CN202840943U

CN202840943U - 太阳能光伏水泵电源电路

Info

Publication number: CN202840943U
Application number: CN201220470860.8U
Authority: CN
Inventors: 陈宜文
Original assignee: Taizhou Yiju Mechanical & Electric Products Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Taifu Pump Co Ltd
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2022-09-17

Abstract

本实用新型属于太阳能光伏水泵技术领域，涉及一种太阳能光伏水泵电源电路，具有进口端和出口端，包括MCU，进口端与MCU之间设有开关型降压电路，MCU与出口端之间设有开关型升压电路，开关型降压电路由低压锁定电路控制。可有效满足低电压的输入要求；采用了开关型降压电路和开关型升压电路，扩宽了电源输入工作范围，提高了工作效率；具有低压锁定功能，电路可以判断是否为低压，并进入低功耗模式，不输出5V和12V电压，避免了这种状况下太阳能光伏水泵的频繁启停，提高了光伏系统的稳定性。

Description

太阳能光伏水泵电源电路

技术领域

本实用新型属于太阳能光伏水泵技术领域，涉及一种太阳能光伏水泵电源电路。

背景技术

随着常规能源如石油、煤炭等的大量消耗，面对日益恶化的生态环境，当今世界各国都在积极寻找一条新的可持续发展的能源之路。太阳能作为一种清洁能源正逐渐受到人类更多的重视。特别在我国大西北、西藏和内蒙古等远离电网的偏远地区，很多人喝不到洁净的饮用水，而这些地区却是太阳能资源非常丰富的地区，因此，在这些地区广泛推广应用太阳能光伏水泵技术，具有明显的经济效益和社会效益。

在太阳能光伏水泵控制器应用中需要一路7-12V电源（给电机驱动部分供电）和一路5V电源（给MCU部分供电）来满足控制器供电需求。图1为目前广泛应用的太阳能光伏水泵控制器的电源电路。其中二极管4D1实现防反接功能，太阳能电池板的正极必须接在S+，太阳能电池板的负极必须接在S-，电路才可以工作。太阳能电源连接正确后，通过功率电阻2R0和线性稳压器U4输出电压V1（7V）给电机驱动部分供电。由于线性稳压器U4的功耗为其引脚Vin和引脚Vout的压差乘以输出电流，且太阳能板输出电压变化范围很宽，标称12V的太阳能板，输出电压范围可从10V左右到25V左右，故在引脚Vin和引脚Vout上的压差在某些工况下会过大，从而导致线性稳压器U4上产生的功耗提高，大大的影响了控制器的整机效率。这里功率电阻2R0也承担一部分功耗，降低输入到线性稳压器U4的引脚Vin电压，防止线性稳压器U4承担过大的功耗导致损坏。得到电压V1（7V）输出后再通过线性稳压器U5输出5V电源给MCU部分供电。电容4C1、4C2、4C3、5C1、5C2和5C3为线性稳压器U4和U5的输入输出电容，起到平滑输入输出电压纹波的作用。

这种应用于太阳能光伏水泵的电源电路的主要缺陷在于：一是电路工作范围不宽，太阳能输入电压不能低于驱动要求的电压（至少要7V以上），并且随着太阳能电压的升高，线性稳压器U4的功耗上升，发热严重，当设计余量不够时甚至有可能导致U4的损坏，对系统造成灾难性后果；二是由于是采用的线性稳压方式，系统最佳工作点不易选取，并且系统效率受到了极大的限制，特别在供电范围宽的情况下更为明显；三是当供电电压过低时（处于太阳能功率特别弱的状态），此时电路应该可以判断到并进入低功耗模式，不启动太阳能光伏水泵，这种传统的电路显然无法实现这个功能。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前广泛应用的太阳能光伏水泵电源电路所存在的问题和不足之处，提供一种太阳能光伏水泵电源电路，其电路简单，输入电压范围宽。

解决所述技术问题的技术方案：一种太阳能光伏水泵电源电路，具有进口端和出口端，包括MCU（微处理器单元），其特征在于，进口端与MCU之间设有开关型降压电路，MCU与出口端之间设有开关型升压电路，开关型降压电路由低压锁定电路控制。

本实用新型电路主要的特点：包括一路开关型降压电路和一路开关型升压电路。

本实用新型电路在实现工作时，首先将太阳能输入电压先降压到5V给MCU（微处理器单元）部分供电，然后采用开关型升压电路将5V升压到12V给电机驱动部分供电。

开关型降压电路主要由电连接的二极管2D1、肖特基二极管2D2、电容2C1、电容2C2、电容2C3、电容2C4、电感2L1和开关型电源U2构成；开关型升压电路主要由电连接的肖特基二极管3D1、电容2C6、电容2C8、电容3C1、电容3C2、电容3C3、电容3C4、电感3L1、电阻3R1、电阻3R2、电阻3R3和开关型电源U3构成。

开关型降压电路中，开关型电源U2通过引脚FB上的电压值和自身的开关频率来控制内部的MOS管开或关，当内部MOS管开通时，太阳能输入电压通过引脚Vin输出到引脚Vout对电感2L1进行充电；当内部MOS管断开时，引脚Vin和引脚Vout断开，电感2L1放电。电感2L1的输出通过电容2C3和电容2C4的平滑滤波后可以得到稳定的5V电压输出值。电容2C1和电容2C2给开关型电源U2开通MOS管时提供瞬态电流，减小开通回路的电感。

开关型升压电路中，开关型电源U3通过引脚CII上的电压值和自身的开关频率来控制内部的MOS管开或关，当内部MOS管开通时，5V输入电压通过电阻3R1、电感3L1和开关型电源U3的引脚SC流到地，此时电感3L1放电；当内部MOS管关断时，5V输入电压通过电阻3R1、电感3L1和二极管3D1输出，此时电感3L1充电。这里电阻3R1还具有过流保护的功能，当其流过电流过大时，开关型电源U3通过引脚VC和引脚IS的检测到过高的电压差，强行关断内部MOS管控制回路电流。电感3L1的输出通过电容3C3和电容3C4的平滑滤波后可以得到稳定的V2（12V）电压输出值，供给电机驱动部分使用。电容2C6、电容2C8和电容3C1给开关型电源U3关断MOS管时提供瞬态电流，减小关断回路的电感。通过调整3C2可以调整开关型电源U3的开关频率。电阻3R3和电阻3R4组成的分压电路提供合适的分压值给开关型电源U3通过引脚CII，从而控制输出电压为12V。

由于开关型电源的效率为输出功率和输入功率的比值，和输入电压与输出电压的差值没有关系，所以最高的输入电压值只与开关型电源U2的最高耐压值有关。这里开关型电源U2的最高耐压值为50V，同时通过选择合适的工作参数，如开关频率、电感和输出电容，本系统的实际转换效率可达87%。

所述低压锁定电路，主要由电连接的电阻2R1、电阻2R2、电阻2R3、电容2C9、稳压二极管2Z1、三极管2T1和开关型电源U2组成。当太阳能输入电压低于低压锁定设定值时，稳压二极管2Z1不能导通，三极管2T1也无法导通，此时开关型电源U2的引脚ON/OFF通过电阻2R3连接到开关型电源U2的引脚Vin，使得开关型电源U2进入低功耗休眠模式，其引脚Vout没有输出；当太阳能输入电压恢复到低压锁定设定值以上时，稳压二极管2Z1导通，电流通过电阻2R1开通三极管2T1，此时开关型电源U2的引脚ON/OFF从三极管2T1的C端通过E端连接到地，使得开关型电源U2进入正常工作模式，其输出5V电压。

本实用新型的有益效果是：提供了一种低电压宽电源输入电路，其采用先降压再升压的方式，只要太阳能输入电压大于6V以上就能正常工作，满足了低电压的输入要求，同时由于采用了开关型电源电路，拓宽了电源输入工作范围，并且工作效率也大大提高。当供电电压过低时（处于太阳能功率特别弱的状态），此时电路可以判断到并进入低功耗模式，不输出5V和12V电压，避免了这种状况下太阳能光伏水泵的频繁启停，提高了系统的稳定性。

附图说明

图1是目前广泛应用的太阳能光伏水泵电源电路。

图2是为本实用新型太阳能光伏水泵电源电路。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

图2为本实用新型的太阳能光伏水泵电源电路，其具有输入端和输出端，结构包括MCU、开关型降压电路和开关型升压电路，开关型降压电路由低压锁定电路控制。开关型降压电路连接在输入端与MCU之间，开关型升压电路连接在MCU与输出端之间。开关型降压电路，首先将自输入端输入的太阳能输入电压S+和S-降压到5V给MCU部分供电，然后采用开关型升压电路将5V升压到12V给电机驱动部分供电。

开关型降压电路主要由电连接的二极管2D1、肖特基二极管2D2、电容2C1、电容2C2、电容2C3、电容2C4、电感2L1和开关型电源U2构成。开关型电源U2上具有五个引脚，这些引脚具体为：引脚Vin、引脚GND、引脚ON/OFF、引脚Vout，引脚FB，每个引脚与一支路电连接。

开关型电源U2根据开关频率（内部固定56kHz）采样引脚FB上的电压值，当引脚FB电压高于5V时，内部MOS管断开，电感2L1通过肖特基二极管2D2放电给负载提供能量；当引脚FB电压低于5V时，内部MOS管接通，太阳能输入电压通过引脚Vin输出到引脚Vout对电感2L1进行充电储能，稳定输出电压。如此开关控制，实现输出始终稳定在5V。电容2C3和电容2C4起到对输出5V平滑滤波的作用。电容2C1和电容2C2给开关型电源U2开通MOS管时提供瞬态电流，减小开通回路的电感。

开关型升压电路主要由电连接的肖特基二极管3D1、电容2C6、电容2C8、电容3C1、电容3C2、电容3C3、电容3C4、电感3L1、电阻3R1、电阻3R2、电阻3R3和开关型电源U3构成。开关型电源U3上具有八个引脚，这些引脚具体为：引脚D、引脚SC、引脚SE、引脚TC、引脚GND、引脚CII、引脚VC、引脚IS，这八个引脚分别与一支路电连接。

开关型升压电路中，开关型电源U3的开关频率由连接在引脚TC上的电容3C2决定，根据开关型电源的特点，较高的开关频率可得到波动更小电压输出，但同时输出的开关噪声也变大，这里我们折中选取开关频率为133kHz，既满足了输出纹波的要求，开关噪声也不大。开关型电源U3根据开关频率采样引脚CII上的电压值，这个电压值为V2×3R2/(3R2+3R3)，当其大于1.25V时内部MOS管开通，5V输入电压通过电阻3R1、电感3L1和开关型电源U3的引脚SC流到地，此时电感3L1放电给负载提供能量；当其大于1.25V时内部MOS管关断，5V输入电压通过电阻3R1、电感3L1和二极管3D1输出，此时对电感3L1进行充电储能，稳定输出电压。如此开关控制，实现输出始终稳定在固定值的目的。通过选择电阻3R2和电阻3R3的比值，可以使得V2电压为12V，电容3C3和电容3C4起到平滑滤波12V输出电压作用。这里电阻3R1具有过流保护的功能，当其流过电流过大时开关型电源U3通过引脚VC和引脚IS检测到的电压差，强行关断内部MOS管，控制回路电流，实现过流保护。电容2C6、电容2C8和电容3C1给开关型电源U3关断MOS管时提供瞬态电流，减小关断回路的电感。

本实用新型技术解决方案中所述低压锁定电路，由电阻2R1、电阻2R2、电阻2R3、电容2C9、稳压二极管2Z1、三极管2T1和开关型电源U2组成。当太阳能输入电压低于低压锁定设定值时，稳压二极管2Z1不能导通，三极管2T1也无法导通，此时开关型电源U2的引脚ON/OFF通过电阻2R3连接到开关型电源U2的引脚Vin，使得开关型电源U2进入低功耗休眠模式，其引脚Vout没有输出；当太阳能输入电压恢复到低压锁定设定值以上时，稳压二极管2Z1导通，电流通过电阻2R1开通三极管2T1，此时开关型电源U2的引脚ON/OFF从三极管2T1的C端通过E端连接到地，使得开关型电源U2进入正常工作模式，其输出5V电压。这里稳压二极管2Z1稳压值决定了低压锁定的极限值，通常选择5V的稳压管，保证了电源工作范围足够宽，同时也保证了电压过低时系统进入低功耗模式，不启动太阳能光伏水泵。

本实用新型的最大优点是：提供了一种低电压宽电源输入电路，满足了低电压的输入要求；采用了开关型电源电路，扩宽了电源输入工作范围，提高了工作效率；具有低压锁定功能，电路可以判断低压到并进入低功耗模式，不输出5V和12V电压，避免了这种状况下太阳能光伏水泵的频繁启停，提高了系统的稳定性。

Claims

1.一种太阳能光伏水泵电源电路，具有输入端和输出端，包括MCU，其特征在于，输入端与MCU之间设有开关型降压电路，MCU与输出端之间设有开关型升压电路，开关型降压电路由低压锁定电路控制。