跟踪技术；所述市电模块的功能为AC/DC，对输出电压电流进行双闭环控制；所述MCU能量管理模块用于控制所述光伏模块和所述市电模块的开断以及所述电池的充放电。
进一步地，所述市电模块电路包括芯片U6、芯片U7，光电耦合器U9，保险丝F1，开关管Q1、开关管Q7，电阻R3、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R28、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R100、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104，电容C3、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23，二极管D5、二极管D6、二极管组D7、二极管D9、二极管D10，三极管V1，三极管V2、三极管V3、三极管V4，变压器T1；所述芯片U6第一端与电阻R34第二端、电容C20第一端相连，所述芯片U6第二端与电阻R31第二端相连并接地，所述芯片U6第三端与光电耦合器U9第二端、电阻R38第一端相连，电容C20第二端与电阻R38第二端相连，电阻R34第一端与电阻R31第一端相连，电阻R34第三端与电阻R37第一端相连，电阻R37第二端与电阻R41第二端、电阻R21第一端、电容C15第一端、电容C14第一端、电容C13第一端、电容C12第二端、二极管D6第二端、二极管D9第一端相连，二极管D6第一端与二极管D6第三端、变压器T1第九端相连，变压器T1第七端与电容C17第二端、电容C13第二端、电容C14第二端、电容C15第二端、电阻R21第二端相连并接地，光电耦合器U9第一端与电阻R41第一端相连，光电耦合器U9第三端接地，光电耦合器U9第四端与电阻R42第一端、芯片U7的CMPEN端相连，芯片U7的VREF端与电阻R42第二端、电容C23第一端、电阻R40第二端相连，芯片U7的VFB端与芯片U7的GND端、电容C22第二端、电容C23第二端相连并接地，芯片U7的VCC端与电阻R20第二端、电阻R28第一端、电容C16第一端相连，芯片U7的ISEN端与电阻R35第一端、电容C21第一端相连，芯片U7的OUT端与电阻R32第二端相连，芯片U7的RT/CT端与电阻R40第一端、电容C22第一端相连，电容C21第二端与电阻R39第二端、电容C17第一端相连并接地，电阻R35第二端与电阻R39第一端、电阻R33第二端、开关管Q7第三端相连，电阻R32第一端与电阻R33第一端、开关管Q7第一端相连，开关管Q7第二端与二极管D5第一端、变压器T1第三端相连，变压器T1第一端与电阻R18第一端、电容C10第一端、电阻R20第一端、电容C11第一端、二极管组D7第四端相连，二极管D5第二端与电阻R18第二端、电容C10第二端相连，变压器T1第五端与电容C16第二端相连并接地，变压器T1第六端与二极管D10第一端相连，二极管D10第二端与电阻R28第二端相连，二极管组D7第一端接地，二极管组D7第二端与F1第一端相连，二极管组D7第三端与开关管Q1第三端相连，F1第二端和开关管Q1第二端接市电接口的两端，开关管Q1第一端与电阻R3第二端相连，电阻R3第一端与三极管V3第二端、三极管V4第二端相连，三极管V4第一端与三极管V3第一端、电容C3第一端、电阻R104第二端相连，三极管V4第三端与电容C3第二端、三极管V2第二端、三极管V1第二端，电阻R101第二端相连并接地，三极管V3第三端与电阻R102第一端、电阻R103第一端相连，三极管V2第三端与电阻R104第一端、电阻R103第二端相连，三极管V1第三端与电阻R102第二端、三极管V2第一端相连，三极管V1第一端与电阻R101第一端、电阻R100第二端相连，二极管D9第二端与直流母线相连。
进一步地，所述光伏模块包括最大功率跟踪板M1；所述最大功率跟踪板M1第一端与光伏板的正极相连，所述最大功率跟踪板M1第二端与光伏板的负极相连并接地，所述最大功率跟踪板M1第三端与直流母线相连，所述最大功率跟踪板M1第四端接地。
进一步地，所述MCU能量管理模块包括芯片U1、芯片U2、芯片U3，芯片U33、芯片U34，电阻R1、电阻R2、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108、电阻R109、电阻R110，电容C1、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C100、电容C101、电容C102、电容C103、电容C104、电容C105、电容C106、电容C107，晶振X1，开关管Q2，三极管V5、三极管V6、三极管V7、三极管V8；芯片U33的Vin端与电容C101第一端、电容C100第一端相连并连接到直流母线上，芯片U33的GND端与电容C100第二端、电容C101第二端、电容C102第二端、电容C103第二端相连并接地，芯片U33的+12V端与电容C102第一端、电容C103第一端、电阻R107第一端、市电模块中电阻R102第一端、逆变模块中芯片U4的VCC端、逆变模块中芯片U5的VCC端相连；芯片U34的Vin端与电容C104第一端、电容C105第一端相连并连接到直流母线上，芯片U34的GND端与电容C104第二端、电容C105第二端、电容C106第二端、电容C107第二端相连并接地，芯片U34的+5V端与电容C106第一端、电容C107第一端、芯片U1的VCC(VREF)端、开关管Q2第二端、芯片U3的VCC端相连，芯片U1的CS#端与芯片U3的P1.2端相连，芯片U1的CH0端与电阻R1第二端、电阻R2第一端、电容C1第一端相连，芯片U1的CLK端与芯片U3的P1.3端相连，芯片U1的DO端与芯片U1的DI端、芯片U3的P1.4端相连，芯片U1的GND端与电阻R2第二端、电容C1第二端相连并接地，电阻R1第一端与光伏板正极相连，芯片U2的CS#端与芯片U3的P3.2端相连，芯片U2的VCC(VREF)端与开关管Q2的第三端相连，芯片U2的CH0端与电阻R43第二端、电阻R44第一端、电容C5第二端相连，芯片U2的CLK端与芯片U3的P3.3端相连，芯片U2的DO端与U2的DI端、芯片U3的P3.4端相连，芯片U2的GND端与电阻R43第一端、电容C5第一端相连并接地，电阻R44第二端与直流母线相连，开关管Q2的第一端与电阻R110第二端相连，电阻R110第一端与三极管V7第二端、三极管V8第二端相连，三极管V7第一端与三极管V8第一端、电容C4第一端、电阻R109第二端相连，三极管V8第三端与电容C4第二端、三极管V5第二端、三极管V6第二端，电阻R106第二端相连并接地，三极管V7第三端与电阻R107第一端、电阻R108第一端相连，三极管V6第三端与电阻R109第一端、电阻R108第二端相连，三极管V5第三端与电阻R107第二端、三极管V6第一端相连，三极管V5第一端与电阻R106第一端、电阻R105第二端相连，芯片U3的VCC端与电容C6第一端相连，芯片U3的RET端与电容C6第二端、电阻R45第一端相连，芯片U3的GND端与电容C7第一端、电容C8第一端、电阻R45第二端相连并接地，芯片U3的XTAL1端与晶振X1第二端，电容C8第二端相连，芯片U3的XTAL2端与晶振X1的第一端、电容C7第二端相连，芯片U3的P2.2端与电阻R105第一端相连，芯片U3的P2.0端与市电模块的电阻R100第一端相连。
进一步地，所述逆变模块电路包括芯片U4、芯片U5，开关管Q10、开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13，电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55、电阻R56、电阻R57，电容C9、电容C50、电容C51、电容C52，二极管D1、二极管D2；芯片U4的VCC端与芯片U4的SD#端、电容C9第一端、二极管D1第一端相连，芯片U4的IN端与芯片U3的P0.5(AD5)端相连，芯片U4的COM端与电容C9第二端相连并接地，芯片U4的VB端与电容C51第一端、二极管D1第二端相连，芯片U4的HO端与电阻R50第一端相连，芯片U4的VS端与电容C51第二端、电阻R54第二端、开关管Q10第三端、开关管Q11第二端相连，芯片U4的L0端与电阻R51第一端相连，电阻R50第二端与电阻R54第一端、开关管Q10第一端相连，电阻R51第二端与开关管Q11第一端，电阻R55第一端相连，电阻R55第二端与开关管Q11第三端相连并接地，芯片U5的VCC端与芯片U5的SD#端、电容C103第一端、电容C50第一端、二极管D2第一端相连，芯片U5的IN端与芯片U3的P0.6(AD6)端相连，芯片U5的COM端与电容C50第二端相连并接地，芯片U5的VB端与电容C52第一端、二极管D2第二端相连，芯片U5的HO端与电阻R52第一端相连，芯片U5的VS端与电容C52第二端、开关管Q12第三端、开关管Q13第二端、电阻R56第二端相连，芯片U5的L0端与电阻R53第一端相连；电阻R52第二端与电阻R56第一端、开关管Q12第二端相连，电阻R53第二端与电阻R57第一端、开关管Q13第一端相连，电阻R57第二端与开关管Q13第三端相连并接地；开关管Q10第二端与开关管Q12第二端相连并连接到直流母线上；开关管Q10第三端和开关管Q12第三端分别接输出的两端。
进一步地，所述电池为锂电池；所述电池的正极与直流母线相连，所述电池的负极接地。
进一步地，所述芯片U1的型号为ADC0832，所述芯片U2的型号为ADC0832，所述芯片U3的型号为STC89C52，所述芯片U4的型号为IR2104，所述芯片U5的型号为IR2104，所述芯片U6的型号为TL431，所述芯片U7的型号为UC3843，所述变压器T1的型号为EE10，所述变压器T1的一次侧，所述变压器T1的二次侧，所述变压器T1的复边绕组匝数比为72∶8∶10。
进一步地，电路板尺寸高12mm，宽36mm，长352mm，配套电池尺寸宽18mm，高18mm，长780mm，容量5880mAh；单晶硅光伏板，宽度80mm，长度700mm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：该电源系统实现了太阳能-锂电池-市电的多余度供电模式，在保证后端电压的稳定输出的基础上，最大限度利用太阳能；电路板、配套电池、单晶硅光伏板尺寸小，可灵活布局，并且系统集成度高，最大限度利用空间，避免复杂的外部走线；采用52单片机开发蓄电池充放电控制器，充分利用主控芯片的资源，用低成本控制芯片实现所有功能，降低了系统生产成本；通过控制开关管导通与否，实现供电形式的无弧切换，提升能量切换效率，提高电路的安全性和可靠性。
上述说明，仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述说明和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，特举较佳实施例，详细说明如下。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为电致变色玻璃-电源系统结构示意图；
图2为电源系统的电路连接框图；
图3为电源系统电路原理图；
图4为电源系统的PCB图；
图5为电源系统的程序流程图；
图1中，1-窗框，2-电池，3-太阳能光伏板，4-电源系统PCB板示意图，5-电源系统简化电路连接框图。
图2中，1-市电，2-开关，3-AC/DC模块，4-充电保护模块，5-逆变电路模块，6一负载，7一太阳能光伏板，8-最大功率点跟踪模块，9-1#采样芯片，10-电池，11-5V稳压芯片，12-MCU，13-开关，14-2#采样芯片，15-直流母线。
图3中，1-市电模块电路，2-MCU能量管理模块电路，3-光伏模块电路，4-逆变模块电路，5-电池。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图3所示，一种适用于电致变色玻璃的多余度隐藏式电源系统，包括光伏模块3，市电模块1，MCU能量管理模块2、逆变模块4和电池5组成。所述MCU能量管理模块2分别与所述光伏模块3，电池5，市电模块1和逆变模块4连接。所述光伏模块3采用最大功率点跟踪技术；所述市电模块1的功能为AC/DC，对输出电压电流进行双闭环控制；所述MCU能量管理模块2用于控制所述光伏模块3及市电模块1的开断和所述电池5的充放电。当光伏板输出电压大于所设电压阈值τ1时，光伏模块3导通，市电模块1断开，电池5只充电；当光伏模块3输出电压小于所设阈值电压τ1且电池5输出为额定电压时，光伏模块3和市电模块1均断开，电池5供电；当光伏模块3输出电压小于所设阈值电压τ1且电池5输出电压小于额定值时，光伏模块3断开，市电模块1供电，电池5只充电。所述电源系统能保持输出稳定，最大限度节约能源，降低损耗，且可置于窗框内，提高空间利用率。
具体地，如图3所示，所述市电模块电路包括芯片U6、芯片U7，光电耦合器U9，保险丝F1，开关管Q1、开关管Q7，电阻R3、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R28、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R100、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104，电容C3、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23，二极管D5、二极管D6、二极管组D7、二极管D9、二极管D10，三极管V1，三极管V2、三极管V3、三极管V4，变压器T1；所述芯片U6第一端与电阻R34第二端、电容C20第一端相连，所述芯片U6第二端与电阻R31第二端相连并接地，所述芯片U6第三端与光电耦合器U9第二端、电阻R38第一端相连，电容C20第二端与电阻R38第二端相连，电阻R34第一端与电阻R31第一端相连，电阻R34第三端与电阻R37第一端相连，电阻R37第二端与电阻R41第二端、电阻R21第一端、电容C15第一端、电容C14第一端、电容C13第一端、电容C12第二端、二极管D6第二端、二极管D9第一端相连，二极管D6第一端与二极管D6第三端、变压器T1第九端相连，变压器T1第七端与电容C17第二端、电容C13第二端、电容C14第二端、电容C15第二端、电阻R21第二端相连并接地，光电耦合器U9第一端与电阻R41第一端相连，光电耦合器U9第三端接地，光电耦合器U9第四端与电阻R42第一端、芯片U7的CMPEN端相连，芯片U7的VREF端与电阻R42第二端、电容C23第一端、电阻R40第二端相连，芯片U7的VFB端与芯片U7的GND端、电容C22第二端、电容C23第二端相连并接地，芯片U7的VCC端与电阻R20第二端、电阻R28第一端、电容C16第一端相连，芯片U7的ISEN端与电阻R35第一端、电容C21第一端相连，芯片U7的OUT端与电阻R32第二端相连，芯片U7的RT/CT端与电阻R40第一端、电容C22第一端相连，电容C21第二端与电阻R39第二端、电容C17第一端相连并接地，电阻R35第二端与电阻R39第一端、电阻R33第二端、开关管Q7第三端相连，电阻R32第一端与电阻R33第一端、开关管Q7第一端相连，开关管Q7第二端与二极管D5第一端、变压器T1第三端相连，变压器T1第一端与电阻R18第一端、电容G10第一端、电阻R20第一端、电容C11第一端、二极管组D7第四端相连，二极管D5第二端与电阻R18第二端、电容C10第二端相连，变压器T1第五端与电容C16第二端相连并接地，变压器T1第六端与二极管D10第一端相连，二极管D10第二端与电阻R28第二端相连，二极管组D7第一端接地，二极管组D7第二端与F1第一端相连，二极管组D7第三端与开关管Q1第三端相连，F1第二端和开关管Q1第二端接市电接口的两端，开关管Q1第一端与电阻R3第二端相连，电阻R3第一端与三极管V3第二端、三极管V4第二端相连，三极管V4第一端与三极管V3第一端、电容C3第一端、电阻R104第二端相连，三极管V4第三端与电容C3第二端、三极管V2第二端、三极管V1第二端，电阻R101第二端相连并接地，三极管V3第三端与电阻R102第一端、电阻R103第一端相连，三极管V2第三端与电阻R104第一端、电阻R103第二端相连，三极管V1第三端与电阻R102第二端、三极管V2第一端相连，三极管V1第一端与电阻R101第一端、电阻R100第二端相连，二极管D9第二端与直流母线相连。
具体地，如图3所示，所述光伏模块包括最大功率跟踪板M1；所述最大功率跟踪板M1第一端与光伏板的正极相连，所述最大功率跟踪板M1第二端与光伏板的负极相连并接地，所述最大功率跟踪板M1第三端与直流母线相连，所述最大功率跟踪板M1第四端接地。
具体地，如图3所示，所述MCU能量管理模块包括芯片U1、芯片U2、芯片U3，芯片U33、芯片U34，电阻R1、电阻R2、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108、电阻R109、电阻R110，电容C1、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C100、电容G101、电容C102、电容C103、电容C104、电容C105、电容C106、电容C107，晶振X1，开关管Q2，三极管V5、三极管V6、三极管V7、三极管V8；芯片U33的Vin端与电容C101第一端、电容C100第一端相连并连接到直流母线上，芯片U33的GND端与电容C100第二端、电容C101第二端、电容C102第二端、电容C103第二端相连并接地，芯片U33的+12V端与电容C102第一端、电容C103第一端、电阻R107第一端、市电模块中电阻R102第一端、逆变模块中芯片U4的VCC端、逆变模块中芯片U5的VCC端相连；芯片U34的Vin端与电容C104第一端、电容C105第一端相连并连接到直流母线上，芯片U34的GND端与电容C104第二端、电容C105第二端、电容C106第二端、电容C107第二端相连并接地，芯片U34的+5V端与电容C106第一端、电容C107第一端、芯片U1的VCC(VREF)端、开关管Q2第二端、芯片U3的VCC端相连，芯片U1的CS#端与芯片U3的P1.2端相连，芯片U1的CH0端与电阻R1第二端、电阻R2第一端、电容C1第一端相连，芯片U1的CLK端与芯片U3的P1.3端相连，芯片U1的DO端与芯片U1的DI端、芯片U3的P1.4端相连，芯片U1的GND端与电阻R2第二端、电容C1第二端相连并接地，电阻R1第一端与光伏板正极相连，芯片U2的CS#端与芯片U3的P3.2端相连，芯片U2的VCC(VREF)端与开关管Q2的第三端相连，芯片U2的CH0端与电阻R43第二端、电阻R44第一端、电容C5第二端相连，芯片U2的CLK端与芯片U3的P3.3端相连，芯片U2的DO端与U2的DI端、芯片U3的P3.4端相连，芯片U2的GND端与电阻R43第一端、电容C5第一端相连并接地，电阻R44第二端与直流母线相连，开关管Q2的第一端与电阻R110第二端相连，电阻R110第一端与三极管V7第二端、三极管V8第二端相连，三极管V7第一端与三极管V8第一端、电容C4第一端、电阻R109第二端相连，三极管V8第三端与电容C4第二端、三极管V5第二端、三极管V6第二端，电阻R106第二端相连并接地，三极管V7第三端与电阻R107第一端、电阻R108第一端相连，三极管V6第三端与电阻R109第一端、电阻R108第二端相连，三极管V5第三端与电阻R107第二端、三极管V6第一端相连，三极管V5第一端与电阻R106第一端、电阻R105第二端相连，芯片U3的VCC端与电容C6第一端相连，芯片U3的RET端与电容C6第二端、电阻R45第一端相连，芯片U3的GND端与电容C7第一端、电容C8第一端、电阻R45第二端相连并接地，芯片U3的XTAL1端与晶振X1第二端，电容C8第二端相连，芯片U3的XTAL2端与晶振X1的第一端、电容C7第二端相连，芯片U3的P2.2端与电阻R105第一端相连，芯片U3的P2.0端与市电模块的电阻R100第一端相连。
具体地，如图3所示，所述逆变模块电路包括芯片U4、芯片U5，开关管Q10、开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13，电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55、电阻R56、电阻R57，电容C9、电容C50、电容C51、电容C52，二极管D1、二极管D2；芯片U4的VCC端与芯片U4的SD#端、电容C9第一端、二极管D1第一端相连，芯片U4的IN端与芯片U3的P0.5(AD5)端相连，芯片U4的COM端与电容C9第二端相连并接地，芯片U4的VB端与电容C51第一端、二极管D1第二端相连，芯片U4的HO端与电阻R50第一端相连，芯片U4的VS端与电容C51第二端、电阻R54第二端、开关管Q10第三端、开关管Q11第二端相连，芯片U4的L0端与电阻R51第一端相连，电阻R50第二端与电阻R54第一端、开关管Q10第一端相连，电阻R51第二端与开关管Q11第一端，电阻R55第一端相连，电阻R55第二端与开关管Q11第三端相连并接地，芯片U5的VCC端与芯片U5的SD#端、电容C103第一端、电容C50第一端、二极管D2第一端相连，芯片U5的IN端与芯片U3的P0.6(AD6)端相连，芯片U5的COM端与电容C50第二端相连并接地，芯片U5的VB端与电容C52第一端、二极管D2第二端相连，芯片U5的HO端与电阻R52第一端相连，芯片U5的VS端与电容C52第二端、开关管Q12第三端、开关管Q13第二端、电阻R56第二端相连，芯片U5的L0端与电阻R53第一端相连；电阻R52第二端与电阻R56第一端、开关管Q12第二端相连，电阻R53第二端与电阻R57第一端、开关管Q13第一端相连，电阻R57第二端与开关管Q13第三端相连并接地；开关管Q10第二端与开关管Q12第二端相连并连接到直流母线上；开关管Q10第三端和开关管Q12第三端分别接输出的两端。
具体地，如图3所示，所述电池为锂电池；所述电池的正极与直流母线相连，所述电池的负极接地。
具体地，如图3所示，所述芯片U1的型号为ADC0832，所述芯片U2的型号为ADC0832，所述芯片U3的型号为STC89C52，所述芯片U4的型号为IR2104，所述芯片U5的型号为IR2104，所述芯片U6的型号为TL431，所述芯片U7的型号为UC3843，所述变压器T1的型号为EE10，所述变压器T1的一次侧，所述变压器T1的二次侧，所述变压器T1的复边绕组匝数比为72∶8∶10。
具体地，如图3所示，电路板尺寸高12mm，宽36mm，长352mm，配套电池尺寸宽18mm，高18mm，长780mm，容量5880mAh；单晶硅光伏板，宽度80mm，长度700mm。
具体地，如图4所示，设计PCB板长352mm，宽36mm，可以置于窗框内。
具体地，如图5所示，系统运行步骤如下：
步骤一，芯片U1实时监测光伏板输出电压，芯片U3的P2.2端输出高电平，Q2导通，U2实时监测直流母线电压。
步骤二，判断光伏板输出电压和直流母线电压大小，若光伏板输出电压高于设定阈值电压τ1，进行步骤三；若光伏板输出电压低于设定阈值电压，直流母线电压高于设定阈值电压τ2，返回步骤一，否则进行步骤四。
步骤三，芯片U3的P2.2端输出低电平，Q2关闭，U2停止监测母线电压。
步骤四，芯片U3的P2.0端输出高电平，Q1导通，市电模块供电；芯片U3的P2.2端输出低电平，Q2关闭，U2停止监测直流母线电压。芯片U1实时监测光伏板输出电压，若光伏板输出电压高于设定阈值电压τ1，进行步骤五。
步骤五，芯片U3的P2.0端输出低电平，Q1关闭，返回步骤一。
本发明的优点在于：电源系统实现了太阳能-锂电池-市电的多余度供电模式，在保证后端电压的稳定输出的基础上，采用最大功率追踪点技术，最大限度利用太阳能；电路板、配套电池、单晶硅光伏板尺寸小，可灵活布局，并且系统集成度高，最大限度利用空间，避免复杂的外部走线；采用52单片机开发蓄电池充放电控制器，充分利用主控芯片的资源，用低成本控制芯片实现所有功能，降低了系统生产成本；通过控制开关管导通与否，实现供电形式的无弧切换，提升能量切换效率，提高电路的安全性和可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种适用于电致变色玻璃的双余度隐藏式电源系统，其特征在于，包括光伏模块，电池，市电模块，MCU能量管理模块和逆变模块；所述MCU能量管理模块分别与所述光伏模块，所述电池，所述市电模块和所述逆变模块连接，所述光伏模块采用最大功率点跟踪MPPT技术；所述市电模块的功能为将交流电转换直流电AC/DC，对输出电压电流进行双闭环控制；所述MCU能量管理模块用于控制所述光伏模块和所述市电模块的开断以及所述电池的充放电；
所述市电模块电路包括芯片U6、芯片U7，光电耦合器U9，保险丝F1，开关管Q1、开关管Q7，电阻R3、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R28、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R100、电阻R101、电阻R102、电阻R103、电阻R104，电容C3、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23，二极管D5、二极管D6、二极管组D7、二极管D9、二极管D10，三极管V1，三极管V2、三极管V3、三极管V4，变压器T1；所述芯片U6第一端与电阻R34第二端、电容C20第一端相连，所述芯片U6第二端与电阻R31第二端相连并接地，所述芯片U6第三端与光电耦合器U9第二端、电阻R38第一端相连，电容C20第二端与电阻R38第二端相连，电阻R34第一端与电阻R31第一端相连，电阻R34第三端与电阻R37第一端相连，电阻R37第二端与电阻R41第二端、电阻R21第一端、电容C15第一端、电容C14第一端、电容C13第一端、电容C12第二端、二极管D6第二端、二极管D9第一端相连，二极管D6第一端与二极管D6第三端、变压器T1第九端相连，变压器T1第七端与电容C17第二端、电容C13第二端、电容C14第二端、电容C15第二端、电阻R21第二端相连并接地，光电耦合器U9第一端与电阻R41第一端相连，光电耦合器U9第三端接地，光电耦合器U9第四端与电阻R42第一端、芯片U7的CMPEN端相连，芯片U7的VREF端与电阻R42第二端、电容C23第一端、电阻R40第二端相连，芯片U7的VFB端与芯片U7的GND端、电容C22第二端、电容C23第二端相连并接地，芯片U7的VCC端与电阻R20第二端、电阻R28第一端、电容C16第一端相连，芯片U7的ISEN端与电阻R35第一端、电容C21第一端相连，芯片U7的OUT端与电阻R32第二端相连，芯片U7的RT/CT端与电阻R40第一端、电容C22第一端相连，电容C21第二端与电阻R39第二端、电容C17第一端相连并接地，电阻R35第二端与电阻R39第一端、电阻R33第二端、开关管Q7第三端相连，电阻R32第一端与电阻R33第一端、开关管Q7第一端相连，开关管Q7第二端与二极管D5第一端、变压器T1第三端相连，变压器T1第一端与电阻R18第一端、电容C10第一端、电阻R20第一端、电容C11第一端、二极管组D7第四端相连，二极管D5第二端与电阻R18第二端、电容C10第二端相连，变压器T1第五端与电容C16第二端相连并接地，变压器T1第六端与二极管D10第一端相连，二极管D10第二端与电阻R28第二端相连，二极管组D7第一端接地，二极管组D7第二端与F1第一端相连，二极管组D7第三端与开关管Q1第三端相连，F1第二端和开关管Q1第二端接市电接口的两端，开关管Q1第一端与电阻R3第二端相连，电阻R3第一端与三极管V3第二端、三极管V4第二端相连，三极管V4第一端与三极管V3第一端、电容C3第一端、电阻R104第二端相连，三极管V4第三端与电容C3第二端、三极管V2第二端、三极管V1第二端，电阻R101第二端相连并接地，三极管V3第三端与电阻R102第一端、电阻R103第一端相连，三极管V2第三端与电阻R104第一端、电阻R103第二端相连，三极管V1第三端与电阻R102第二端、三极管V2第一端相连，三极管V1第一端与电阻R101第一端、电阻R100第二端相连，二极管D9第二端与直流母线相连。
2.根据权利要求1所述的一种适用于电致变色玻璃的双余度隐藏式电源系统，其特征在于，所述光伏模块包括最大功率跟踪板M1；所述最大功率跟踪板M1第一端与光伏板的正极相连，所述最大功率跟踪板M1第二端与光伏板的负极相连并接地，所述最大功率跟踪板M1第三端与直流母线相连，所述最大功率跟踪板M1第四端接地。
3.根据权利要求2所述的一种适用于电致变色玻璃的双余度隐藏式电源系统，其特征在于，所述MCU能量管理模块包括芯片U1、芯片U2、芯片U3，芯片U33、芯片U34，电阻R1、电阻R2、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻R108、电阻R109、电阻R110，电容C1、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C100、电容C101、电容C102、电容C103、电容C104、电容C105、电容C106、电容C107，晶振X1，开关管Q2，三极管V5、三极管V6、三极管V7、三极管V8；芯片U33的Vin端与电容C101第一端、电容C100第一端相连并连接到直流母线上，芯片U33的GND端与电容C100第二端、电容C101第二端、电容C102第二端、电容C103第二端相连并接地，芯片U33的+12V端与电容C102第一端、电容C103第一端、电阻R107第一端、市电模块中电阻R102第一端、逆变模块中芯片U4的VCC端、逆变模块中芯片U5的VCC端相连；芯片U34的Vin端与电容C104第一端、电容C105第一端相连并连接到直流母线上，芯片U34的GND端与电容C104第二端、电容C105第二端、电容C106第二端、电容C107第二端相连并接地，芯片U34的+5V端与电容C106第一端、电容C107第一端、芯片U1的VCC(VREF)端、开关管Q2第二端、芯片U3的VCC端相连，芯片U1的CS#端与芯片U3的P1.2端相连，芯片U1的CH0端与电阻R1第二端、电阻R2第一端、电容C1第一端相连，芯片U1的CLK端与芯片U3的P1.3端相连，芯片U1的DO端与芯片U1的DI端、芯片U3的P1.4端相连，芯片U1的GND端与电阻R2第二端、电容C1第二端相连并接地，电阻R1第一端与光伏板正极相连，芯片U2的CS#端与芯片U3的P3.2端相连，芯片U2的VCC(VREF)端与开关管Q2的第三端相连，芯片U2的CH0端与电阻R43第二端、电阻R44第一端、电容C5第二端相连，芯片U2的CLK端与芯片U3的P3.3端相连，芯片U2的DO端与U2的DI端、芯片U3的P3.4端相连，芯片U2的GND端与电阻R43第一端、电容C5第一端相连并接地，电阻R44第二端与直流母线相连，开关管Q2的第一端与电阻R110第二端相连，电阻R110第一端与三极管V7第二端、三极管V8第二端相连，三极管V7第一端与三极管V8第一端、电容C4第一端、电阻R109第二端相连，三极管V8第三端与电容C4第二端、三极管V5第二端、三极管V6第二端，电阻R106第二端相连并接地，三极管V7第三端与电阻R107第一端、电阻R108第一端相连，三极管V6第三端与电阻R109第一端、电阻R108第二端相连，三极管V5第三端与电阻R107第二端、三极管V6第一端相连，三极管V5第一端与电阻R106第一端、电阻R105第二端相连，芯片U3的VCC端与电容C6第一端相连，芯片U3的RET端与电容C6第二端、电阻R45第一端相连，芯片U3的GND端与电容C7第一端、电容C8第一端、电阻R45第二端相连并接地，芯片U3的XTAL1端与晶振X1第二端，电容C8第二端相连，芯片U3的XTAL2端与晶振X1的第一端、电容C7第二端相连，芯片U3的P2.2端与电阻R105第一端相连，芯片U3的P2.0端与市电模块的电阻R100第一端相连。
4.根据权利要求3所述的一种适用于电致变色玻璃的双余度隐藏式电源系统，其特征在于，所述逆变模块电路包括芯片U4、芯片U5，开关管Q10、开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13，电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55、电阻R56、电阻R57，电容C9、电容C50、电容C51、电容C52，二极管D1、二极管D2；芯片U4的VCC端与芯片U4的SD#端、电容C9第一端、二极管D1第一端相连，芯片U4的IN端与芯片U3的P0.5(AD5)端相连，芯片U4的COM端与电容C9第二端相连并接地，芯片U4的VB端与电容C51第一端、二极管D1第二端相连，芯片U4的HO端与电阻R50第一端相连，芯片U4的VS端与电容C51第二端、电阻R54第二端、开关管Q10第三端、开关管Q11第二端相连，芯片U4的LO端与电阻R51第一端相连，电阻R50第二端与电阻R54第一端、开关管Q10第一端相连，电阻R51第二端与开关管Q11第一端，电阻R55第一端相连，电阻R55第二端与开关管Q11第三端相连并接地，芯片U5的VCC端与芯片U5的SD#端、电容C103第一端、电容C50第一端、二极管D2第一端相连，芯片U5的IN端与芯片U3的P0.6(AD6)端相连，芯片U5的COM端与电容C50第二端相连并接地，芯片U5的VB端与电容C52第一端、二极管D2第二端相连，芯片U5的HO端与电阻R52第一端相连，芯片U5的VS端与电容C52第二端、开关管Q12第三端、开关管Q13第二端、电阻R56第二端相连，芯片U5的LO端与电阻R53第一端相连；电阻R52第二端与电阻R56第一端、开关管Q12第二端相连，电阻R53第二端与电阻R57第一端、开关管Q13第一端相连，电阻R57第二端与开关管Q13第三端相连并接地；开关管Q10第二端与开关管Q12第二端相连并连接到直流母线上；开关管Q10第三端和开关管Q12第三端分别接输出的两端。
5.根据权利要求4所述的一种适用于电致变色玻璃的双余度隐藏式电源系统，其特征在于，所述电池为锂电池；所述电池的正极与直流母线相连，所述电池的负极接地。
6.根据权利要求3所述的一种适用于电致变色玻璃的双余度隐藏式电源系统，其特征在于，所述芯片U1的型号为ADC0832，所述芯片U2的型号为ADC0832，所述芯片U3的型号为STC89C52，所述芯片U4的型号为IR2104，所述芯片U5的型号为IR2104，所述芯片U6的型号为TL431，所述芯片U7的型号为UC3843，所述变压器T1的型号为EE10，所述变压器T1的一次侧，所述变压器T1的二次侧，所述变压器T1的复边绕组匝数比为72:8:10。
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