CN201243216Y - 一种太阳能户用电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能户用电源，包括太阳能充电电路和逆变电路，太阳能充电电路中包括有太阳能光伏组件和蓄电池组，还包括有控制电路，所述控制电路分别与逆变电路的低压直流输入端及高压交流输出端相连，通过采集逆变电路高压交流输出端的电压信号并与其内部设定值进行比较后作出判断，再发出驱动信号来控制逆变电路的低压直流输入端，从而对逆变电路的高压交流输出端进行控制。本实用新型户用电源可以实现稳定的周期均方值输出，保证输出稳定的修正正弦波，其外观新颖小巧，保护功能完善，效率高，应用范围广泛，方便了无电地区家庭民用设备在无电网情况下的使用。

Description

一种太阳能户用电源

技术领域

本实用新型属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种太阳能户用电源。

背景技术

现有的太阳能户用电源首先是将太阳能电池组件产生的电能存储在蓄电池中，然后通过逆变器将直流电转化成交流电应用于家用电器，目前国内的逆变器以方波逆变器居多，还有多数的逆变器是采用工频变压器调制输出的，其输出波形的带载能力很弱，甚至不能带载感性负载，损耗大，对用电设备的使用寿命也有一定的影响。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种太阳能户用电源，该电源可通过对输出电压进行相位超前反馈控制，实现稳定的周期均方值输出，并且保证输出稳定的修正正弦波，对于带载感性负载，具有良好的带载能力。还可对蓄电池组进行最优化的充电，使系统综合使用寿命达到最长。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是该太阳能户用电源包括太阳能充电电路和逆变电路，太阳能充电电路中包括有太阳能光伏组件和蓄电池组，还包括有控制电路，所述控制电路分别与逆变电路的低压直流输入端及高压交流输出端相连，通过采集逆变电路高压交流输出端的电压信号并与其内部设定值进行比较后作出判断，再发出驱动信号来控制逆变电路的低压直流输入端，从而对逆变电路的高压交流输出端进行控制。

所述控制电路采用PWM控制电路，PWM控制电路根据采集的电压信号，来调节其所发出的驱动信号的脉冲宽度，以控制逆变电路的高压交流输出电压。

所述控制电路可包括控制驱动芯片以及连接在蓄电池组与逆变电路低压直流输入端之间的四个MOS管Q4、Q5、Q6、Q7，所述四个MOS管Q4、Q5、Q6、Q7分别与控制驱动芯片的控制输出端相连，控制驱动芯片还与逆变电路的高压交流输出端相连，控制驱动芯片根据采集到的逆变电路高压交流输出端的电压信号来调节其所发出的驱动信号的脉冲宽度，通过控制所述四个MOS管Q4、Q5、Q6、Q7发出驱动信号以控制逆变电路的低压直流输入端。

优选的是，所述逆变电路的低压直流输入端还连接有电流保护电路，所述电流保护电路分别与逆变电路的低压直流输入端和控制驱动芯片相连，通过对逆变电路的低压直流输入端进行电流采样并作出判断，再通过控制驱动芯片来控制逆变电路的开断。

所述电流保护电路可包括电流保护芯片和连接在逆变电路低压直流输入端的分流器RF1，所述电流保护芯片分别与分流器RF1以及控制驱动芯片相连，由分流器RF1对逆变器的低压直流输入端进行电流采样并将所采集到的电流信号传送给电流保护芯片，由电流保护芯片作出开断的判断后，再通过控制驱动芯片来控制逆变器的开断。

更优选的是，该太阳能户用电源还可包括有太阳能充电控制电路，所述太阳能充电控制电路包括在蓄电池组输入端的两个MOS管Q1、Q2以及与所述两个MOS管Q1、Q2分别相连的充电控制驱动芯片，由充电控制驱动芯片采集蓄电池组的输入电压，并通过控制两个MOS管Q1、Q2使蓄电池组进行恒压恒流充电。

进一步优选的是，蓄电池组的一个输出端有直流输出连接端子J2，在该输出端与直流输出连接端子J2之间可接有直流输出控制电路，所述直流输出控制电路包括所述充电控制驱动芯片以及连接在蓄电池组的输出端与直流输出接口之间的MOS管Q3，所述充电控制驱动芯片与所述MOS管Q3连接，充电控制驱动芯片还与控制驱动芯片相连，由充电控制驱动芯片采集蓄电池组的输出电压，并通过控制MOS管Q3来控制蓄电池组的直流输出端。

本实用新型由于采用相位超前校正措施，使得修正正弦波的输出波形稳定为220V，频率为50Hz。系统有欠压、过压保护，过载、短路保护，极性反接保护等功能。

本实用新型太阳能户用电源是一种高效率低成本的控制逆变一体机，它将太阳能光伏组件中产生的电能存储于蓄电池中，然后将12V直流电压变换为单相220V频率为50Hz的修正正弦波交流电，可以给使用220V市电的设备独立供电。其外观新颖小巧，保护功能完善，效率高，应用范围广泛，方便了无电地区家庭民用设备在无电网情况下的使用。

本实用新型的转换效率可以达到92％以上，既可作为独立的家用太阳能户用电源单独运行，又在车载电源等场合使用。无论在有电网的地区，还是在远离电网的偏远有阳光的地区使用，都具有广泛的适用性。它的推广应用，无论在环境保护方面，还是节能降耗方面，都具有无可比拟的优势。

附图说明

图1为本实施例中太阳能户用电源的整体方框图

图2为本实施例中低压控制驱动芯片SG2525输出PWM控制的电路原理图

图中：J1—光伏输入连接端子　J2—直流输出连接端子　J3—交流输出连接端子　F1、F2—保险片　Q1、Q2、Q3—MOS管　Q4、Q5、Q6、Q7—MOS管　FL1、FL2—分流器输入端子　EC1、EC2—电解电容　RF1—分流器　D2、D3—二极管　R1、R2、R3、R4、R5、R6—电阻　C1、C2—电容　T1—工频变压器

具体实施方式

以下结合实施例和附图，对本实用新型作进一步详细描述。

下面实施例为本实用新型的非限定性实施例。

如图1所示，本实用新型太阳能户用电源包括有太阳能充电电路、太阳能充电控制电路、逆变电路、控制电路、直流输出控制电路。

太阳能充电电路中包括有太阳能光伏组件和蓄电池组，太阳能光伏组件通过光伏输入连接端子J1接入。本实施例中，逆变电路中的变压器采用工频变压器T1。

所述控制电路分别与逆变电路的低压直流输入端及高压交流输出端相连。本实施例中，控制电路包括控制驱动芯片以及连接在蓄电池组与逆变电路低压直流输入端之间的四个MOS管Q4、Q5、Q6、Q7(所述四个MOS管与工频变压器T1构成的推挽电路，用于斩波)。其中，控制驱动芯片采用SG2525，四个MOS管采用IRF3205。所述四个MOS管Q4、Q5、Q6、Q7分别与控制驱动芯片SG2525的控制输出端相连，控制驱动芯片SG2525还与逆变电路的高压交流输出端相连。控制电路采用PWM控制电路，PWM控制电路可根据采集到的逆变电路高压交流输出端的电压信号，来调节其所发出驱动信号的脉冲宽度，通过控制所述四个MOS管发出的驱动信号以控制逆变电路的低压直流输入端的工作，从而可以控制逆变电路的高压交流输出电压。

通过控制驱动芯片SG2525的控制可以将直流电压通过工频变压器T1变为高压的50Hz的交流电能，四个MOS管形成两组，MOS管Q4、Q6一组并联，MOS管Q5、Q7一组并联，做成并联电路是为了增大功率，以利于MOS管的散热。

具体来说，控制电路的PWM控制方式，主要是利用控制驱动芯片SG2525的脉宽调制功能，其输出的两路互补的驱动信号(SG2525的基本控制输出功能)，分别控制MOS管Q4、Q5、Q6、Q7同时发出驱动信号，四只MOS管同时工作，经过工频变压器T1隔离升压输出交流电压，控制驱动芯片SG2525接于工频变压器T1高压交流输出端的一端将输出的高压交流电反馈，反馈信号经RC滤波电路(由二极管D2、D3、电阻R1、R3、电容C2组成的滤波电路，见图2)后，返回控制驱动芯片SG2525，控制驱动芯片SG2525根据采集到的反馈电压，进行相位超前矫正电路运算分析：如果反馈电压高于220V，就减小驱动信号的占空比；低于220V，就增大驱动信号的占空比。也就是说，反馈信号经过RC滤波电路驱除杂波的干扰然后延时，输出的电压反馈给控制驱动芯片SG2525的反相输入1脚和补偿控制脚9脚，来调节控制驱动芯片SG2525的驱动输出信号的脉冲宽度，当输出的电压高于设定值220V时，通过图2中的由电阻R4、电容C1、电阻R2、R5、R6组成的脉宽矫正电路，使控制驱动芯片SG2525的输出脉宽减少；反之，则增大脉宽。这样，最后本实用新型户用电源所输出的就是频率为50Hz、电压为220V的修正正弦波，保证了输出的波型和电压稳定可靠。

在逆变电路的直流输入端还连接有电流保护电路，电流保护电路用于对输出端的过载、短路、不可自动恢复关断进行保护，手动可以恢复。所述电流保护电路分别与逆变电路的低压直流输入端和控制驱动芯片SG2525相连，通过对逆变电路的低压直流输入端进行电流采样并作出开断的判断，再通过控制驱动芯片SG2525来控制逆变电路的工作。

本实施例中，所述电流保护电路包括电流保护芯片和连接在逆变电路低压直流输入端的分流器RF1。其中，电流保护芯片采用LM258，所述电流保护芯片LM258分别与分流器RF1以及控制驱动芯片SG2525相连，由分流器RF1通过外围采集电路(外围电路未画出)对逆变电路的低压直流输入端进行电流采样并将所采集到的电流信号传送给电流保护芯片LM258，由电流保护芯片LM258根据采集的信息进行判断，再通过输出5V高电平或低电平来控制控制驱动芯片SG2525的10脚(图1中未标出)使控制关断(通10脚以5V高电平)，从而控制逆变电路的开断。

所述太阳能充电控制电路包括设于蓄电池组输入端的两个MOS管Q1、Q2以及与两个MOS管Q1、Q2分别相连的充电控制驱动芯片，充电控制驱动芯片还与控制驱动芯片SG2525相连。本实施例中，充电控制驱动芯片采用PIC16F676，充电控制驱动芯片PIC16F676可检测外部太阳能电池板的存在，并采集蓄电池组的输入电压、存储容量(PIC16F676自带有电压采集模块)，通过控制两个串联的MOS管Q1、Q2(MOS管的电压损耗小，但是自身的结构决定了只能单向关断电流，所以用两只MOS管来控制充电)来对蓄电池组进行恒流、恒压控制，以对蓄电池组进行PWM方式的充电：如果蓄电池组的输入电压小于13.8V，控制蓄电池组进行恒流充电；如果蓄电池组的输入电压大于13.8V时控制蓄电池组以PWM方式进行恒压充电，以延长蓄电池组的使用寿命。

蓄电池组的输出端有直流输出连接端子J2(可以直接接直流负载)，在该输出端与直流输出连接端子J2之间接有直流输出控制电路。

本实施例中，所述直流输出控制电路包括所述充电控制驱动芯片PIC16F676以及连接在蓄电池组输出端的MOS管Q3，所述充电控制驱动芯片PIC16F676与所述MOS管Q3的控制极连接，由充电控制驱动芯片PIC16F676(自身有电压检测模块)采集蓄电池组的输出电压(在直流输出连接端子J2两端采集)对MOS管Q3进行控制，并通过控制MOS管Q3来控制蓄电池组的输出电压与负载，从而具有稳压作用，最终用于保护蓄电池组。

事实上，蓄电池组的输入电压的过压、欠压关断和可恢复控制的电压采集都是由充电控制驱动芯片PIC16F676的AD采集模块来完成。充电控制驱动芯片PIC16F676如果采集到蓄电池组的输出电压(直流输出连接端子J2的电压)过低的信号，就以5V高电平传送给控制驱动芯片SG2525，控制驱动芯片SG2525接收到此信号，就停止工作；当蓄电池组电压正常后，充电控制驱动芯片PIC16F676传送给控制驱动芯片SG2525低电平，控制驱动芯片SG2525继续工作，以此共同参与蓄电池组的状态来控制交流输出。

充电控制驱动芯片PIC16F676可对蓄电池组输入电压的过压、欠压关断和可恢复进行相应的控制，蓄电池组输出端的过载、短路则由电路保护芯片LM258根据情况做出判断，再进行相应的控制。充电控制驱动芯片PIC16F676和电路保护芯片LM258的保护功能可以使得本实用新型太阳能户用电源系统的输入、输出安全可靠。

本实施例中，控制驱动芯片SG2525为脉宽调节驱动芯片，利用内部推挽驱动接口(控制驱动芯片SG2525的11、14管脚)输出来驱动各MOS管，工频变压器原边使用推挽式工作(三种变压器的工作方式之一)，使其转换效率高，负载能力强，不存在磁滞饱和问题，组成的转换电路，将低压直流电流变成交变电流，再通过工频变压器T1升压为高压交流电。

所述的输出220V，50Hz的电压由控制驱动芯片SG2525经过工频变压器T1的辅助隔离输出绕组，再由控制驱动芯片SG2525的驱动控制补偿9脚与外围辅助控制1脚完成。

本实用新型太阳能户用电源的整个工作过程是，蓄电池组中的直流电能，一路经过保险片F1、F2(进行系统内部短路保护)后，如果电流大于保险片F1、F2的标称值就断开，小于则正常，供直流负载使用；另一路经过电解电容EC1、EC2(平波电容，为25V/4700uF)后，作用是使经过电解电容EC1、EC2的电压变得平稳，然后经过工频变压器T1，到MOS管Q4、Q6，Q5、Q7，到蓄电池组的负极结束；经过工频变压器原边的电流，在副边变换为交流高压电流，供给负载使用。

直流充电过程和放电过程，在前面已经讲述，此处不在赘述。

Claims (10)

1.一种太阳能户用电源，包括太阳能充电电路和逆变电路，太阳能充电电路中包括有太阳能光伏组件和蓄电池组，其特征在于还包括有控制电路，所述控制电路分别与逆变电路的低压直流输入端及高压交流输出端相连，通过采集逆变电路高压交流输出端的电压信号并与其内部设定值进行比较后作出判断，再发出驱动信号来控制逆变电路的低压直流输入端，从而对逆变电路的高压交流输出端进行控制。

2.根据权利要求1所述的太阳能户用电源，其特征在于所述控制电路采用PWM控制电路，PWM控制电路根据采集的电压信号，来调节其所发出的驱动信号的脉冲宽度，以控制逆变电路的高压交流输出电压。

3.根据权利要求2所述的太阳能户用电源，其特征在于所述控制电路包括控制驱动芯片以及连接在蓄电池组与逆变电路低压直流输入端之间的四个MOS管(Q4、Q5、Q6、Q7)，所述四个MOS管(Q4、Q5、Q6、Q7)分别与控制驱动芯片的控制输出端相连，控制驱动芯片还与逆变电路的高压交流输出端相连，控制驱动芯片根据采集到的逆变电路高压交流输出端的电压信号来调节其所发出的驱动信号的脉冲宽度，通过控制所述四个MOS管(Q4、Q5、Q6、Q7)发出驱动信号以控制逆变电路的低压直流输入端。

4.根据权利要求3所述的太阳能户用电源，其特征在于所述控制驱动芯片采用SG2525芯片。

5.根据权利要求3所述的太阳能户用电源，其特征在于所述逆变电路的低压直流输入端还连接有电流保护电路，所述电流保护电路分别与逆变电路的低压直流输入端和控制驱动芯片相连，通过对逆变电路的低压直流输入端进行电流采样并作出判断，再通过控制驱动芯片来控制逆变电路的开断。

6.根据权利要求5所述的太阳能户用电源，其特征在于所述电流保护电路包括电流保护芯片和连接在逆变电路低压直流输入端的分流器(RF1)，所述电流保护芯片分别与分流器(RF1)以及控制驱动芯片相连，由分流器RF1对逆变器的低压直流输入端进行电流采样并将所采集到的电流信号传送给电流保护芯片，由电流保护芯片作出开断的判断后，再通过控制驱动芯片来控制逆变器的开断。

7.根据权利要求6所述的太阳能户用电源，其特征在于所述电流保护芯片采用LM258芯片。

8.根据权利要求3—7之一所述的太阳能户用电源，其特征在于还包括有太阳能充电控制电路，所述太阳能充电控制电路包括在蓄电池组输入端的两个MOS管(Q1、Q2)以及与所述两个MOS管(Q1、Q2)分别相连的充电控制驱动芯片，由充电控制驱动芯片采集蓄电池组的输入电压，并通过控制两个MOS管(Q1、Q2)使蓄电池组进行恒压恒流充电。

9.根据权利要求8所述的太阳能户用电源，其特征在于所述充电控制驱动芯片采用PIC16F676芯片。

10.根据权利要求8所述的太阳能户用电源，其特征在于蓄电池组的输出端有直流输出连接端子J2，在该输出端与直流输出连接端子之间接有直流输出控制电路，所述直流输出控制电路包括所述充电控制驱动芯片以及连接在蓄电池组的输出端与直流输出接口之间的MOS管(Q3)，所述充电控制驱动芯片与所述MOS管(Q3)连接，充电控制驱动芯片还与控制驱动芯片相连，由充电控制驱动芯片采集蓄电池组的输出电压，并通过控制MOS管(Q3)来控制蓄电池组的直流输出端。

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