CN117526543A - 一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，包括太阳能电池板、电池、电源切换电路及过放保护电路，太阳能电池板和电池均与电源切换电路连接，电源切换电路输出端与过放保护电路输入端连接，过放保护电路输出端用于连接用电负载。过放保护电路设有线路导通电压阈值和线路关断电压阈值，当其输入电压大于或等于线路导通电压阈值时控制电源切换电路与用电负载之间线路导通，当其输入电压小于或等于线路关断电压阈值时控制电源切换电路与用电负载之间线路关断；线路导通电压阈值大于线路关断电压阈值。本发明应用时能在太阳能电池板和电池电能不足时切断供电线路，进而保护电池和用电负载。

Description

一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统

技术领域

本发明涉及电源供电管理技术，具体是一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统。

背景技术

太阳能作为一种清洁、可再生新能源，有助于人类解决能源危机、大气污染等问题。采用太阳能电池板将太阳能转换为电能，并配套充电电池协同向负载供电的方式备受人们的青睐，其在具体应用时，当太阳能电池板电能充足时由太阳能电池板为负载供电并向电池充电，当太阳能电池板电能不足时，由电池为负载供电。目前采用太阳能电池板配套充电电池供电的系统普遍未设置电池供电保护措施，在太阳能电池板和电池电能不足时，电池会持续为负载供电，这不仅会导致电池过放而影响电池寿命，也会导致用电负载因在供电不足条件下运行而影响用电负载寿命。

发明内容

本发明的目的在于解决现有采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统因未设置电池供电保护措施，在供电系统电能不足时会影响电池和用电负载寿命的问题，提供了一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，其应用时能在太阳能电池板和电池电能不足时切断供电线路，进而保护电池和用电负载。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：

一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，包括太阳能电池板、电池、电源切换电路及过放保护电路，所述太阳能电池板和电池均与电源切换电路连接且由电源切换电路实现太阳能电池板供电或电池供电的供电电源切换，所述电源切换电路输出端与过放保护电路输入端连接，所述过放保护电路输出端用于连接用电负载；所述过放保护电路设有线路导通电压阈值和线路关断电压阈值，当其输入电压大于或等于线路导通电压阈值时控制电源切换电路与用电负载之间线路导通，当其输入电压小于或等于线路关断电压阈值时控制电源切换电路与用电负载之间线路关断；其中，线路导通电压阈值大于线路关断电压阈值。

进一步的，所述过放保护电路包括第一放电电阻DR1、第二放电电阻DR2、第三放电电阻DR3、第四放电电阻DR4、第五放电电阻DR5、第六放电电阻DR6、放电稳压支路、第一放电NPN三极管DQ1、第二放电NPN三极管DQ2、第三放电NPN三极管DQ3、第一PMOS管Q1及第二二极管D2，所述第一PMOS管Q1源极、第一放电电阻DR1一端、第二放电电阻DR2一端及放电稳压支路一端均与电源切换电路输出端连接；所述第三放电电阻DR3一端连接于第二放电电阻DR2与电源切换电路输出端之间的线路上，其另一端与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接；所述第二放电NPN三极管DQ2集电极和第二放电电阻DR2相对连接电源切换电路输出端的另一端均与第一放电NPN三极管DQ1基极连接；所述第一放电电阻DR1相对连接电源切换电路输出端的另一端和第三放电NPN三极管DQ3集电极均与第二放电NPN三极管DQ2基极连接；所述第四放电电阻DR4一端连接于第二放电电阻DR2与第一放电NPN三极管DQ1基极之间的线路上，其另一端与第三放电NPN三极管DQ3基极连接；所述第五放电电阻DR5一端与第三放电NPN三极管DQ3基极连接，其另一端与放电稳压支路相对连接电源切换电路输出端的另一端连接；所述第六放电电阻DR6一端连接于第五放电电阻DR5与放电稳压支路之间的线路上，其另一端接地；所述第一放电NPN三极管DQ1发射极、第二放电NPN三极管DQ2发射极及第三放电NPN三极管DQ3发射极均接地；所述第一PMOS管Q1栅极与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接，第一PMOS管Q1漏极与第二二极管D2正极连接，第二二极管D2负极用于连接用电负载；

所述过放保护电路输入电压后，在其输入电压小于线路导通电压阈值时，第三放电NPN三极管DQ3基极电压在放电稳压支路稳压、以及第四放电电阻DR4和第五放电电阻DR5分压作用下低于其导通电压，第三放电NPN三极管DQ3截止；经第一放电电阻DR1输入第二放电NPN三极管DQ2基极的电压达到第二放电NPN三极管DQ2导通电压后第二放电NPN三极管DQ2导通，第二放电NPN三极管DQ2导通后其集电极被拉至低电平，使得与第二放电NPN三极管DQ2集电极连接的第一放电NPN三极管DQ1基极为低电平，第一放电NPN三极管DQ1截止且其集电极为高电平，与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接的第一PMOS管Q1因其栅极输入高电平而截止，第一PMOS管Q1控制电源切换电路与用电负载之间线路关断；

所述过放保护电路输入电压达到线路导通电压阈值时，输入第三放电NPN三极管DQ3基极的电压在放电稳压支路稳压、以及第四放电电阻DR4和第五放电电阻DR5分压作用下达到其导通电压，第三放电NPN三极管DQ3由关断切换为导通，第三放电NPN三极管DQ3导通后其集电极被拉至低电平，与第三放电NPN三极管DQ3集电极连接的第二放电NPN三极管DQ2基极由高电平转至低电平，第二放电NPN三极管DQ2由导通切换为关断，第二放电NPN三极管DQ2集电极由低电平转至高电平，使得与第二放电NPN三极管DQ2集电极连接的第一放电NPN三极管DQ1基极为高电平，第一放电NPN三极管DQ1导通且其集电极为低电平，与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接的第一PMOS管Q1因其栅极输入低电平而导通，第一PMOS管Q1控制电源切换电路与用电负载之间线路导通；

所述过放保护电路输入电压下降至小于线路导通电压阈值且大于或等于线路关断电压阈值时，因第一放电NPN三极管DQ1导通时其基极为高电平信号，第四放电电阻DR4与第一放电NPN三极管DQ1基极连接的一端为高电平，其抬高第三放电NPN三极管DQ3基极电压，第一放电NPN三极管DQ1和第三放电NPN三极管DQ3保持导通，电源切换电路与用电负载之间线路保持导通；

所述过放保护电路输入电压下降至小于线路关断电压阈值时，第三放电NPN三极管DQ3基极电压小于其导通电压，第三放电NPN三极管DQ3关断，第二放电NPN三极管DQ2导通，第一放电NPN三极管DQ1关断，第一PMOS管Q1关断使电源切换电路与用电负载之间线路关断。

进一步的，所述放电稳压支路采用稳压管实现，所述放电稳压支路与电源切换电路输出端连接的一端通过稳压管的负极连接，放电稳压支路与第五放电电阻DR5连接的一端通过稳压管正极连接，放电稳压支路的稳压值为稳压管的稳压值。

进一步的，所述过放保护电路还包括第一电容C1、第一电阻R1及第二电阻R2，所述第一电容C1一端连接于第二二极管D2与用电负载之间的线路上，其另一端接地；所述第一电阻R1一端连接于第二二极管D2与用电负载之间的线路上，其另一端与第二电阻R2连接，所述第二电阻R2相对连接第一电阻R1端的另一端接地。

进一步的，所述电源切换电路包括第三二极管D3和第四二极管D4，所述第三二极管D3正极与太阳能电池板供电电压输出端连接，第四二极管D4正极与电池连接，第三二极管D3负极与第四二极管D4负极连接且电源切换电路输出端设置在两者之间的线路上。

进一步的，一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，还包括电池充电电路，所述电池充电电路与太阳能电池板和电池连接，用于控制太阳能电池板向电池充电；所述电池充电电路包括充电控制模块、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第二十电容C20、第二PMOS管Q2、第七二极管D7、第八二极管D8、第三电感L3、第七电阻R7、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第七放电电阻DR7及第一发光二极管LED1，所述充电控制模块采用CN3795芯片实现，所述第六电容C6和第七电容C7并联构成输入端并联滤波电路，该输入端并联滤波电路一端与太阳能电池板供电电压输出端连接，另一端接地；所述太阳能电池板供电电压输出端接输入端并联滤波电路后与第十一电容C11和第二PMOS管Q2源极连接，所述第十一电容C11的另一端连接在充电控制模块第一管脚上，第二PMOS管Q2栅极连接在充电控制模块第十管脚上，第二PMOS管Q2漏极与第七二极管D7正极连接，所述第三电感L3两端分别与第七二极管D7负极和第七电阻R7连接，所述第七电阻R7相对连接第三电感L3端的另一端与电池连接；所述第八二极管D8负极连接于第七二极管D7与第三电感L3之间的线路上，其正极接地；所述第八电容C8和第九电容C9并联构成输出端并联滤波电路，该输出端并联滤波电路一端连接在第七电阻R7与电池连接的线路上，其另一端接地；所述第七放电电阻DR7两端分别与太阳能电池板供电电压输出端和第一发光二极管LED1正极连接，所述第一发光二极管LED1负极与充电控制模块第三管脚连接；所述第十七电阻R17两端分别与太阳能电池板供电电压输出端和充电控制模块第四管脚连接，所述第十八电阻R18一端连接于第十七电阻R17与充电控制模块第四管脚之间的线路上，其另一端接地；所述第十二电阻R12两端分别与充电控制模块第五管脚和第二十电容C20连接，所述第二十电容C20相对连接第十二电阻R12端的另一端接地；所述第十一电阻R11一端连接在第七电阻R7连接电池的一端，其另一端与充电控制模块第六管脚连接，所述第十三电阻R13一端连接在第十一电阻R11与充电控制模块第六管脚之间的线路上，其另一端接地；所述充电控制模块第七管脚与第七电阻R7连接电池的一端连接，充电控制模块第八管脚与第七电阻R7连接第三电感L3的一端连接，充电控制模块第九管脚与太阳能电池板供电电压输出端连接，所述第十电容C10一端连接于充电控制模块第九管脚与太阳能电池板供电电压输出端之间的线路上，其另一端接地，所述充电控制模块第二管脚接地。

进一步的，所述太阳能电池板的输出端设有防护电路，所述防护电路包括自恢复保险丝DF1、压敏电阻DRV1、第一电感L1、共模滤波电感L2、第一滤波电容DXC1、第二滤波电容DXC2、第一瞬态电压抑制二极管TV1、第一二极管D1、第二电容C2及第三电容C3，所述太阳能电池板正输出端依次串接自恢复保险丝DF1、第一电感L1后与共模滤波电感L2一个输入端连接，其负输出端与共模滤波电感L2另一输入端连接，所述压敏电阻DRV1一端连接于自恢复保险丝DF1与第一电感L1之间的线路上，其另一端连接于太阳能电池板负输出端与共模滤波电感L2之间线路上；所述共模滤波电感L2一输出端接地，其另一输出端与第一二极管D1正极连接，所述第一二极管D1负极作为太阳能电池板供电电压输出端，所述第二电容C2与第三电容C3并联，该并联支路一端连接于太阳能电池板供电电压输出端上，其另一端接地；所述第一滤波电容DXC1一端连接于第一电感L1与共模滤波电感L2之间线路上，其另一端连接于太阳能电池板负输出端与共模滤波电感L2之间线路上，所述第二滤波电容DXC2一端连接于共模滤波电感L2连接第一二极管D1正极的一端上，其另一端接地；所述第一瞬态电压抑制二极管TV1负极连接于共模滤波电感L2与第一二极管D1正极之间的线路上，其正极接地。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：（1）本发明整体结构简单，使用的元器件便于实现，在成低，在具体应用时能在太阳能电池板和电池电能不足时切断供电线路，进而保护电池和用电负载。

（2）本发明应用时能实现供电电源自动切换功能和防止太阳能电流直接回流进电池。

（3）本发明通过设计过放保护电路，其通过三个三极管和电阻配合放电稳压支路来实现相应功能，并且做到了低功耗低成本，为电池过放保护和设置开通关断的电压翻转，目的为在电池电量低于设定值的时候关断用电负载供电电路，防止将电池电压放得过于低以损伤电池使用寿命，并能防止电池电压在设定关断电压附近时电路频繁进行导通关闭，进而避免影响电池寿命以及用电负载寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一个具体实施例的系统外接用电负载的模块示意图；

图2为本发明一个具体实施例中电源切换电路和过放保护电路的电路原理图；

图3为本发明一个具体实施例中防护电路的电路原理图；

图4为本发明一个具体实施例中电池充电电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1所示，一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，包括太阳能电池板、电池、电源切换电路及过放保护电路，其中，太阳能电池板和电池均与电源切换电路连接且由电源切换电路实现太阳能电池板供电或电池供电的供电电源切换。本实施例的电源切换电路输出端与过放保护电路输入端连接，过放保护电路输出端用于连接用电负载。本实施例的过放保护电路设有线路导通电压阈值和线路关断电压阈值，当其输入电压大于或等于线路导通电压阈值时控制电源切换电路与用电负载之间线路导通，当其输入电压小于或等于线路关断电压阈值时控制电源切换电路与用电负载之间线路关断；其中，线路导通电压阈值大于线路关断电压阈值。

如图2所示，本实施例的过放保护电路包括第一放电电阻DR1、第二放电电阻DR2、第三放电电阻DR3、第四放电电阻DR4、第五放电电阻DR5、第六放电电阻DR6、放电稳压支路、第一放电NPN三极管DQ1、第二放电NPN三极管DQ2、第三放电NPN三极管DQ3、第一PMOS管Q1及第二二极管D2，其中，第一放电NPN三极管DQ1、第二放电NPN三极管DQ2及第三放电NPN三极管DQ3均优选采用S9013三极管实现，第一PMOS管Q1优选采用AOD407场效应管实现，第二二极管D2优选采用SL54F二极管实现。本实施例的第一PMOS管Q1源极、第一放电电阻DR1一端、第二放电电阻DR2一端及放电稳压支路一端均与电源切换电路输出端连接，第三放电电阻DR3一端连接于第二放电电阻DR2与电源切换电路输出端之间的线路上，其另一端与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接。本实施例的第二放电NPN三极管DQ2集电极和第二放电电阻DR2相对连接电源切换电路输出端的另一端均与第一放电NPN三极管DQ1基极连接，本实施例的第一放电电阻DR1相对连接电源切换电路输出端的另一端和第三放电NPN三极管DQ3集电极均与第二放电NPN三极管DQ2基极连接。本实施例的第四放电电阻DR4一端连接于第二放电电阻DR2与第一放电NPN三极管DQ1基极之间的线路上，其另一端与第三放电NPN三极管DQ3基极连接。本实施例的第五放电电阻DR5一端与第三放电NPN三极管DQ3基极连接，其另一端与放电稳压支路相对连接电源切换电路输出端的另一端连接。本实施例的第六放电电阻DR6一端连接于第五放电电阻DR5与放电稳压支路之间的线路上，其另一端接地。本实施例的第一放电NPN三极管DQ1发射极、第二放电NPN三极管DQ2发射极及第三放电NPN三极管DQ3发射极均接地。本实施例的第一PMOS管Q1栅极与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接，第一PMOS管Q1漏极与第二二极管D2正极连接，第二二极管D2负极用于连接用电负载。本实施例的放电稳压支路采用稳压管实现，放电稳压支路与电源切换电路输出端连接的一端通过稳压管的负极连接，放电稳压支路与第五放电电阻DR5连接的一端通过稳压管正极连接，放电稳压支路的稳压值为稳压管的稳压值。

本实施例中第一放电电阻DR1、第二放电电阻DR2、第三放电电阻DR3及第四放电电阻DR4的阻值均设置为330 kΩ，第五放电电阻DR5的阻值设置为100 kΩ，第六放电电阻DR6的阻值设置为47 kΩ。为了取材便捷，使放电稳压支路稳压值达到本实施例要求，本实施例的放电稳压支路采用两个串联的LBZT52C5V6T1G稳压二极管实现，两个稳压管分别为第一放电稳压管DDW1和第二放电稳压管DDW2，第一放电稳压管DDW1正极与第二放电稳压管DDW2负极连接，放电稳压支路具体通过第一放电稳压管DDW1负极与电源切换电路输出端连接，通过第二放电稳压管DDW2正极第五放电电阻DR5连接。放电稳压支路两个稳压二极管的稳压值为5.6V，第一放电稳压管DDW1和第二放电稳压管DDW2串联后使得放电稳压支路的稳压值为11.2V。本实施例中第一放电NPN三极管DQ1、第二放电NPN三极管DQ2及第三放电NPN三极管DQ3的导通电压为0.6V（三极管的基极和发射极之间是一个正向导通的二极管，其电流和电压的关系是一个典型的二极管特性曲线，因此，三极管基极与发射极导通电压并不是一个固定值，而是在0.6V左右小范围波动，本实施例中初步设定为0.6V计算），基于以上参数，本实施例中将线路导通电压阈值设定为11.9818V，线路关断电压阈值设定为11.80V。

本实施例应用时，太阳能电池板和电池未为用电负载供电时，第一PMOS管Q1处于关断状态，当过放保护电路输入电压后，在其输入电压小于线路导通电压阈值时（即未达到11.9818V之前），第三放电NPN三极管DQ3基极电压在放电稳压支路稳压、以及第四放电电阻DR4和第五放电电阻DR5分压作用下低于其导通电压，第三放电NPN三极管DQ3截止；经第一放电电阻DR1输入第二放电NPN三极管DQ2基极的电压达到第二放电NPN三极管DQ2导通电压后第二放电NPN三极管DQ2导通，因第二放电NPN三极管DQ2发射极接地，第二放电NPN三极管DQ2导通后其集电极被拉至低电平，使得与第二放电NPN三极管DQ2集电极连接的第一放电NPN三极管DQ1基极为低电平，第一放电NPN三极管DQ1截止且其集电极为高电平，与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接的第一PMOS管Q1因其栅极输入高电平而截止，第一PMOS管Q1控制电源切换电路与用电负载之间线路关断。需要说明的是，此状态时第四放电电阻DR4和第五放电电阻DR5处于串联状态，第四放电电阻DR4一端接在第一放电NPN三极管DQ1基极，第四放电电阻DR4此端也处于低电平，第五放电电阻DR5一端接在第二稳压管DDW2正极，此端电压也低于0.7818V(由于选择的两个稳压值为5.6V的第一放电稳压管DDW1和第二放电稳压管DDW2，串联连接之后稳压值11.2V，当过放保护电路输入电压大于11.2V时，第二放电稳压管DDW2正极电压为过放保护电路输入电压减去11.2V，现过放保护电路输入电压低于11.9818V，即第二放电稳压管DDW2正极电压低于0.7818V)，由串联电阻分压公式可得此时第三放电NPN三极管DQ3基极电压低于导通电压0.6V（此状态下可忽略第三放电NPN三极管DQ3基极分别连接在第四放电电阻DR4和第五放电电阻DR5一端上）,此时第三放电NPN三极管DQ3基极电压也未到达第三放电NPN三极管DQ3导通电压，第三放电NPN三极管DQ3处于关闭状态。

当过放保护电路输入电压达到线路导通电压阈值时（即上升达到11.9818V时），输入第三放电NPN三极管DQ3基极的电压在放电稳压支路稳压、以及第四放电电阻DR4和第五放电电阻DR5分压作用下达到其导通电压，第三放电NPN三极管DQ3由关断切换为导通（此时第二放电稳压管DDW2的正极电压则为11.9818V减去11.2V等于0.7818V，由于第五放电电阻DR5一端与第二放电稳压管DDW2正极连接，所以此时第五放电电阻DR5此端电压也达到0.7818V, 因为第五放电电阻DR5和第四放电电阻DR4分压，第五放电电阻DR5、第四放电电阻DR4与第三放电NPN三极管DQ3连接端均达到0.6V，此时第三放电NPN三极管DQ3基极电压达到导通电压，第三放电NPN三极管DQ3由关断切换为导通），第三放电NPN三极管DQ3导通后，因第三放电NPN三极管DQ3发射极接地，第三放电NPN三极管DQ3集电极被拉至低电平，与第三放电NPN三极管DQ3集电极连接的第二放电NPN三极管DQ2基极由高电平转至低电平，第二放电NPN三极管DQ2由导通切换为关断，第二放电NPN三极管DQ2集电极由低电平转至高电平，使得与第二放电NPN三极管DQ2集电极连接的第一放电NPN三极管DQ1基极为高电平，第一放电NPN三极管DQ1导通，因第一放电NPN三极管DQ1发射极接地，其集电极为低电平，与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接的第一PMOS管Q1因其栅极输入低电平而导通，第一PMOS管Q1控制电源切换电路与用电负载之间线路导通。

当过放保护电路输入电压大于线路导通电压阈值时（即大于11.9818V时），基于上述分析可知，第一放电NPN三极管DQ1、第三放电NPN三极管DQ3及第一PMOS管Q1保持导通，第二放电NPN三极管DQ2关断。

当过放保护电路输入电压下降至小于线路导通电压阈值且大于或等于线路关断电压阈值时（即小于11.9818V且大于或等于11.80V时），因第一放电NPN三极管DQ1导通时其基极为高电平信号，第四放电电阻DR4与第一放电NPN三极管DQ1基极连接的一端为高电平，其抬高第三放电NPN三极管DQ3基极电压，第一放电NPN三极管DQ1和第三放电NPN三极管DQ3保持导通，电源切换电路与用电负载之间线路保持导通。需要说明的是，过放保护电路导通后，此时第四放电电阻DR4和第五放电电阻DR5不再是串联关系，而是并联关系，实现了电压翻转，电流流向分别为：（1）电流流经第二放电电阻DR2到第四放电电阻DR4后从第三放电NPN三极管DQ3基极流入，发射极流出至地；（2）电流流过第一放电稳压管DDW1到第二放电稳压管DDW2到第五放电电阻DR5后从第三放电NPN三极管DQ3基极流入，发射极流出至地。第三放电三极管DQ3的基极和发射极工作的二极管伏安特性曲线右移，近似于直线，第三放电NPN三极管DQ3基极电压得到抬高。第三放电NPN三极管DQ3基极电压抬高，能避免第三放电NPN三极管DQ3基极电压在导通关断状态徘徊跳动，从而达到电路稳定工作。若没有此设计，将会出现电池电压在导通阈值上一点点时，第一PMOS管Q1导通，后端用电负载开始正常用电，但由于有后端用电负载用电，电池电压会被轻微拉低，拉低直接又刚好低于导通阈值，第一PMOS管Q1关断, 第一PMOS管Q1关断后没有后端用电负载用电拉低电池电压，电池电压得到恢复，再次高于导通电压，如此便会出现循环，第一PMOS管Q1不停切换导通关断状态，将会严重影响电池使用寿命和后面用电负载）。

当过放保护电路输入电压下降至小于线路关断电压阈值时（即低于11.80V时），第三放电NPN三极管DQ3基极电压小于其导通电压，第三放电NPN三极管DQ3关断，第二放电NPN三极管DQ2导通，第一放电NPN三极管DQ1关断，第一PMOS管Q1关断使电源切换电路与用电负载之间线路关断。当电池电压刚下降到11.80V（实际为略低于11.80V,由元器件工作曲线决定）以下时，由前述可知此时第五放电电阻DR5和第二放电稳压管DDW2连接的一端电压会略低于0.6V,此时第四放电电阻DR4和第五放电电阻DR5连接端电压低于0.6V，第三放电NPN三极管DQ3关断，由前述逻辑可知，随即第二放电NPN三极管DQ2导通第一放电NPN三极管DQ1关断，第一PMOS管Q1栅极变为高电平，第一PMOS管Q1关断，电池停止为后端用电负载供电（同理此时不会出现第一PMOS管Q1在此电压位置点频繁处于关断导通状态切换），电路稳定工作。

本实施例在电池上电时电压从低电压升到11.80V时，第一PMOS管Q1仍然属于关断状态，电池不为后端用电负载供电，只有当电池电压继续上升到11.9818V时第一PMOS管Q1导通，为后端用电负载正常供电；当电池电压消耗下降到11.9818V时，第一PMOS管Q1不会关断，电池可继续为后端用电负载供电，只有当电池电压继续消耗下降到11.80V时，第一PMOS管Q1才会关断，电池停止为后端用电负载供电（关断设计为防止后端用电负载将电池电量完全用尽，从而损害严重影响电池使用寿命）。

本实施例的过放保护电路还包括第一电容C1、第一电阻R1及第二电阻R2，所述第一电容C1一端连接于第二二极管D2与用电负载之间的线路上，其另一端接地。本实施例的第一电阻R1一端连接于第二二极管D2与用电负载之间的线路上，其另一端与第二电阻R2连接，第二电阻R2相对连接第一电阻R1端的另一端接地。其中，本实施例的第一电容C1用于对第二二极管D2输出电压信号进行滤波，并采用串联的第一电阻R1和第二电阻R2作为下拉电阻以保证输出信号平衡。

本实施例的电源切换电路包括第三二极管D3和第四二极管D4，其中，第三二极管D3正极与太阳能电池板供电电压输出端连接，第四二极管D4正极与电池连接，第三二极管D3负极与第四二极管D4负极连接且电源切换电路输出端设置在两者之间的线路上。本实施例的第三二极管D3和第四二极管D4为防倒流二极管，在太阳能电池板输入电压VCC高于电池电压VBAT时，后端电路采用太阳能电压VCC供电，此时不消耗电池电量，保护电池寿命，在环境光照较弱或缺少光照，太阳能输入电压VCC低于电池电压VBAT时，后端电路采用电池供电，实现了电源自动切换功能。又由于二极管的单向导通性，同时实现了防止电池电压以及后端电路回流到太阳能板以及防止太阳能端和后端电路电流直接回流到电池。

本实施例的太阳能电池板的输出端设有防护电路，如图3所示，防护电路包括自恢复保险丝DF1、压敏电阻DRV1、第一电感L1、共模滤波电感L2、第一滤波电容DXC1、第二滤波电容DXC2、第一瞬态电压抑制二极管TV1、第一二极管D1、第二电容C2及第三电容C3，太阳能电池板正输出端依次串接自恢复保险丝DF1、第一电感L1后与共模滤波电感L2一个输入端连接，其负输出端与共模滤波电感L2另一输入端连接，压敏电阻DRV1一端连接于自恢复保险丝DF1与第一电感L1之间的线路上，其另一端连接于太阳能电池板负输出端与共模滤波电感L2之间线路上。本实施例的共模滤波电感L2一输出端接地，其另一输出端与第一二极管D1正极连接，第一二极管D1负极作为太阳能电池板供电电压输出端，第二电容C2与第三电容C3并联，该并联支路一端连接于太阳能电池板供电电压输出端上，其另一端接地。本实施例的第一滤波电容DXC1一端连接于第一电感L1与共模滤波电感L2之间线路上，其另一端连接于太阳能电池板负输出端与共模滤波电感L2之间线路上，第二滤波电容DXC2一端连接于共模滤波电感L2连接第一二极管D1正极的一端上，其另一端接地。本实施例的第一瞬态电压抑制二极管TV1负极连接于共模滤波电感L2与第一二极管D1正极之间的线路上，其正极接地。

本实施例设置过放保护电路的主要目的是为电池供电进行过放保护，而设置防护电路的目的是为太阳能电池板供电进行保护，在采用太阳能电池板供电时，出现过载、短路和过压等电气故障时通过自恢复保险丝DF1断开供电线路，压敏电阻DRV1用于提供防雷和过电压保护，共模滤波电感L2用于阻断共模信号的传输，第一瞬态电压抑制二极管TV1用于抑制瞬态电压。如此，以保证采用太阳能电池板供电时供电的稳定性。

本实施例的电池为充电电池，在太阳能电池板电能充足时，太阳能电池板向用电负载供电的同时还向电池充电，以此提升电池的续航能力。现有采用太阳能电池板向电池充电的充电电路采用传统的控制技术，电路复杂且成本较高，传统方案不能实时追踪太阳能最佳功率点，导致太阳能板无法长时间工作在最佳功率点，能量转换效率偏低。针对现有技术能量利用率低、成本高等问题，本实施例还设计了电池充电电路，电池充电电路与太阳能电池板和电池连接，用于控制太阳能电池板向电池充电。如图4所示，本实施例的电池充电电路包括充电控制模块、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第二十电容C20、第二PMOS管Q2、第七二极管D7、第八二极管D8、第三电感L3、第七电阻R7、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第七放电电阻DR7及第一发光二极管LED1，其中，充电控制模块采用CN3795芯片实现，第二PMOS管Q2优选采用AOD407场效应管实现。本实施例的第六电容C6和第七电容C7并联构成输入端并联滤波电路，该输入端并联滤波电路一端与太阳能电池板输出端连接，另一端接地。其中，本实施例的第六电容C6取值为10μF，第七电容C7取值为100nF，第六电容C6和第七电容C7组成输入大小电容并联滤波。本实施例的太阳能电池板输出端接输入端并联滤波电路后与第十一电容C11和第二PMOS管Q2源极连接，第十一电容C11的另一端连接在充电控制模块第一管脚上，第二PMOS管Q2栅极连接在充电控制模块第十管脚上，本实施例通过充电控制模块第十管脚控制第二PMOS管Q2的导通与关断，第二PMOS管Q2漏极与第七二极管D7正极连接，第七二极管D7用于防止充电时电池电流倒流，第三电感L3两端分别与第七二极管D7负极和第七电阻R7连接，第三电感L3的作用为储能续流，第七电阻R7相对连接第三电感L3端的另一端与电池连接。本实施例的第八二极管D8负极连接于第七二极管D7与第三电感L3之间的线路上，其正极接地，第八二极管D8为续流二极管，在第二PMOS管Q2关断时提供回流路径。本实施例的第八电容C8和第九电容C9并联构成输出端并联滤波电路，该输出端并联滤波电路一端连接在第七电阻R7与电池连接的线路上，其另一端接地。本实施例的第七放电电阻DR7作为限流电阻，其两端分别与太阳能电池板输出端和第一发光二极管LED1正极连接，第一发光二极管LED1负极与充电控制模块第三管脚连接。本实施例的第十七电阻R17两端分别与太阳能电池板输出端和充电控制模块第四管脚连接，第十八电阻R18一端连接于第十七电阻R17与充电控制模块第四管脚之间的线路上，其另一端接地，第十七电阻R17和第十八电阻R18组成一组分压电阻，用于设置充电控制模块延续四管脚电压。本实施例的第十二电阻R12两端分别与充电控制模块第五管脚和第二十电容C20连接，第二十电容C20相对连接第十二电阻R12端的另一端接地。本实施例的第十一电阻R11一端连接在第七电阻R7连接电池的一端，其另一端与充电控制模块第六管脚连接，第十三电阻R13一端连接在第十一电阻R11与充电控制模块第六管脚之间的线路上，其另一端接地，第十一电阻R11和第十三电阻R13组成了一组分压电阻，用于设置充电控制模块的反馈电压。本实施例的充电控制模块第七管脚与第七电阻R7连接电池的一端连接，充电控制模块第八管脚与第七电阻R7连接第三电感L3的一端连接，第七电阻R7为采样电阻，用于电流采样。本实施例的充电控制模块第九管脚与太阳能电池板输出端连接，第十电容C10一端连接于充电控制模块第九管脚与太阳能电池板输出端之间的线路上，其另一端接地，第十电容C10为充电控制模块的输入滤波电容，本实施例的充电控制模块第二管脚接地。

本实施例的充电控制模块具有10个管脚，第一管脚VG为内部电压调制器输出，第二管脚GND为接地管脚，第三管脚nCHRG为充电状态指示端，第四管脚MPPT为太阳能板最大功率点跟踪端，第五管脚COM为回路补偿输入端，第六管脚FB为电池电压反馈输入端，第七管脚BAT为电池正极连接端和充电电流检测负输入端，第八管脚CSP为充电电流检测正输入端，第九管脚VCC为外部电源正极输入端，第十管脚DRV为栅极驱动端。

本实施例的电池充电电路具有涓流、恒流及恒压三种充电模式。恒流充电电流由CSP管脚和BAT管脚之间的电流检测电阻第七电阻R7设置。恒压充电电压通过连接于FB管脚的反馈电阻设置。当VCC管脚电压大于低压锁存阈值，并且大于电池电压时，充电控制模块正常工作。如果电池电压低于涓流充电阈值，自动进入涓流充电模式，此时充电电流为所设置的恒流充电电流的17.5%。当电池电压大于涓流充电阈值，充电器进入恒流充电模式，此时充电电流由内部的120mV基准电压和一个外部电阻第七电阻R7设置，即充电电流为120mV/ R7。当电池电压继续上升接近恒压充电电压时，充电器进入恒压充电模式，充电电流逐渐减小。在充电状态，漏极开路输出nCHRG管脚内部的晶体管导通，输出低电平，以指示充电状态。当充电电流减小到恒流充电电流的16%时，充电结束，DRV管脚输出高电平。漏极开路输出nCHRG管脚内部的晶体管关断，输出为高阻态，以指示充电结束状态。在充电结束状态，如果断开输入电源，再重新接入，将开始一个新的充电周期；如果充电电流再上升到再充电阈值以上，那么也将自动开始新的充电周期。

充电控制模块使用太阳能板供电，具有太阳能板最大功率点跟踪功能。太阳能板最大功率点电压通过两个电阻分压后反馈到MPPT管脚，在最大功率点跟踪状态，MPPT管脚电压被调制在1.205V(典型值)。当输入电压掉电时，充电控制模块自动进入睡眠模式，内部电路被关断。CN3795内部还有一个过压比较器，当BAT管脚电压由于负载变化或者突然移走电池等原因而上升时，如果BAT管脚电压上升到恒压充电电压的1.07倍时，过压比较器动作，关断片外的P沟道MOS场效应晶体管，充电器暂时停止，直到BAT管脚电压回复到恒压充电电压的1.02倍以下。在某些情况下，比如在电池没有连接到充电器上，或者电池突然断开，BAT管脚的电压可能会达到过压保护阈值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，其特征在于，包括太阳能电池板、电池、电源切换电路及过放保护电路，所述太阳能电池板和电池均与电源切换电路连接且由电源切换电路实现太阳能电池板供电或电池供电的供电电源切换，所述电源切换电路输出端与过放保护电路输入端连接，所述过放保护电路输出端用于连接用电负载；所述过放保护电路设有线路导通电压阈值和线路关断电压阈值，当其输入电压大于或等于线路导通电压阈值时控制电源切换电路与用电负载之间线路导通，当其输入电压小于或等于线路关断电压阈值时控制电源切换电路与用电负载之间线路关断；其中，线路导通电压阈值大于线路关断电压阈值。

2.根据权利要求1所述的一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，其特征在于，所述过放保护电路包括第一放电电阻DR1、第二放电电阻DR2、第三放电电阻DR3、第四放电电阻DR4、第五放电电阻DR5、第六放电电阻DR6、放电稳压支路、第一放电NPN三极管DQ1、第二放电NPN三极管DQ2、第三放电NPN三极管DQ3、第一PMOS管Q1及第二二极管D2，所述第一PMOS管Q1源极、第一放电电阻DR1一端、第二放电电阻DR2一端及放电稳压支路一端均与电源切换电路输出端连接；所述第三放电电阻DR3一端连接于第二放电电阻DR2与电源切换电路输出端之间的线路上，其另一端与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接；所述第二放电NPN三极管DQ2集电极和第二放电电阻DR2相对连接电源切换电路输出端的另一端均与第一放电NPN三极管DQ1基极连接；所述第一放电电阻DR1相对连接电源切换电路输出端的另一端和第三放电NPN三极管DQ3集电极均与第二放电NPN三极管DQ2基极连接；所述第四放电电阻DR4一端连接于第二放电电阻DR2与第一放电NPN三极管DQ1基极之间的线路上，其另一端与第三放电NPN三极管DQ3基极连接；所述第五放电电阻DR5一端与第三放电NPN三极管DQ3基极连接，其另一端与放电稳压支路相对连接电源切换电路输出端的另一端连接；所述第六放电电阻DR6一端连接于第五放电电阻DR5与放电稳压支路之间的线路上，其另一端接地；所述第一放电NPN三极管DQ1发射极、第二放电NPN三极管DQ2发射极及第三放电NPN三极管DQ3发射极均接地；所述第一PMOS管Q1栅极与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接，第一PMOS管Q1漏极与第二二极管D2正极连接，第二二极管D2负极用于连接用电负载；

所述过放保护电路输入电压后，在其输入电压小于线路导通电压阈值时，第三放电NPN三极管DQ3基极电压在放电稳压支路稳压、以及第四放电电阻DR4和第五放电电阻DR5分压作用下低于其导通电压，第三放电NPN三极管DQ3截止；经第一放电电阻DR1输入第二放电NPN三极管DQ2基极的电压达到第二放电NPN三极管DQ2导通电压后第二放电NPN三极管DQ2导通，第二放电NPN三极管DQ2导通后其集电极被拉至低电平，使得与第二放电NPN三极管DQ2集电极连接的第一放电NPN三极管DQ1基极为低电平，第一放电NPN三极管DQ1截止且其集电极为高电平，与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接的第一PMOS管Q1因其栅极输入高电平而截止，第一PMOS管Q1控制电源切换电路与用电负载之间线路关断；

所述过放保护电路输入电压达到线路导通电压阈值时，输入第三放电NPN三极管DQ3基极的电压在放电稳压支路稳压、以及第四放电电阻DR4和第五放电电阻DR5分压作用下达到其导通电压，第三放电NPN三极管DQ3由关断切换为导通，第三放电NPN三极管DQ3导通后其集电极被拉至低电平，与第三放电NPN三极管DQ3集电极连接的第二放电NPN三极管DQ2基极由高电平转至低电平，第二放电NPN三极管DQ2由导通切换为关断，第二放电NPN三极管DQ2集电极由低电平转至高电平，使得与第二放电NPN三极管DQ2集电极连接的第一放电NPN三极管DQ1基极为高电平，第一放电NPN三极管DQ1导通且其集电极为低电平，与第一放电NPN三极管DQ1集电极连接的第一PMOS管Q1因其栅极输入低电平而导通，第一PMOS管Q1控制电源切换电路与用电负载之间线路导通；

所述过放保护电路输入电压下降至小于线路导通电压阈值且大于或等于线路关断电压阈值时，因第一放电NPN三极管DQ1导通时其基极为高电平信号，第四放电电阻DR4与第一放电NPN三极管DQ1基极连接的一端为高电平，其抬高第三放电NPN三极管DQ3基极电压，第一放电NPN三极管DQ1和第三放电NPN三极管DQ3保持导通，电源切换电路与用电负载之间线路保持导通；

所述过放保护电路输入电压下降至小于线路关断电压阈值时，第三放电NPN三极管DQ3基极电压小于其导通电压，第三放电NPN三极管DQ3关断，第二放电NPN三极管DQ2导通，第一放电NPN三极管DQ1关断，第一PMOS管Q1关断使电源切换电路与用电负载之间线路关断。

3.根据权利要求2所述的一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，其特征在于，所述放电稳压支路采用稳压管实现，所述放电稳压支路与电源切换电路输出端连接的一端通过稳压管的负极连接，放电稳压支路与第五放电电阻DR5连接的一端通过稳压管正极连接，放电稳压支路的稳压值为稳压管的稳压值。

4.根据权利要求2所述的一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，其特征在于，所述过放保护电路还包括第一电容C1、第一电阻R1及第二电阻R2，所述第一电容C1一端连接于第二二极管D2与用电负载之间的线路上，其另一端接地；所述第一电阻R1一端连接于第二二极管D2与用电负载之间的线路上，其另一端与第二电阻R2连接，所述第二电阻R2相对连接第一电阻R1端的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，其特征在于，所述电源切换电路包括第三二极管D3和第四二极管D4，所述第三二极管D3正极与太阳能电池板供电电压输出端连接，第四二极管D4正极与电池连接，第三二极管D3负极与第四二极管D4负极连接且电源切换电路输出端设置在两者之间的线路上。

6.根据权利要求1所述的一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，其特征在于，还包括电池充电电路，所述电池充电电路与太阳能电池板和电池连接，用于控制太阳能电池板向电池充电；所述电池充电电路包括充电控制模块、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第二十电容C20、第二PMOS管Q2、第七二极管D7、第八二极管D8、第三电感L3、第七电阻R7、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第七放电电阻DR7及第一发光二极管LED1，所述充电控制模块采用CN3795芯片实现，所述第六电容C6和第七电容C7并联构成输入端并联滤波电路，该输入端并联滤波电路一端与太阳能电池板供电电压输出端连接，另一端接地；所述太阳能电池板供电电压输出端接输入端并联滤波电路后与第十一电容C11和第二PMOS管Q2源极连接，所述第十一电容C11的另一端连接在充电控制模块第一管脚上，第二PMOS管Q2栅极连接在充电控制模块第十管脚上，第二PMOS管Q2漏极与第七二极管D7正极连接，所述第三电感L3两端分别与第七二极管D7负极和第七电阻R7连接，所述第七电阻R7相对连接第三电感L3端的另一端与电池连接；所述第八二极管D8负极连接于第七二极管D7与第三电感L3之间的线路上，其正极接地；所述第八电容C8和第九电容C9并联构成输出端并联滤波电路，该输出端并联滤波电路一端连接在第七电阻R7与电池连接的线路上，其另一端接地；所述第七放电电阻DR7两端分别与太阳能电池板供电电压输出端和第一发光二极管LED1正极连接，所述第一发光二极管LED1负极与充电控制模块第三管脚连接；所述第十七电阻R17两端分别与太阳能电池板供电电压输出端和充电控制模块第四管脚连接，所述第十八电阻R18一端连接于第十七电阻R17与充电控制模块第四管脚之间的线路上，其另一端接地；所述第十二电阻R12两端分别与充电控制模块第五管脚和第二十电容C20连接，所述第二十电容C20相对连接第十二电阻R12端的另一端接地；所述第十一电阻R11一端连接在第七电阻R7连接电池的一端，其另一端与充电控制模块第六管脚连接，所述第十三电阻R13一端连接在第十一电阻R11与充电控制模块第六管脚之间的线路上，其另一端接地；所述充电控制模块第七管脚与第七电阻R7连接电池的一端连接，充电控制模块第八管脚与第七电阻R7连接第三电感L3的一端连接，充电控制模块第九管脚与太阳能电池板供电电压输出端连接，所述第十电容C10一端连接于充电控制模块第九管脚与太阳能电池板供电电压输出端之间的线路上，其另一端接地，所述充电控制模块第二管脚接地。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的一种采用太阳能电池板和电池双电源供电的供电系统，其特征在于，所述太阳能电池板的输出端设有防护电路，所述防护电路包括自恢复保险丝DF1、压敏电阻DRV1、第一电感L1、共模滤波电感L2、第一滤波电容DXC1、第二滤波电容DXC2、第一瞬态电压抑制二极管TV1、第一二极管D1、第二电容C2及第三电容C3，所述太阳能电池板正输出端依次串接自恢复保险丝DF1、第一电感L1后与共模滤波电感L2一个输入端连接，其负输出端与共模滤波电感L2另一输入端连接，所述压敏电阻DRV1一端连接于自恢复保险丝DF1与第一电感L1之间的线路上，其另一端连接于太阳能电池板负输出端与共模滤波电感L2之间线路上；所述共模滤波电感L2一输出端接地，其另一输出端与第一二极管D1正极连接，所述第一二极管D1负极作为太阳能电池板供电电压输出端，所述第二电容C2与第三电容C3并联，该并联支路一端连接于太阳能电池板供电电压输出端上，其另一端接地；所述第一滤波电容DXC1一端连接于第一电感L1与共模滤波电感L2之间线路上，其另一端连接于太阳能电池板负输出端与共模滤波电感L2之间线路上，所述第二滤波电容DXC2一端连接于共模滤波电感L2连接第一二极管D1正极的一端上，其另一端接地；所述第一瞬态电压抑制二极管TV1负极连接于共模滤波电感L2与第一二极管D1正极之间的线路上，其正极接地。