CN201038819Y - 高效率太阳能灯控制器 - Google Patents

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赵二刚
王庆章
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Abstract

本实用新型公开一种高效率太阳能灯控制器，包括有太阳能电池、蓄电池、单片机系统，两个继电器电路、DC－DC变换电路、以及两路电流电压采集电路，其中，太阳能电池、一个继电器电路、DC－DC变换电路、蓄电池、另一个继电器电路依次相连；第一路电流电压采集电路的输入与太阳能电池相连，输出与单片机系统相连；第二路电流电压采集电路的输入与蓄电池相连，输出与单片机系统相连；单片机系统还分别与两个继电器电路、DC－DC变换电路相连接。本实用新型具有最大功率点跟踪功能和智能充电管理功能，能明显提高光伏系统的工作效率，间接的降低系统成本；更好的保护蓄电池，延长蓄电池的寿命。

Description

高效率太阳能灯控制器
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能光伏技术领域中的太阳能灯控制器，特别是涉及一种具有最大功率点跟踪功能和智能充电管理的高效率太阳能灯控制器。
背景技术
太阳能是一种清洁的可再生能源，是取之不尽的能源资源。太阳电池可以直接将太阳能转换为电能，不对环境产生任何污染。近年来随着光伏技术的飞速发展，太阳能在照明灯具上的应用日益扩大，近几年来，太阳能灯具产品由于安全、节能、方便、环保等多重优势，应用已经逐渐形成规模。
太阳能灯控制器是太阳能照明系统中重要的部件之一，控制器的优劣不但决定蓄电池的使用寿命，而且还直接影响光伏系统的电力输出。独立光伏系统中一般是根据储能蓄电池的额定电压来选择太阳电池输出电压，而对蓄电池的充放电控制，则是通过监控蓄电池的电压实现。控制工作电压在一定程度上可以调节太阳电池的输出，但太阳电池的最大功率点是变化的，当太阳电池的最大功率点超出所控制的范围时，就会浪费一部分能源。因此，为了有效利用太阳能，就必须跟踪控制太阳电池的最大功率点来调节太阳电池的输出；同时将蓄电池充电电压限制在一定的范围，以保证蓄电池有稳定的电压。对于太阳能灯具的设计来说，成功的控制电路设计不但能增加灯具的工作稳定性，更能延长蓄电池和灯具寿命，降低系统成本。因此控制器的设计是关键。
目前市场上的小型太阳能灯控制器产品很不完善，国内的小型太阳能灯控制器中均未发现有最大功率跟踪技术，大多采用恒压法来控制整个充电过程，虽然在一定程度上简化了控制器的结构，降低了一些成本，但这样对太阳能电池的利用率大大降低，不利于太阳能产业的研究和发展。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种具有最大功率点跟踪功能和智能充电管理的高效率太阳能灯控制器。
本实用新型所采用的技术方案是：一种高效率太阳能灯控制器，包括有太阳能电池、蓄电池、单片机系统，两个继电器电路、DC-DC变换电路、以及两路电流电压采集电路，其中，太阳能电池、一个继电器电路、DC-DC变换电路、蓄电池、另一个继电器电路依次相连；第一路电流电压采集电路的输入与太阳能电池相连，输出与单片机系统相连；第二路电流电压采集电路的输入与蓄电池相连，输出与单片机系统相连；单片机系统还分别与两个继电器电路、DC-DC变换电路相连接。
所述的DC-DC变换电路采用SEPIC拓扑电路结构。
所述的两路电流电压采集电路是由双运算放大器U2和电流检测芯片U3和U6构成，其中，双运算放大器U2的左侧运算放大器OUT1与电流检测芯片U3组成第一路用于检测太阳电池的输出电压和电流的电压电流检测电路；双运算放大器U2的右侧运算放大器OUT2与电流检测芯片U6组成第二路用于检测蓄电池的充电电压和电流的电压电流检测电路；双运算放大器U2的脚3通过电阻R7的一端V1、脚5通过电阻R11的一端V3、电流检测芯片U3的脚1和脚8、电流检测芯片U6的脚1和脚8分别连接继电器电路和继电器电路中的检测电阻R2、R3的两端；双运算放大器U2的脚1和脚2通过电阻R9的一端out1、脚6和脚7通过电阻R10的一端out3、电流检测芯片U3的脚5通过电阻R14的一端ios、电流检测芯片U6的脚5通过电阻R15的一端ioc与单片机系统中的芯片U5的四个管脚即脚2和脚3、脚7和脚8相连进行AD转换。
所述的继电器电路、DC-DC变换电路、继电器电路包括有检测电阻R2、R3、继电器K1和继电器K2、变压器T1、MOS管Q2、三极管Q1、Q3、芯片U1，其中，电阻R2通过电感L1和保险丝F1与继电器K2的脚5相连；电阻R3通过电感L2与继电器K1的脚5相连；继电器K1的脚4通过发光二极管D2电阻R5接地，脚1通过二极管D1与脚2一起接三极管Q1的集电极，脚3连接变压器T1的输入端，三极管Q1的基极通过电阻R4连接单片机系统中的芯片U5的脚9，发射极接地；继电器K2的脚4接负载，脚1通过二极管D4与脚2一起接三极管Q3的集电极，三极管Q1的基极通过电阻R6连接单片机系统中的芯片U5的脚10，发射极接地；MOS管Q2的一端与变压器T1相连，一端接地，另一端与芯片U1的脚5和脚7相连，芯片U6的脚2和脚4接单片机系统中的芯片U5的脚17；变压器T1的输出还与相并联的两个二极管D3的一端相连，相并联的两个二极管D3的另一端通过电容C4、C5的并联接地，还连接保险丝F1。
本实用新型的高效率太阳能灯控制器，具有最大功率点跟踪功能和智能充电管理功能，能明显提高光伏系统的工作效率，间接的降低系统成本；更好的保护蓄电池，延长蓄电池的寿命。
附图说明
图1是本实用新型的系统框图；
图2是本实用新型的电流电压采集电路的电路原理图；
图3是本实用新型的单片机系统的电路原理图；
图4是本实用新型的DC-DC变换电路和继电器电路的电路原理图。
其中：
1：太阳能电池       2：继电器电路
3：DC-DC变换电路    4：蓄电池
5：继电器电路       6：负载
7：电流电压采集电路    8：单片机系统
具体实施方式
下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型的高效率太阳能灯控制器。
如图1所示，高效率太阳能灯控制器，包括有太阳能电池1、蓄电池4、单片机系统8，继电器电路2、DC-DC变换电路3、继电器电路5、以及两路电流电压采集电路7，其中，太阳能电池1、继电器电路2、DC-DC变换电路3、蓄电池4、继电器电路5依次相连；第一路电流电压采集电路7的输入与太阳能电池1相连，输出与单片机系统8相连；第二路电流电压采集电路7的输入与蓄电池4相连，输出与单片机系统8相连；单片机系统8还分别与继电器电路2、继电器电路5、DC-DC变换电路3相连接。
如图3所示，单片机系统8是由芯片U5构成，本实施例中采用型号为PIC16F877的芯片。
如图2所示，所述的两路电流电压采集电路7是由双运算放大器U2和电流检测芯片U3和U6构成，其中，双运算放大器U2的型号为LM358，电流检测芯片U3和U6的型号为LT6100。双运算放大器U2的左侧运算放大器OUT1与电流检测芯片U3组成第一路用于检测太阳电池的输出电压和电流的电压电流检测电路；双运算放大器U2的右侧运算放大器OUT2与电流检测芯片U6组成第二路用于检测蓄电池的充电电压和电流的电压电流检测电路；双运算放大器U2的脚3通过电阻R7的一端V1、脚5通过电阻R11的一端V3、电流检测芯片U3的脚1和脚8、电流检测芯片U6 的脚1和脚8分别连接继电器电路5和继电器电路2中的检测电阻R2、R3的两端；双运算放大器U2的脚1和脚2通过电阻R9的一端out1、脚6和脚7通过电阻R10的一端out3、电流检测芯片U3的脚5通过电阻R14的一端ios、电流检测芯片U6的脚5通过电阻R15的一端ioc与单片机系统8中的芯片U5的四个管脚即脚2和脚3、脚7和脚8相连进行AD转换，单片机系统8中的芯片U5根据检测到的电压电流值可以计算出当前的太阳电池的输出功率，蓄电池的充电功率。
如图4所示，所述的继电器电路2、DC-DC变换电路3、继电器电路5包括有检测电阻R2、R3、继电器K1和继电器K2、变压器T1、MOS管Q2、三极管Q1、Q3、芯片U1，所述的DC-DC变换电路3采用SEPIC拓扑电路结构。其中，电阻R2通过电感L1和保险丝F1与继电器K2的脚5相连；电阻R3通过电感L2与继电器K1的脚5相连；继电器K1的脚4通过发光二极管D2电阻R5接地，脚1通过二极管D1与脚2一起接三极管Q1的集电极，脚3连接变压器T1的输入端，三极管Q1的基极通过电阻R4连接单片机系统8中的芯片U5的脚9，发射极接地；继电器K2的脚4接负载，脚1通过二极管D4与脚2一起接三极管Q3的集电极，三极管Q1的基极通过电阻R6连接单片机系统8中的芯片U5的脚10，发射极接地；MOS管Q2的一端与变压器T1相连，一端接地，另一端与芯片U1的脚5和脚7相连，芯片U6的脚2和脚4接单片机系统8中的芯片U5的脚17；变压器T1的输出还与相并联的两个二极管D3的一端相连，相并联的两个二极管D3的另一端通过电容C4、C5的并联接地，还连接保险丝F1。
其中，MOS管Q2的型号为IRF740；芯片U6的型号为TC4427。
单片机系统8的芯片U5通过比较当前的太阳电池的输出功率与上次的功率，由最大功率跟踪的算法来判断PWM波占空比的变化，并通过脚17输出一个PWM波至图4中芯片U6的脚2和脚4，再通过芯片U6的脚5和脚7来控制图4中MOS管Q2的导通和截止。通过蓄电池的充电电压和充电电流来判断蓄电池当前的工作状态，由工作状态决定PWM波占空比的变化。
MOS管Q2的导通和截止影响DC-DC变换电路3的等效阻抗，从而一方面改变太阳电池的输出电压和输出电流，达到最大功率跟踪的目的，一方面改变蓄电池的输入电压和输入电流，达到三阶段充电的目的。
当图4中检测电阻R2一端v3点的电压过高时，单片机系统8的芯片U5会控制继电器K1断开，达到防过充的目的，当检测电阻R2一端v3点的电压值过低时，继电器K2断开，达到防过放的目的。二极管D3防止蓄电池的向太阳电池反充电，自恢复性保险丝F1防止负载电流过大或短路。

Claims (4)

1.一种高效率太阳能灯控制器，包括有太阳能电池(1)、蓄电池(4)、单片机系统(8)，其特征在于，还设置有继电器电路(2)、DC-DC变换电路(3)、继电器电路(5)、以及两路电流电压采集电路(7)，其中，太阳能电池(1)、继电器电路(2)、DC-DC变换电路(3)、蓄电池(4)、继电器电路(5)依次相连；第一路电流电压采集电路(7)的输入与太阳能电池(1)相连，输出与单片机系统(8)相连；第二路电流电压采集电路(7)的输入与蓄电池(4)相连，输出与单片机系统(8)相连；单片机系统(8)还分别与继电器电路(2)、继电器电路(5)、DC-DC变换电路(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的高效率太阳能灯控制器，其特征在于，所述的DC-DC变换电路(3)采用SEPIC拓扑电路结构。
3.根据权利要求1所述的高效率太阳能灯控制器，其特征在于，所述的两路电流电压采集电路(7)是由双运算放大器U2和电流检测芯片U3和U6构成，其中，双运算放大器U2的左侧运算放大器OUT1与电流检测芯片U3组成第一路用于检测太阳电池的输出电压和电流的电压电流检测电路；双运算放大器U2的右侧运算放大器OUT2与电流检测芯片U6组成第二路用于检测蓄电池的充电电压和电流的电压电流检测电路；双运算放大器U2的脚3通过电阻R7的一端V1、脚5通过电阻R11的一端V3、电流检测芯片U3的脚1和脚8、电流检测芯片U6的脚1和脚8分别连接继电器电路(5)和继电器电路(2)中的检测电阻R2、R3的两端；双运算放大器U2的脚1和脚2通过电阻R9的一端out1、脚6和脚7通过电阻R10的一端out3、电流检测芯片U3的脚5通过电阻R14的一端ios、电流检测芯片U6的脚5通过电阻R15的一端ioc与单片机系统(8)中的芯片U5的四个管脚即脚2和脚3、脚7和脚8相连进行AD转换。
4.根据权利要求1所述的高效率太阳能灯控制器，其特征在于，所述的继电器电路(2)、DC-DC变换电路(3)、继电器电路(5)包括有检测电阻R2、R3、继电器K1和继电器K2、变压器T1、MOS管Q2、三极管Q1、Q3、芯片U1，其中，电阻R2通过电感L1和保险丝F1与继电器K2的脚5相连；电阻R3通过电感L2与继电器K1的脚5相连；继电器K1的脚4通过发光二极管D2电阻R5接地，脚1通过二极管D1与脚2一起接三极管Q1的集电极，脚3连接变压器T1的输入端，三极管Q1的基极通过电阻R4连接单片机系统(8)中的芯片U5的脚9，发射极接地；继电器K2的脚4接负载，脚1通过二极管D4与脚2一起接三极管Q3的集电极，三极管Q1的基极通过电阻R6连接单片机系统(8)中的芯片U5的脚10，发射极接地；MOS管Q2的一端与变压器T1相连，一端接地，另一端与芯片U1的脚5和脚7相连，芯片U6的脚2和脚4接单片机系统(8)中的芯片U5的脚17；变压器T1的输出还与相并联的两个二极管D3的一端相连，相并联的两个二极管D3的另一端通过电容C4、C5的并联接地，还连接保险丝F1。
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