CN202586382U - 具有充放电功能的光伏离网型48v控制电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，其中光伏电池检测电路检测太阳能电池组件的电压；MOS驱动电路对充电回路和放电回路进行切断或启动；单片机供电电路提供电源；蓄电池检测电路，检测蓄电池的电压；防反冲电路，防止蓄电池反向充电；负载过流检测电路，监测负载是否过流、短路；控制电路为单片机，通过MOS驱动电路控制负载的供、断电；内部环境温度检测电路监测线路板的温度。本实用新型具有防止蓄电池过充与过放，以及防止负载过流、短路的保护功效，可提高太阳电池组件的充电效率，提升系统发电量，缩短系统成本的回收周期。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种利用太阳能向蓄电池充电，为负载供电的控制电源，尤其涉及一种具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源。
背景技术
鉴于现有相关资料对光伏充放电控制器的探讨多是以实现某些具体功能为切入点，忽略了光伏充放电控制器性能指标的优化设计问题，而且在供电系统方面原有60V的供电系统已被淘汰，长途干线光缆-24V和+24V系统已被改造或统一成48V电源供电，而现在市面上大多为DC12V和DC24V控制系统，控制器也是只针对其中一种电压或者是12V/24V自动识别，电压使用范围窄，对48V系统涉及较少。
实用新型内容
本实用新型是针对上述现有技术的缺陷提供了一种具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，它在光伏工程上具有宽广的适用范围，能够提高太阳电池组件的使用效率，缩短光伏系统的回收周期，延长蓄电池的使用寿命。
为了实现上述目的本实用新型采用如下技术方案：
一种具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，包括光伏电池检测电路、MOS驱动电路、单片机供电电路、蓄电池检测电路、防反冲电路、负载过流检测电路、控制电路以及内部环境温度检测电路；
其中，光伏电池检测电路检测太阳能电池组件的电压，送入控制电路，作为太阳电池组件的电压检测信号，实现具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源的光控开关；
MOS驱动电路在控制电路控制下，在工作异常时对充电回路和放电回路切断；在工作正常时，则重新启动相应电路工作；
单片机供电电路产生稳定的DC5V电压，为控制电路提供电源；
蓄电池检测电路，检测蓄电池的电压，送入控制电路；
防反冲电路，防止蓄电池反向充电；
负载过流检测电路，监测负载是否过流、短路；若工作正常，则对负载持续供电；若工作异常，则关断对负载的供电；
控制电路为单片机，单片机通过蓄电池检测电路，检测蓄电池电压，若蓄电池处于满荷状态，电压过高，则控制电路通过MOS驱动电路，切断充电回路；反之，控制电路则开通充电回路，利用太阳能电池组件对蓄电池充电；
控制电路通过MOS驱动电路，开通负载回路，利用蓄电池对负载供电，通过负载过流检测电路，监测负载是否过流、短路；若工作正常，则对负载持续供电；若工作异常，则关断对负载的供电；
内部环境温度检测电路监测线路板的温度，当温度超过极限值时，所述的具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源自动停止工作。
所述光伏电池检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C3，其中电阻R4、电阻R5串联后并联在太阳能电池组件的输入输出端之间，太阳电池组件通过串联的电阻R4、电阻R5形成闭环回路，电阻R4的分压通过电阻R6、电容C3传送至单片机管脚，该电压值A/D转换后传送给单片机，作为太阳电池组件的电压检测信号。
所述MOS驱动电路由两部分组成，一是MOS管I驱动的充电电路，二是MOS管II驱动的放电电路，每部分的结构相同，其中：
充电电路中，三极管Q1发射极接光伏电池正极，集电极经串联的电阻R7、电阻R8接光伏电池负极，三极管Q1的基极接单片机的PWM1 端；电阻R8并联二极管W3以及MOS管I的栅极和源极，MOS管I漏极接单片机供电电路；
放电电路中，三极管Q5发射极接蓄电池正极，集电极经串联的电阻R32、电阻R33接蓄电池负极；三极管Q5基极接单片机的FZ端；电阻R33并联二极管W6及MOS管II的栅极和源极，MOS管II漏极接负载过流检测电路。
所述单片机供电电路主要由电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20，电容C4、电容C7、电容C16，晶体管Q3、晶体管Q4，运放U3组成，电阻R15一端与蓄电池阳极连接，另一端与三极管Q3发射极连接，三极管Q3的集电极与三极管Q4的基极连接，同时还经电阻R19接蓄电池负极；三极管Q3的基极与电容C4连接，电容C4接入串联的电阻R17、电阻R18之间，串联的电阻R17、电阻R18一端接5V电压，另一端接地；三极管Q4集电极经电阻R20接蓄电池负极，发射极与运放U3、电阻R16串联，电阻R16接5V电压；运放U3控制端接电容C4；串联的电阻R17、电阻R18还分别并联电容C16、电容C17；
蓄电池接通后，三极管Q3、三极管Q4导通，运放U3启动，经电容C4、电容C7滤波，电容C16稳压后，输出稳定的+5V电压。
所述防反冲电路主要由二极管D3组成，接在光伏电池检测电路与蓄电池负极间。
所述负载过流检测电路主要由电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41，电容C5，二极管D2，运放U2组成；电阻R37、电阻R38与电阻R39、电阻R40组成减法器，将电阻R39的端电压等比放大，放大信号通过串联的电阻R36、电阻R35、电容C5传送至单片机管脚，该信号A/D转换后传送给单片机，作为负载电流的检测信号，二极管D2防止检测电压过高。
所述控制电路由单片机U1、晶振Y1、电容C21、电容C22、电容C23，电阻R42和串口J1组成；晶振Y1启动为单片机提供时钟频率；电阻R42与电容C23形成复位电路；串口J1对单片机实现在线程序烧写、调试。
所述内部环境温度检测电路由热敏电阻CN1，电阻R21、电阻R22和电容C8组成；热敏电阻CN1会根据内部温度的变化而改变自身的阻值，从而改变电阻R21的分压，该电压值通过电阻R22和电容C8传送至单片机的管脚，该信号A/D转换后传送给单片机，作为线路板温度的检测信号。
本实用新型专利是一种具有充放电功能应用于离网系统的48V光伏控制电源，主要包括检测太阳电池组件的电压检测单元、防反充电路、检测蓄电池的电压检测单元、检测负载电流的电流检测单元、控制MOS管开关的驱动电路、单片机控制系统及光伏控制电源内部环境温度检测电路。其中光伏电池电压检测单元、蓄电池电压检测单元、负载电流检测单元及光伏控制电源内部环境温度检测电路的输出端与单片机控制系统的输入端连接，控制充电回路的MOS管M1的驱动电路及控制放电回路的MOS管M3的驱动电路与单片机控制系统的输出端连接。可设成供应全天候负载用电的方式，具有防止蓄电池过充与过放，以及防止负载过流、短路的保护功效，充分利用太阳电池组件的能量，实现对蓄电池的有效充电，提高太阳电池组件的充电效率，提升系统发电量，缩短系统成本的回收周期。
本实用新型专利的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型专利具有光伏电池检测电路、MOS驱动电路、单片机供电电路、蓄电池检测电路、防反冲电路、负载过流检测电路、控制电路、内部环境温度检测电路，在光伏工程上具有宽广的适用范围，能够提高太阳电池组件的使用效率，缩短光伏系统的回收周期，延长蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型专利的电路原理图；
图2是负载、控制及环境检测电路原理图。
其中，1. 光伏电池检测电路，2. MOS驱动电路，3. 单片机供电电路，4. 蓄电池检测电路，5. 防反冲电路，6. 负载过流检测电路，7. 控制电路，8. 内部环境温度检测电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型专利作进一步说明，但不作为对本实用新型专利的限定。
参见图1，一种光伏离网系统用48V控制电源，主要包括光伏电池检测电路1、MOS驱动电路2、单片机供电电路3、蓄电池检测电路4、防反冲电路5、负载过流检测电路6、控制电路7、内部环境温度检测电路8。当产品接通蓄电池时，单片机供电电路3启动，对控制电路7供电，单片机通过蓄电池检测电路4、光伏电池检测电路1、负载过流检测电路6、内部环境稳定检测电路8监测系统运行各项参数，当系统工作异常时，控制电路7通过MOS驱动电路，实现对充电回路和放电回路的切断控制，异常消除时，重新启动电路工作。
光伏电池检测电路1由电阻R4、电阻R5、电阻R6，电容C3组成，其工作原理为：太阳电池组件通过电阻R4、电阻R5形成闭环回路，电阻R4的分压通过电阻R6、电容C3传送至单片机管脚，该电压值A/D转换后传送给单片机，作为太阳电池组件的电压检测信号。该电路可以实现系统的光控开关功能，根据系统的工作性质，该项功能作为选择项。
MOS驱动电路2由两部分组成，一是MOS管I驱动的充电电路，二是MOS管II驱动的放电电路，每部分的工作原理是相同的：控制电路根据系统的运行状况，输出高、低控制电平给相应的晶体管，控制其通、断，当晶体管导通的时候，太阳电池组件或蓄电池形成闭环回路，MOS的栅极获得电压，从而开启对应的MOS管；当晶体管关断的时候，太阳电池或蓄电池的通路被切断，MOS的栅极失去了电压，从而关断了MOS管。
其中，充电电路中，三极管Q1发射极接光伏电池正极，集电极经串联的电阻R7、电阻R8接光伏电池负极，三极管Q1的基极接单片机的PWM1 端；电阻R8并联二极管W3以及MOS管I的栅极和源极，MOS管I漏极接单片机供电电路；
放电电路中，三极管Q5发射极接蓄电池正极，集电极经串联的电阻R32、电阻R33接蓄电池负极；三极管Q5基极接单片机的FZ端；电阻R33并联二极管W6及MOS管II的栅极和源极，MOS管II漏极接负载过流检测电路。
单片机供电电路3由电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20，电容C4、电容C7、电容C16，晶体管Q3、晶体管Q4，运放U3组成，其工作原理为：蓄电池接通后，晶体管Q3、晶体管Q4导通，运放U3启动，其输出电压为(R17+R18)/R18 V，经电容C4、电容C7滤波，电容C16稳压后，输出稳定的+5V电压。
蓄电池检测电路4由电阻R27、电阻R28、电阻R29，电容C11组成，其工作原理为：蓄电池通过电阻R27、电阻R28形成闭环回路，电阻R27的分压通过电阻R29、电容C11传送至单片机管脚，该电压值A/D转换后传送给单片机，作为蓄电池的电压检测信号。
防反冲电路5由二极管D3组成，利用的是二极管的单项导通的特性实现反冲保护。
图2中，负载过流检测电路6由电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41，电容C5，二极管D2，运放U2组成，其工作原理为：电阻R37、电阻R38与电阻R39、电阻R40组成减法器，将电阻R39的端电压等比放大，放大信号通过电阻R36、电阻R35、电容C5传送至单片机管脚，该信号A/D转换后传送给单片机，作为负载电流的检测信号，二极管D2防止检测电压过高。
控制电路7由单片机U1、晶振Y1、电容C21、电容C22、电容C23，电阻R42和串口J1组成，其工作原理为：+5V电源形成以后，晶振Y1启动为单片机提供时钟频率，单片机启动，电阻R42与电容C23形成复位电路，系统启动工作，串口J1可对单片机实现在线程序烧写、调试。
内部环境温度检测电路8由热敏电阻CN1，电阻R21、电阻R22和电容C8组成，其工作原理为：热敏电阻CN1会根据内部温度的变化而改变自身的阻值，从而改变电阻R21的分压，该电压值通过电阻R22和电容C8传送至单片机的管脚，该信号A/D转换后传送给单片机，作为线路板温度的检测信号。
以上所述的实施例，只是本实用新型专利较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型专利技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型专利的保护范围内。
Claims (8)
1.一种具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，其特征是，包括光伏电池检测电路、MOS驱动电路、单片机供电电路、蓄电池检测电路、防反冲电路、负载过流检测电路、控制电路以及内部环境温度检测电路；
其中，光伏电池检测电路检测太阳能电池组件的电压，送入控制电路，作为太阳电池组件的电压检测信号，实现具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源的光控开关；
MOS驱动电路在控制电路控制下，在工作异常时对充电回路和放电回路切断；在工作正常时，则重新启动相应电路工作；
单片机供电电路产生稳定的DC5V电压，为控制电路提供电源；
蓄电池检测电路，检测蓄电池的电压，送入控制电路；
防反冲电路，防止蓄电池反向充电；
负载过流检测电路，监测负载是否过流、短路；若工作正常，则对负载持续供电；若工作异常，则关断对负载的供电；
控制电路为单片机，单片机通过蓄电池检测电路，检测蓄电池电压，若蓄电池处于满荷状态，电压过高，则控制电路通过MOS驱动电路，切断充电回路；反之，控制电路则开通充电回路，利用太阳能电池组件对蓄电池充电；
控制电路通过MOS驱动电路，开通负载回路，利用蓄电池对负载供电，通过负载过流检测电路，监测负载是否过流、短路；若工作正常，则对负载持续供电；若工作异常，则关断对负载的供电；
内部环境温度检测电路监测线路板的温度，当温度超过极限值时，所述的具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源自动停止工作。
2.如权利要求1所述的具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，其特征是，所述光伏电池检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C3，其中电阻R4、电阻R5串联后并联在太阳能电池组件的输入输出端之间，太阳电池组件通过串联的电阻R4、电阻R5形成闭环回路，电阻R4的分压通过电阻R6、电容C3传送至单片机管脚，该电压值A/D转换后传送给单片机，作为太阳电池组件的电压检测信号。
3.如权利要求1所述的具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，其特征是，所述MOS驱动电路由两部分组成，一是MOS管I驱动的充电电路，二是MOS管II驱动的放电电路，每部分的结构相同，其中：
充电电路中，三极管Q1发射极接光伏电池正极，集电极经串联的电阻R7、电阻R8接光伏电池负极，三极管Q1的基极接单片机的PWM1 端；电阻R8并联二极管W3以及MOS管I的栅极和源极，MOS管I漏极接单片机供电电路；
放电电路中，三极管Q5发射极接蓄电池正极，集电极经串联的电阻R32、电阻R33接蓄电池负极；三极管Q5基极接单片机的FZ端；电阻R33并联二极管W6及MOS管II的栅极和源极，MOS管II漏极接负载过流检测电路。
4.如权利要求1所述的具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，其特征是，所述单片机供电电路主要由电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20，电容C4、电容C7、电容C16，晶体管Q3、晶体管Q4，运放U3组成，电阻R15一端与蓄电池阳极连接，另一端与三极管Q3发射极连接，三极管Q3的集电极与三极管Q4的基极连接，同时还经电阻R19接蓄电池负极；三极管Q3的基极与电容C4连接，电容C4接入串联的电阻R17、电阻R18之间，串联的电阻R17、电阻R18一端接5V电压，另一端接地；三极管Q4集电极经电阻R20接蓄电池负极，发射极与运放U3、电阻R16串联，电阻R16接5V电压；运放U3控制端接电容C4；串联的电阻R17、电阻R18还分别并联电容C16、电容C17；
蓄电池接通后，三极管Q3、三极管Q4导通，运放U3启动，经电容C4、电容C7滤波，电容C16稳压后，输出稳定的+5V电压。
5.如权利要求1所述的具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，其特征是，所述防反冲电路主要由二极管D3组成，接在光伏电池检测电路与蓄电池负极间。
6.如权利要求1所述的具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，其特征是，所述负载过流检测电路主要由电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41，电容C5，二极管D2，运放U2组成；电阻R37、电阻R38与电阻R39、电阻R40组成减法器，将电阻R39的端电压等比放大，放大信号通过串联的电阻R36、电阻R35、电容C5传送至单片机管脚，该信号A/D转换后传送给单片机，作为负载电流的检测信号，二极管D2防止检测电压过高。
7.如权利要求1所述的具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，其特征是，所述控制电路由单片机U1、晶振Y1、电容C21、电容C22、电容C23，电阻R42和串口J1组成；晶振Y1启动为单片机提供时钟频率；电阻R42与电容C23形成复位电路；串口J1对单片机实现在线程序烧写、调试。
8.如权利要求1所述的具有充放电功能的光伏离网型48V控制电源，其特征是，所述内部环境温度检测电路由热敏电阻CN1，电阻R21、电阻R22和电容C8组成；热敏电阻CN1会根据内部温度的变化而改变自身的阻值，从而改变电阻R21的分压，该电压值通过电阻R22和电容C8传送至单片机的管脚，该信号A/D转换后传送给单片机，作为线路板温度的检测信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121205 Termination date: 20131215 |