CN203608156U - 太阳能光伏控制器用的过流保护及启动恢复电路 - Google Patents

太阳能光伏控制器用的过流保护及启动恢复电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种太阳能光伏控制器用的过流保护及启动恢复电路，电路采用的技术方案是蓄电池对负载的放电线路上串上一个电流采样电阻，采用运算放大器和若干电阻构成的同相比例放大电路对采样电阻上的电压信号进行放大，然后交给由运算放大器和若干电阻构成的电压比较器进行比较输出高低电平，电压比较器与驱动控制电路的控制端相连，控制开关管导通和截止；同时本电路在电压比较器运放的同相输入端设置有恢复控制电路，可通过单片机I/O口进行智能恢复控制；在电压比较器的输出端设置有监测状态电路。通过上述这样一种电路设计，提高了太阳能光伏控制器的工作稳定性和遇到障碍后自动恢复工作的能力。

Description

太阳能光伏控制器用的过流保护及启动恢复电路
技术领域
本实用新型涉及太阳能光伏控制器技术，具体的说是一种太阳能光伏控制器用的过流保护及启动恢复电路。
背景技术
太阳能光伏控制器是太阳能光伏发电系统的核心部件，应用非常广泛。由于太阳能光伏控制器应用环境的复杂性，经常会受到沙尘或雨露的侵袭，使得容易发生负载输入端或放电线路短路、蓄电池放电电流突然过大的情况，传统的解决方法是在蓄电池放电线路上串一个保险丝，若蓄电池放电电流超过保险丝的额定电流，保险丝断开，蓄电池不再对负载放电。虽然有效的保护了太阳能光伏控制器，但负载不能正常工作。为了重新使太阳能光伏控制器恢复工作，需要人工更换保险丝。这种情况给用户带了很多不方便。
发明内容
本实用新型为了解决传统太阳能光伏控制器过流保护后不能自动恢复工作的缺陷，提供一种太阳能光伏控制器用的过流保护及启动恢复电路，具备过流保护功能、监测过流保护状态和智能启动恢复功能。
本实用新型包括蓄电池对负载放电控制电路、信号放大及电流采集电路、电压比较器和恢复控制电路、状态监测电路。所采用的技术方案在于：所述的蓄电池对负载放电控制电路有两条主线路分别为正极主线路和负极主线路。蓄电池正极通过正极主线路直接与负载正极相连，蓄电池负极通过负极主线路串上一个电流采样电阻和一个N沟道MOSFET开关管与负载负极相连，N沟道MOSFET开关管采用单片机I/O口通过驱动控制电路来进行开关控制。所述的驱动控制电路采用两个NPN三级管、一片二极管和若干个电阻组成单片机I/O口驱动放大电路，二极管设置在开关管栅极和漏极之间，当I/O为高电平时，二极管两端有电压，开关管导通，蓄电池对负载放电。当I/O口为低电平时，二极管两端无电压，开关管截止，负载断电不工作。
所述的信号放大及电流采集电路采用运算放大器芯片和若干个电阻电容构成同相比例放大器，输入端接在负极主线路上的电流采样电阻两端，用于对电流采样电阻两端的电压小信号进行放大处理。信号放大及电流采集电路设置有两个输出端，一个输出端通过电阻网络进行放大倍数调整后送给单片机A/D进行处理；一个输出端通过电阻分压调整后送给电压比较器进行判断。
所述的电压比较器和恢复控制电路采用运算放大器芯片和若干个电阻电容构成电压比较器，运算放大器的同相输入端接信号放大电路的输出端，反相输入端接一个由两个分压电阻构成基准阙值电压，当输入的信号电压大于阙值电压时，电压比较器输出高电平，电压比较器输出端与驱动控制电路的控制端相连，导致开关管截止，蓄电池停止对负载放电。当输入的信号电压小于阙值电压时，电压比较器输出低电平，开关管导通，蓄电池恢复对负载放电。所述的恢复控制电路包括一个NPN三极管、一个二极管和若干个电阻，通过利用单片机I/O口控制三极管使运放同相端接地，从而使电压比较器输出低电平，开关管导通，重新启动蓄电池对负载放电。
    所述的状态监测电路包括一个NPN三极管和两个电阻，电压比较器的输出端通过限流电阻与三极管的基极相连，三极管的集电极与单片机的I/O口相连，当电压比较器的输出端为高电平时，三极管基极导通，三极管集电极接地，单片机I/O口感测到低电平，表明蓄电池对负载停止放电。当电压比较器的输出端为低电平时，三极管集电极处在高电位，单片机I/O感测到高电平，表明蓄电池对负载重启放电。
本实用新型由于采用上述这样一种电路设计，太阳能光伏控制器具备了过流保护功能、监测过流保护状态和智能启动恢复功能。很大程度提高了太阳能光伏控制器面对复杂气候环境时的工作稳定性和遇到障碍后自动恢复工作的能力；同时提供的各单元电路都是用基本元器件和通用运放芯片构成的，结构简单、廉价且可靠。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述。
图1为本实用新型电路结构图。
图2为本实用新型实施例的电路图
图中：1、蓄电池对负载放电控制电路，2、信号放大及电流采集电路，3、电压比较器和恢复控制电路，4、状态监测电路，5、蓄电池，6、正极主线路，7、负极主线路，8、电流采样电阻，9、N沟道MOSFET开关管，10、负载，11、驱动控制电路，12、单片机。 
具体实施方式
如图1所示： 本实用新型由蓄电池对负载放电控制电路1、信号放大及电流采集电路2、电压比较器和恢复控制电路3和状态监测电路4组成。所采用的技术方案在于：蓄电池5正极通过正极主线路6与负载10正极相连，蓄电池5负极通过负极主线路7串上一个电流采样电阻8和一个N沟道MOSFET开关管9与负载10负极相连，N沟道MOSFET开关管9采用单片机12 的I/O口通过驱动控制电路11来进行开关控制。信号放大及电流采集电路2的输入端接在电流采样电阻8两端，用于对电流采样电阻8两端上的电压信号进行放大。信号放大及电流采样电路2有两个输出端，一端与电压比较器和恢复控制电路3相连接，一端接至单片机12的 A/D口，用于电流采集。电压比较器和恢复控制电路3有一个输入端、一个控制端和两个输出端，输入端与信号放大及电流采样电路2输出端相连，控制端与单片机12的 I/O口相连，输出端一端与驱动控制电路11控制端相接，另一端与状态监测电路4相连。状态检测电路4的输出端与单片机12的 I/O口相连。
图2中虚线框内的电路是图1中相对应电路模块的具体实施例，图2中带有标号的元器件是图1中相对应元器件的具体实施例，标号一致。
如图2所示：所述的信号放大及电流采样电路2的输入端一端连接在电流采样电阻8的右侧，一端与电流采样电阻8的左侧相连，电流采样电阻8与蓄电池地端同电位。所述的信号放大及电流采样电路2包括一片运算放大器集成芯片U1A、八个电阻和两个电容。其中电阻R21、R22和电容C21构成滤波限流电路，用来对输入信号进行滤波抗干扰处理；电阻R23、R25和运算放大器U1A构成了同相比例放大电路，对输入信号进行放大处理；电阻R26、R27和电容C22构成了分压电阻网络，用来对放大倍数进行调整，送至单片机12的A/D口进行处理。电阻R28、R29和电容C23也构成了分压电阻网络，用来对放大倍数调整，送至电压比较器和恢复控制电路3进行处理。本实施例所采用的运放放大器芯片U1A型号为LM258。
所述的电压比较器和恢复控制电路3包括一片运算放大器集成芯片U1B、五个电阻、两个二极管和一个NPN型三极管。其中，电阻R31、R32和运算放大器U1B组成了电压比较器，电阻R31和R32构成了电压比较器的阙值基准电压电路连接至运算放大器U1B的反向输入端。电阻R33、R34、二极管D31和三极管Q31构成恢复控制电路，R34为限流电阻，一端与单片机12的I/O口相连接，另一端连接至三极管Q31的基极端，三极管Q31的发射极接蓄电池地端，集电极连接至运算放大器U1B的同向输入端，运算放大器U1B的输出端与二极管D31相连，二极管D31与电阻R34相连接至三极管Q31的集电极。运算放大器U1B的输出端通过限流电阻R35和二极管D32连接至驱动控制电路11的控制端。本实施例中所采用的运放放大器芯片U1B型号为LM258，所采用的NPN型三极管Q31型号为9013，所采用的二极管D31和D32型号为IN4148。
所述的状态监测电路4包括一片NPN型三极管Q41、两个电阻R41和R42。限流电阻R41的一端与运算放大器U1B的输出端相连，另一端连接至三极管Q41的基极端，限流电阻R42的一端接电源，一端连接至三极管Q41的集电极端，三极管Q41的集电极连接至单片机12的I/O 口，发射极接蓄电池地端。本实施例中所采用的NPN型三极管Q41型号为9013。
所述的驱动控制电路11包括两个NPN型三极管、两个二极管和三个电阻。其中二极管D12的负极和三极管Q12的集电极接在N沟道MOSFET开关管9的栅极处，二极管D12的正极和三极管Q12的发射极接在蓄电池地端。三极管Q12的集电极与限流电阻R13一端相连，电阻R13的另一端接在正极主线路6上，三极管Q12的基极与二极管D11的负极相连，二极管D11的正极与三极管Q11和限流电阻R12的一端相连，限流电阻R12的另一端接在正极主线路6上。三极管Q11的基极与电阻R11的一端相连接，电阻R11的另一端与单片机12的I/O口相连接。本实施例中所采用的NPN型三极管Q11和Q12型号为9013，所采用的二极管D11和D12型号为IN4148。
通过上述电路设计，本实用新型的工作原理为：太阳能光伏控制器正常工作时，蓄电池5通过正极主线路6和负极主线路7为负载10供电，在负极主线路7上串有一个采样电阻8和一个N沟道MOSFET开关管9，当蓄电池5电压低于过放门限电压时，单片机12可通过驱动控制电路11控制N沟道MOSFET开关管9断开负极主线路，蓄电池5停止对负载10供电，从而有效对蓄电池5进行过放保护。
当太阳能光伏控制器受到恶劣复杂环境影响发生负载10输入端或放电线路短路，导致蓄电池5放电电流突然过大时，此时会在负极主线路7上的采样电阻8上形成一个大电压降信号，这个大电压降信号通过信号放大和电流采集电路2进行放大后一方面交给单片机12内部A/D转换器进行处理，单片机12通过运算处理可以实时计算出负极主线路上的电流大小，另一方面交给电压比较器和恢复控制电路3进行电压比较，大电压降信号比阙值基准电压大，电压比较器输出高电平，而电压比较器输出端与驱动控制电路11的控制端相连，当驱动控制电路11的控制端为高电平时，驱动控制电路11会控制N沟道MOSFET开关管9断开负极主线路，从而有效防止蓄电池和放电线路因放电电流过大而被烧坏。
同时单片机12开启内部计时，在过流保护间隔一段固定时间后，采用I/O口控制恢复控制电路使得电压比较器输出端为低电平，电压比较器输出端与驱动控制电路11的控制端相连，当驱动控制电路11的控制端为低电平时，驱动控制电路11会控制N沟道MOSFET开关管9导通，蓄电池5恢复对负载10供电，负极主线路7上重新有电流流过，在采样电阻8上形成电压降信号，电压降信号通过信号放大和电流采集电路2进行放大后交给电压比较器和恢复控制电路3进行电压比较，当电压降信号大于阙值基准电压时，表明负极主线路7上的电流仍然过大，超过了额定电流值，电压比较器输出高电平，驱动控制电路11仍旧会控制N沟道MOSFET开关管9断开负极主线路，防止蓄电池和放电线路因放电电流过大而被烧坏。单片机12再次间隔一定固定时间后，采用I/O口控制恢复控制电路使得电压比较器输出端为低电平，使得N沟道MOSFET开关管9再次导通，再次进行电压比较来确定主线路上的电流是否超过额定电流。
当电压降信号小于阙值基准电压时，表明负极主线路7上的电流没有超过额定电流值，电压比较器输出低电平，驱动控制电路11会控制N沟道MOSFET开关管9导通，蓄电池5恢复对负载10供电。此时，单片机12撤销内部计时。太阳能光伏控制器恢复正常工作。单片机12可通过状态监测电路4感测电压比较器的输出电平，从而确定太阳能光伏控制器是否处于过流保护状态。

Claims (4)

1.一种太阳能光伏控制器用的过流保护及启动恢复电路，包括蓄电池（5）和负载（10），其特征在于：蓄电池（5）的正极主线路（6）与负载（10）正极连接，蓄电池（5）负极主线路（7）串连电流采样电阻（8）和N沟道MOSFET开关管（9）连接负载（10）的负极，信号放大及电流采集电路（2）的输入端连接电流采样电阻（8）的两端，信号放大及电流采集电路（2）的两个输出端其中一端与电压比较器和恢复控制电路（3）连接，另一端连接单片机（12）的A/D端口，单片机（12）的两个I/O端分别通过线路与电压比较器和恢复控制电路（3）以及驱动控制电路（11）串连构成循环连接，状态监测电路（4）的两端分别连接电压比较器和恢复控制电路（3）和单片机（12）的I/O端口。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏控制器用的过流保护及启动恢复电路，其特征在于：所述的电压比较器和恢复控制电路（3）由一片运算放大器集成芯片U1B、五个电阻、两个二极管和一个NPN型三极管组成，电阻R31、R32和运算放大器U1B组成了电压比较器，电阻R31和R32构成了电压比较器的阙值基准电压电路，并连接至运算放大器U1B的反向输入端，电阻R33、R34、二极管D31和三极管Q31构成恢复控制电路，R34电阻的一端与单片机（12）的I/O口相连接，另一端连接至三极管Q31的基极端，三极管Q31的发射极接蓄电池地端，集电极连接至运算放大器U1B的同向输入端，运算放大器U1B的输出端与二极管D31相连，二极管D31与电阻R34相连接至三极管Q31的集电极，运算放大器U1B的输出端通过限流电阻R35和二极管D32连接至驱动控制电路（11）的控制端。 
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏控制器用的过流保护及启动恢复电路，其特征在于：所述的状态监测电路（4）由一片NPN型三极管Q41、两个电阻R41和R42组成，限流电阻R41的一端与运算放大器U1B的输出端相连，另一端连接至三极管Q41的基极端，限流电阻R42的一端接电源，一端连接至三极管Q41的集电极端，三极管Q41的集电极连接至单片机（12）的I/O 口，发射极接蓄电池地端。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏控制器用的过流保护及启动恢复电路，其特征在于：所述的驱动控制电路（11）由两个NPN型三极管、两个二极管和三个电阻组成，其中二极管D12的负极和三极管Q12的集电极接在N沟道MOSFET开关管（9）的栅极处，二极管D12的正极和三极管Q12的发射极接在蓄电池地端，三极管Q12的集电极与限流电阻R13一端相连，电阻R13的另一端接在正极主线路（6）上，三极管Q12的基极与二极管D11的负极相连，二极管D11的正极与三极管Q11和限流电阻R12的一端相连，限流电阻R12的另一端接在正极主线路（6）上，三极管Q11的基极与电阻R11的一端相连接，电阻R11的另一端与单片机（12）的I/O口相连接。
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