CN201918729U

CN201918729U - 一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路

Info

Publication number: CN201918729U
Application number: CN2010206855763U
Authority: CN
Inventors: 韩军良; 徐海波; 宋青华; 陈敬峰
Original assignee: Guangdong East Power Co Ltd
Current assignee: Guangdong East Power Co Ltd
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2020-12-29

Abstract

一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，设置有太阳能电池、蓄电池、保险丝、微处理器单元、第一电源单元、第二电源单元、第一驱动单元、第二驱动单元、MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、二极管D1、二极管D2、太阳能电池反接检测单元和蓄电池反接检测单元。本实用新型通过太阳能电池反接检测单元和蓄电池反接检测单元，以及第一驱动单元和第二驱动单元，能在太阳能电池正、负极性反接或蓄电池正、负极性反接时立即产生保护功能，避免太阳能电池对蓄电池进行反向充电事故的发生，有效地保护了蓄电池、太阳能电池以及太阳能充电控制器本身的安全以及人身安全。电路结构简单，具有双重防反接保护功能，保护功能完善，效果良好。

Description

一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路

技术领域

本实用新型涉及太阳能充电控制器技术，特别是涉及一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路。

背景技术

太阳能充电控制器用于太阳能电池向蓄电池充电过程的全程控制，在使用过程中，如果操作不当，造成控制器输入端的蓄电池正、负极性反接，或者控制器输入端的太阳能电池正、负极性反接，或者两者的正、负极性同时反接，这样在充电过程中，会导致太阳能电池对蓄电池进行反向充电事故的发生，造成的后果是，轻则损坏蓄电池，重则产生强烈的火花放电，严重影响蓄电池的使用寿命，更严重的会导致蓄电池过热发生爆炸，极易造成财产损失和人身安全事故的发生。而目前现有的太阳能充电控制器都没有这方面的反接保护措施，存在安全隐患。

针对现有技术不足，故提供一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路以解决现有技术不足甚为必要。

发明内容

本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路。

本实用新型的目的通过以下技术措施实现。

一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，设置有太阳能电池、蓄电池、保险丝、微处理器单元、第一电源单元、第二电源单元、第一驱动单元、第二驱动单元、MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、二极管D1、二极管D2、太阳能电池反接检测单元和蓄电池反接检测单元；

太阳能电池的正极S+、太阳能反接检测单元的810端、二极管D2的正极、D1的正极、蓄电池反接检测单元的910端与保险丝的一端连接，保险丝的另一端与蓄电池的正极B+连接；

太阳能电池反接检测单元的830端与微处理器单元的320端连接，二极管D2的负极与第二电源单元的510端连接，第二电源单元的530端与第二驱动单元的710端连接；

微处理器单元的310端与第一电源单元的430端连接，微处理器的330端与第一驱动单元的620端、第二驱动单元的720端连接；

第二驱动单元的730端与蓄电池反接检测单元的930端连接，第二驱动单元的740端与MOSFT管Q2的栅极连接；

MOSFET管Q2的源极、第二电源单元的520端、太阳能电池反接检测单元的820端与太阳能电池的负极S-连接；

MOSFET管Q2的漏极与MOSFET管Q1的漏极连接，第一驱动单元的620端与MOSFET管Q1的栅极连接；

二极管D1的负极与第一电源单元的410端连接，第一电源单元的440端与第一驱动单元的610端连接，

第一电源单元的420端、MOSFET管Q1的源极、蓄电池反接检测单元的920端与蓄电池的负极BGND连接。

所述处理器单元设置为型号为PIC16F887的芯片。

所述二极管D1的型号为1N4148。

所述二极管D2的型号为1N4148。

所述MOSFET管Q1的型号为IRFB4110PbF。

所述MOSFET管Q2的型号为IRFB4110PbF。

所述太阳能电池反接检测单元设置有光偶U1、电阻R1和电阻R2，光偶U1的1脚与太阳能电池的负极S-连接，光偶U1的2脚与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与太阳能电池的正极S+连接，光偶U1的3脚与蓄电池的负极BGND连接，电阻R2的一端与电源+VB2连接，电阻R2的另一端、光偶U1的4脚与输出信号端PVInverseFlag连接，输出信号端PVInverseFlag与微处理器单元的320端连接。

所述光偶U1的型号为TLP521。

所述蓄电池反接检测单元设置有光偶U2、电阻R7和二极管D6，光偶U2的1脚与蓄电池负极BGND连接，电阻R7的一端与蓄电池的正极B+连接，电阻R7另一端与光偶U2的2脚连接，光偶U2的3脚与二极管D6的正极连接，二极管D6的负极与太阳能电池的负极S-连接，光偶U2的4脚与输出信号端BattInverseFlag连接，输出信号端BattInverseFlag与第二驱动单元的730端连接。

所述光偶U2的型号为TLP521。

本实用新型的一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，设置有太阳能电池、蓄电池、保险丝、微处理器单元、第一电源单元、第二电源单元、第一驱动单元、第二驱动单元、MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、二极管D1、二极管D2、太阳能电池反接检测单元和蓄电池反接检测单元；太阳能电池的正极S+、太阳能反接检测单元的810端、二极管D2的正极、D1的正极、蓄电池反接检测单元的910端与保险丝的一端连接，保险丝的另一端与蓄电池的正极B+连接；太阳能电池反接检测单元的830端与微处理器单元的320端连接，二极管D2的负极与第二电源单元的510端连接，第二电源单元的530端与第二驱动单元的710端连接；微处理器单元的310端与第一电源单元的430端连接，微处理器的330端与第一驱动单元的620端、第二驱动单元的720端连接；第二驱动单元的730端与蓄电池反接检测单元的930端连接，第二驱动单元的740端与MOSFT管Q2的栅极连接；MOSFET管Q2的源极、第二电源单元的520端、太阳能电池反接检测单元的820端与太阳能电池的负极S-连接；MOSFET管Q2的漏极与MOSFET管Q1的漏极连接，第一驱动单元的620端与MOSFET管Q1的栅极连接；二极管D1的负极与第一电源单元的410端连接，第一电源单元的440端与第一驱动单元的610端连接，第一电源单元的420端、MOSFET管Q1的源极、蓄电池反接检测单元的920端与蓄电池的负极BGND连接。本实用新型通过太阳能电池反接检测单元和蓄电池反接检测单元，以及第一驱动单元和第二驱动单元，能够在太阳能电池正、负极性反接或蓄电池正、负极性反接的情况下立即产生保护功能，避免太阳能电池对蓄电池进行反向充电事故的发生，有效地保护了蓄电池、太阳能电池以及太阳能充电控制器本身的安全以及人身安全。电路结构简单，具有双重防反接保护功能，保护功能完善，效果良好。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本实用新型的任何限制。

图1是本实用新型的一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路的电路图。

图2是图1的太阳能电池反接检测单元的电路图。

图3是图1的蓄电池反接检测单元的电路图。

图4是本实用新型的一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路的第一驱动单元的电路图。

图5是本实用新型的一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路的第二驱动单元的电路图。

在图1、图2、图3、图4和图5中，包括：

太阳能电池100、蓄电池200、微处理器单元300、

第一电源单元400、第二电源单元500、

第一驱动单元600、第二驱动单元700、

太阳能电池反接检测单元800、蓄电池反接检测单元900。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。

一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，如图1、图2、图3、图4和图5所示，设置有太阳能电池100、蓄电池200、保险丝、微处理器单元300、第一电源单元400、第二电源单元500、第一驱动单元600、第二驱动单元700、MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、二极管D1、二极管D2、太阳能电池反接检测单元800和蓄电池反接检测单元900。

太阳能电池100的正极S+、太阳能反接检测单元的810端、二极管D2的正极、D1的正极、蓄电池反接检测单元900的910端与保险丝的一端连接，保险丝的另一端与蓄电池200的正极B+连接。

太阳能电池反接检测单元800的830端与微处理器单元300的320端连接，二极管D2的负极与第二电源单元500的510端连接，第二电源单元500的530端与第二驱动单元700的710端连接。

微处理器单元300的310端与第一电源单元400的430端连接，微处理器的330端与第一驱动单元600的620端、第二驱动单元700的720端连接。

第二驱动单元700的730端与蓄电池反接检测单元900的930端连接，第二驱动单元700的740端与MOSFT管Q2的栅极连接。

MOSFET管Q2的源极、第二电源单元500的520端、太阳能电池反接检测单元800的820端与太阳能电池100的负极S-连接。

MOSFET管Q2的漏极与MOSFET管Q1的漏极连接，第一驱动单元600的620端与MOSFET管Q1的栅极连接。

二极管D1的负极与第一电源单元400的410端连接，第一电源单元400的440端与第一驱动单元600的610端连接，第一电源单元400的420端、MOSFET管Q1的源极、蓄电池反接检测单元900的920端与蓄电池200的负极BGND连接。

处理器单元设置为型号为PIC16F887的芯片，二极管D1的型号为1N4148，二极管D2的型号为1N4148。

MOSFET管Q1的型号为IRFB4110PbF，MOSFET管Q2的型号为IRFB4110PbF。

本实用新型通过增加太阳能电池反接检测单元800和蓄电池反接检测单元900，通过微处理器单元300和功率MOSFET管 Q1的第一驱动单元600、功率MOSFET管 Q2的第二驱动单元700，联合控制功率MOSFET 管Q1和功率MOSFET管 Q2的开通和关断，就可以防止太阳能电池100向蓄电池200反向充电事故的发生。

通过在第一电源单元400的输入端加一个二极管D1，防止在蓄电池200反接的情况下而导致第一电源单元400造成损坏。

功率MOSFET 管Q1构成正向充电回路开关单元，功率MOSFET管 Q2构成防倒流单元，另一方面，功率MOSFET 管Q1和功率MOSFET管 Q2构成了一个双向开关，可以控制正向充电和反向充电，本实用新型的目的就是要避免反向充电的发生。

如图2所示，太阳能电池反接检测单元800设置有光偶U1、电阻R1和电阻R2，光偶U1的型号为TLP521。光偶U1的1脚与太阳能电池100的负极S-连接，光偶U1的2脚与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与太阳能电池100的正极S+连接，光偶U1的3脚与蓄电池200的负极BGND连接，电阻R2的一端与电源+VB2连接，电阻R2的另一端、光偶U1的4脚与输出信号端PVInverseFlag连接，输出信号端PVInverseFlag与微处理器单元300的320端连接。

当太阳能电池100反接时，光偶U1的输出信号端PVInverseFlag输出信号给处理器，处理器将采取相应的控制措施，防止太阳能电池100反接所造成的影响。采用TLP521的光偶U1，检测更加精确。

如图3所示，蓄电池反接检测单元900设置有光偶U2、电阻R7和二极管D6，光偶U2的型号为TLP521。光偶U2的1脚与蓄电池200负极BGND连接，电阻R7的一端与蓄电池200的正极B+连接，电阻R7另一端与光偶U2的2脚连接，光偶U2的3脚与二极管D6的正极连接，二极管D6的负极与太阳能电池100的负极S-连接，光偶U2的4脚与输出信号端BattInverseFlag连接，输出信号端BattInverseFlag与第二驱动单元700的730端连接。

如图4所示第一驱动单元600设置有电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D3、二极管D4、二极管D5、NPN型三极管Q3、NPN型三极管Q4和PNP型三极管Q5。

电阻R5的一端与蓄电池200正极端B+连接，电阻R5的另一端与二极管D5负极连接，二极管D5正极、电阻R6的一端、三极管Q3的集电极、三极管Q4的基极与三极管Q5的基极连接，电阻R6的另一端、三极管Q4的集电极与电源正极VB1连接。

二极管D4的正极与太阳能电池100负极S-连接，二极管负极与电阻R4的一端连接。二极管D3正极与PWM端连接，二极管D3负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端、电阻R4的另一端与三极管Q3的基极连接。

三极管Q3的发射极与蓄电池200负极输入端BGND连接，三极管Q4的发射极、三极管Q5的发射极与信号输出端DRV1连接。

其中，三极管Q3的型号为MMBT4401，三极管Q4的型号为MMBT4401，三极管Q5的型号为MMBT4403。

二极管D3的型号为1N4148，二极管D4的型号为1N4148，二极管D5的型号为1N4148。

如图5所示，第二驱动单元700设置有电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、二极管D7、NPN型三极管Q6、PNP型三极管Q7、NPN型三极管Q8、NPN型三极管Q9和PNP型三极管Q10。

电阻R8的一端与输入电源VB2连接，电阻R8另一端、电阻R9一端与PWM信号端连接，电阻R9另一端与三极管Q6的基极连接，三极管Q6的发射极与蓄电池200负极BGND连接，三极管Q6的集电极与电阻R11一端连接，电阻R11另一端、电阻R10的一端与三极管Q7的基极连接，电阻R10的另一端、三极管Q7的发射极与输入电源VB1连接，三极管Q7的集电极与二极管D7正极连接，二极管D7负极与电阻R12一端连接，电阻R12另一端、电阻R13一端与三极管Q8基极连接，电阻R13另一端、三极管Q8的发射极、三极管Q10的集电极与太阳能电池100负极端S-连接，电阻R14一端、三极管Q9的集电极与输入电源VS1连接，电阻R14另一端、三极管Q8的集电极、三极管Q9的基极、三极管Q10的基极与蓄电池200反接信号输入端BattInverseFlag连接，三极管Q9的发射极、三极管Q10的发射极与驱动信号输出端DRV2连接。

其中，三极管Q6的型号为MMBT4401，三极管Q7的型号为MMBT4403，三极管Q8的型号为MMBT4401，三极管Q9的型号为MMBT4401，三极管Q10的型号为MMBT4403，二极管D7的型号为1N4148。

本实用新型一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其具体的防反接保护原理如下。

（1）蓄电池200正常连接，太阳能电池100反接时。

由于蓄电池200正常连接，因此第一电源单元400正常工作，太阳能电池100反接，由于二极管D2的反向阻断作用，第二电源单元500不能工作，从而不能给功率MOSFET 管Q2提供供电电源。

此时，太阳能电池100负极输入端的电压高于正极输入端的电压，电流可经过功率MOSFET 管Q2的寄生体二极管由它的源极流向漏极，为避免反向充电，功率MOSFET 管Q1必须关断。本实用新型的共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，可以通过两种方式断开Q1。

一是太阳能电池反接检测单元800检测到太阳能电池100反接，向微控制器发出信号，微控制器通过PWM信号经过第一驱动单元600，关断功率MOSFET 管Q1。

二是在第一驱动单元600中加装保护单元。太阳能电池100反接，蓄电池200正常连接时，电平S-的电压高于电平BGND的电压，电平S-通过二极管D4、电阻R4产生的正电压，使NPN型三极管Q3导通，三极管Q3的集电极变为低电平，从而使由NPN型三极管Q4、PNP型三极管Q5构成的推挽电路输出信号DRV1为低电平，从而关断了功率MOSFET Q1，防止了对蓄电池200的反向充电。

（2）蓄电池200反接，太阳能电池100正常连接时。

蓄电池200反接，由于二极管D1的反向阻断作用，第一电源单元400不能工作，从而不能给功率MOSFET Q2和微控制器单元提供供电电源，微控制器单元不能工作。太阳能电池100正常连接，第二电源单元500正常工作。

此时，电平BGND的电压高于太阳能负极S-的电压，电流可经过功率MOSFET Q1的寄生体二极管由它的源极流向漏极，为避免反向充电，功率MOSFET Q2必须关断。由于微控制器单元没有供电电源，因此不能正常工作，故功率MOSFET管 Q2的关断只能通过第二驱动单元700。

蓄电池反接检测单元900提供的信号，使第二驱动单元700输出低电平。蓄电池200反接时，光偶U2内部发光二极管导通，通过U2的输出端把由NPN型三极管Q9、PNP型三极管Q10构成的推挽电路的输入端电平拉低，从而使推挽电路的输出信号DRV2为低电平，从而实现了功率MOSFET 管Q2的关断。

（3）蓄电池200反接，太阳能电池100反接时。

蓄电池200反接，由于二极管D1的反向阻断作用，第一电源单元400不能工作。太阳能电池100反接，由于二极管D2的反向阻断作用，第二电源单元500不能工作。

蓄电池200反接，太阳能电池100反接，此时分两种情况：

<1>: 当

Figure 2010206855763100002DEST_PATH_IMAGE001

时，电平S-的电压高于电平BGND的电压，电流可经过功率MOSFET管 Q2的寄生体二极管由它的源极流向漏极。由于蓄电池反接，系统掉电，微处理器不能正常工作，从而不能对充电进程进行控制，为避免不可控的情形发生，功率MOSFET管 Q1必须关断。本实用新型提供的解决方案是：

电平S-的电压高于电平BGND的电压，电平S-通过二极管D4、电阻R4产生的正电压，使NPN型三极管Q3导通，三极管Q3的集电极变为低电平。同时，由于蓄电池200反接，电平B+的电压比电平BGND的电压低，电平B+通过电阻R5和二极管D5，把三极管Q3的集电极的电压拉低到电平BGND之下，使NPN型三极管Q4、PNP型三极管Q5构成的推挽电路的基极输入电压低于电平BGND,从而使由三极管Q4、三极管Q5构成的推挽电路输出电压信号DRV1为低电平，从而关断了功率MOSFET管 Q1。

<2>: 当

时，电平BGND的电压高于电平S-的电压，电流可经过功率MOSFET 管Q1的寄生体二极管由它的源极流向漏极，为避免反向充电，以及避免夜间蓄电池对太阳能电池放电情形的发生，功率MOSFET 管Q2必须关断。由于微控制器单元没有供电电源不能正常工作，因此功率MOSFET 管Q2的关断只能通过第二驱动单元700来实现。本实用新型提供的解决方案是：

蓄电池200反接时，光偶U2内部发光二极管导通，通过U2的输出端把由NPN型三极管Q9、PNP型三极管Q10构成的推挽电路的输入端电平拉低，从而使推挽电路的输出信号DRV2为低电平，这样就实现了功率MOSFET 管Q2的关断。

本实用新型的共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，具有以下特点：

1、电路结构简单，技术新颖，方案独特，效果良好。如果在使用过程中发生了误操作，即使在太阳能电池100正、负极性或蓄电池200正、负极性反接的情况下，或者两者都同时反接的情况下，避免了太阳能电池100对蓄电池200进行反向充电事故的发生，有效地保护了蓄电池200、太阳能充电控制器和太阳能电池100的安全以及人身安全。

2、双重防反接保护功能，保护功能完善。第一重保护是通过硬件电路实现独立、快速、完全的防保护功能，第二重保护是通过微控制器由软件保护模块实现，提供了一种辅助保护功能。

3、在太阳能电池、蓄电池正确连接的情况下，反接检测电路处于休眠状态，不消耗功率，系统的整体效率高，只有出现太阳能电池或蓄电池反接的情况下，反接检测电路才启动工作，对系统进行可靠保护。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其特征在于：设置有太阳能电池、蓄电池、保险丝、微处理器单元、第一电源单元、第二电源单元、第一驱动单元、第二驱动单元、MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、二极管D1、二极管D2、太阳能电池反接检测单元和蓄电池反接检测单元；

二极管D1的负极与第一电源单元的410端连接，第一电源单元的440端与第一驱动单元的610端连接；

2.根据权利要求1所述的共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其特征在于：所述微处理器单元设置为型号为PIC16F887的芯片。

3.根据权利要求1所述的共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其特征在于：所述二极管D1的型号为1N4148。

4.根据权利要求1所述的共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其特征在于：所述二极管D2的型号为1N4148。

5.根据权利要求1所述的共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其特征在于：所述MOSFET管Q1的型号为IRFB4110PbF。

6.根据权利要求1所述的共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其特征在于：所述MOSFET管Q2的型号为IRFB4110PbF。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其特征在于：所述太阳能电池反接检测单元设置有光偶U1、电阻R1和电阻R2，光偶U1的1脚与太阳能电池的负极S-连接，光偶U1的2脚与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与太阳能电池的正极S+连接，光偶U1的3脚与蓄电池的负极BGND连接，电阻R2的一端与电源+VB2连接，电阻R2的另一端、光偶U1的4脚与输出信号端PVInverseFlag连接，输出信号端PVInverseFlag与微处理器单元的320端连接。

8.根据权利要求7所述的共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其特征在于：所述光偶U1的型号为TLP521。

9.根据权利要求1至6任意一项所述的共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其特征在于：所述蓄电池反接检测单元设置有光偶U2、电阻R7和二极管D6，光偶U2的1脚与蓄电池负极BGND连接，电阻R7的一端与蓄电池的正极B+连接，电阻R7另一端与光偶U2的2脚连接，光偶U2的3脚与二极管D6的正极连接，二极管D6的负极与太阳能电池的负极S-连接，光偶U2的4脚与输出信号端BattInverseFlag连接，输出信号端BattInverseFlag与第二驱动单元的730端连接。

10.根据权利要求9所述的共正极结构的太阳能充电控制器的防反接保护电路，其特征在于：所述光偶U2的型号为TLP521。