CN204190420U - 一种新型光伏蓄电池充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型光伏蓄电池充电电路，包括：太阳能电池的输出端连接直流升压电路的输入端，直流升压电路的输出端分别连接到蓄电池的正负极上，从蓄电池上引出反馈电路与直流升压电路连接；直流升压电路包括：第一二极管D1和阻抗源网络串联连接，MOS管和滤波电容C0并联连接，在MOS管和滤波电容C0之间串联接入第二二极管D2。本实用新型有益效果：电路结构简单，只有一个MOS管，具有较高的输出电压增益，且阻抗网络电容电压应力低，电路不存在启动冲击问题，MOS管开通瞬间，输出电容不会对MOS管造成瞬时电流冲击。

Description

一种新型光伏蓄电池充电电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体的是涉及一种新型光伏蓄电池充电电路。

背景技术

现有利用太阳能充电的蓄电池，是将太阳能转化为电能对蓄电池进行充电，然而，实际应用中，只有当太阳光足够强烈的时候，太阳电池才能产生足够大的电压为蓄电池充电，当阳光比较弱或者阴天时，太阳电池就发挥不了作用，为此，提供一种在弱光下也能利用太阳电池充电的充电电路，以提高太阳能的利用率，是非常必要的。

随着生产技术发展的需要，对光伏蓄电池充电电路的升压变换器要求越来越高，传统的BOOST拓扑升压困难，因为当电路需要很大的输入输出比时，开关导通比D接近于1，例如当输入输出比大于5时，D大于0.8，这样开关导通时间过长而开关截止时间过短，从而导致损耗和温升过大，影响实用。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供了一种新型光伏蓄电池充电电路，该充电电路在弱光下也能利用太阳电池进行充电，提高了太阳能的利用率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种新型光伏蓄电池充电电路，包括：太阳能电池、直流升压电路、蓄电池和反馈电路；所述太阳能电池的输出端连接直流升压电路的输入端，所述直流升压电路的输出端分别连接到蓄电池的正负极上，从所述蓄电池上引出反馈电路与直流升压电路连接；

所述直流升压电路包括：第一二极管D1、阻抗源网络、MOS管、第二二极管D2和滤波电容C0；所述第一二极管D1和阻抗源网络串联连接，所述MOS管和滤波电容C0并联连接，在所述MOS管和滤波电容C0之间串联接入第二二极管D2。

所述阻抗源网络包括：第一电感L1的正极与第一电容C1的正极连接，第一电容C1的负极与第二电感L2的正极连接，第一电感L1的负极与第二电容C2的正极连接，第二电容C2的负极与第二电感L2的负极连接。

所述反馈电路包括：

开关电源集成控制器SG3524的2号管脚串联电阻R1后与16号管脚连接，开关电源集成控制器SG3524的6号管脚依次串联电阻RT和电阻R2后与2号管脚连接，开关电源集成控制器SG3524的6号管脚串接电阻RT、7号管脚串接电容CT以及9号管脚串接电容C4以后分别与8号管脚连接并接地；开关电源集成控制器SG3524的12号、13号和15号管脚连接后接+12V电源；开关电源集成控制器SG3524的11号和14号管脚连接后接入运算放大器驱动所述MOS管的导通和关断；

开关电源集成控制器SG3524的1号管脚与线性光耦EL817三极管的发射极连接、16号管脚与所述三极管的集电极连接，线性光耦EL817三极管的发射极与电阻R9和电容C12的并联回路串联连接后接地；

电阻Rf、电容C11和二极管D4依次并联连接，二极管D4的阴极与依次串接电阻R10、线性光耦EL817的二极管后接入二极管D4的阳极。

所述第一电容C1、第二电容C2和输出滤波电容C0均为电解电容。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型在弱光下也能利用太阳电池进行充电，提高了太阳能的利用率，相比于纯铜的直流变换器升压幅度提高，导通比总小于0.5。

2.本实用新型在同样的占空比情况下，可以获得更高的直流输出电压，即输出电压增益变大；在同样的输出电压下，开关管导通的时间相对缩短，截止时间加长，有利于开关管的散热和减少功耗。

3.本实用新型电路结构简单，只有一个MOS管，具有较高的输出电压增益，且阻抗网络电容电压应力低，电路不存在启动冲击问题，MOS管开通瞬间，输出电容不会对MOS管造成瞬时电流冲击。

附图说明

图1为本实用新型光伏蓄电池充电电路结构示意图；

图2为本实用新型带阻抗源的直流升压变换器的电路结构图；

图3(a)为本实用新型MOS管导通时候的等效电路图；

图3(b)为本实用新型MOS管关断时候的等效电路图；

图4为本实用新型反馈电路结构示意图；

其中，1.太阳能电池，2.直流升压电路，3.蓄电池，4.反馈电路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

一种新型光伏蓄电池充电电路如图1所示，包括：太阳能电池1、直流升压电路2、蓄电池3和反馈电路4；太阳能电池1的输出端连接直流升压电路2的输入端，直流升压电路2的输出端分别连接到蓄电池3的正负极上，从蓄电池3上引出反馈电路4与直流升压电路2连接。

当光照强的时候，太阳能电池1端电压较高，直接通过D1，D2给蓄电池3充电；当太阳光弱的时候，太阳能电池1端电压较低，蓄电池3电压较高，此时通过直流升压电路2提高占空比使输出直流电压增大，以给蓄电池3充电；同时通过反馈电路4检测蓄电池3电压，不断调节直接升压电路的占空比大小，使最后输出电压稳定。

如图2所示，一种带阻抗源的直流升压电路2包括直流电压源Vi、第一二极管D1、阻抗源网络、MOS管、第二二极管D2、滤波电容C0和负载R0；其中阻抗源网络由第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2组成，其中升压环节由直流电压源Vi、阻抗源网络、MOS管组成，第二二极管、输出滤波电容和负载组成输出环节。

本实用新型电路的具体连接如下：太阳能电池1直流电压源Vi的正极与第一二极管D1的阳极相连；第一二极管D1的阴极分别与第一电感L1的一端和第一电容C1的正极相连；第一电感L1的另一端分别与第二电容C2的正极、MOS管S的漏极、第二二极管D2的正极相连；第二二极管D2的负极分别与输出滤波电容C0的正极和负载的一端相连；MOS管的源极分别与输出滤波电容C0的负极、负载的另一端、第一电容C1的负极、第二电感L2的一端相连；第二电感L2的另一端分别与第二电容C2的负极、直流电压源Vi的负极相连。

图3(a)和图3(b)分别是MOS管导通和关断时候的等效电路图。其具体工作过程如下：

阶段1，如图3(a)所示：MOS管闭合时，第一二极管和第二二极管反偏截止，形成三个回路：第一电容C1、第一电感L1和MOS管形成第一回路，C1对L1进行充电储能；第二电容C2、第二电感L2和MOS管形成第二回路，C2对L2进行充电储能；输出滤波电容C0对蓄电池供电，形成第三回路。

阶段2，如图3(b)所示：MOS管断开时，第一二极管和第二二极管均导通，形成三个回路：直流电压源Vi、第一二极管D1、第一电感L1、第二电容C2形成第一回路，Vi和L1对电容C2进行充电储能；直流电压源Vi、第一二极管D1、第一电容C1、第二电感L2形成第二回路，Vi和L2对电容C1进行充电储能；直流电压源Vi与第一电感L1、第二电感L2通过第一二极管D1、第二二极管D2对输出滤波电容和蓄电池3供电，形成第三回路。

由于阻抗源网络的结构对称，即第一电感的电感量和第二电感的电感量相等，第一电容和第二电容的容量相等，因此有V_C1＝V_C1＝V_C，V_L1＝V_L2＝V_L。

当电路进入稳定运行状态时，设MOS管导通的时间为DT，其中T为MOS管的导通和关断时间的和，D为MOS管开通时间占周期T的百分比。

MOS管导通期间，V_L＝V_C V_S＝0

MOS管关断期间，V_L＝V_i-V_C V_S＝V_C-V_L＝2V_C-V_i＝V₀

由稳态电感磁通守恒可知电感两端电压平均值应该是0，所以

$V_L=\stackrel{\‾}{V_L}=[V_C\mathrm{DT}+(V_i-V_C)(1-D)T]/T=0$

$\frac{V_C}{V_i}=\frac{(1-D)T}{(1-D)T-\mathrm{DT}}=\frac{1-D}{1-2D}$

所以 $\frac{V_0}{V_i}=\frac{{2V}_C-V_i}{V_i}=2\frac{V_C}{V_i}-1=\frac{1}{1-2D}$

即新的升压拓扑的升压因子为

由于本实用新型电路本身拓扑结构的特点，当其启动时，阻抗源阻抗网络中的第一电感L1和第二电感L2对启动冲击电流有抑制作用，有利于变换器的软启动，减少了对器件的冲击损害。

由于本实用新型电路工作时的占空比D不超过0.5，因此由以上推导可以看出，本实用新型电路Z源阻抗网络中的电容电压VC的最大值不超过输出电压V0值，因而本实用新型电路Z源阻抗网络中的电容电压应力较低。

反馈电路4结构示意图如图4所示，开关电源集成控制器SG3524的2号管脚串联电阻R1后与16号管脚连接，开关电源集成控制器SG3524的6号管脚依次串联电阻RT和电阻R2后与2号管脚连接，开关电源集成控制器SG3524的6号管脚串接电阻RT、7号管脚串接电容CT以及9号管脚串接电容C4以后分别与8号管脚连接并接地；开关电源集成控制器SG3524的12号、13号和15号管脚连接后接+12V电源；开关电源集成控制器SG3524的11号和14号管脚连接后接入运算放大器驱动所述MOS管的导通和关断；

开关电源集成控制器SG3524的1号管脚与线性光耦EL817三极管的发射极连接、16号管脚与所述三极管的集电极连接，线性光耦EL817三极管的发射极与电阻R9和电容C12的并联回路串联连接后接地；

电阻Rf、电容C11和二极管D4依次并联连接，二极管D4的阴极与依次串接电阻R10、线性光耦EL817的二极管后接入二极管D4的阳极。

充电环节的拓扑结构采用BOOST型，反馈为电流信号，在蓄电池上串联一个电阻Rf，流过蓄电池的电流信号经过检测电阻后转为电压信号，得到1V左右的电压，经滤波后变为直流，此电压信号经过线性光耦EL817的二极管端形成电流，控制三极管侧的电流，三极管侧的电流正比于蓄电池充电电流，三极管的发射极接在SG3524的1脚上，与2脚分压电阻上的电压比较，在11脚输出占空比变化的PWM波，经放大后驱动BOOST电路主开关器件。

控制电路相对独立，采用一片SG3524芯片。SG3524比较器的参考电压正端接给定电压，负端接来自电流检测电路的反馈电压信号。SG3524的11端输出PWM波，经放大后驱动BOOST电路主开关器件。

检测电路采用电阻降压，得到1V左右的电压，经滤波后变为直流，在线性光耦EL-817的二极管端形成电流，控制三极管侧的电流，三极管侧的电流正比于蓄电池充电电流。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种新型光伏蓄电池充电电路，其特征是，包括：太阳能电池、直流升压电路、蓄电池和反馈电路；所述太阳能电池的输出端连接直流升压电路的输入端，所述直流升压电路的输出端分别连接到蓄电池的正负极上，从所述蓄电池上引出反馈电路与直流升压电路连接； 

所述直流升压电路包括：第一二极管D1、阻抗源网络、MOS管、第二二极管D2和滤波电容C0；所述第一二极管D1和阻抗源网络串联连接，所述MOS管和滤波电容C0并联连接，在所述MOS管和滤波电容C0之间串联接入第二二极管D2。 

2.如权利要求1所述的一种新型光伏蓄电池充电电路，其特征是，所述阻抗源网络包括：第一电感L1的正极与第一电容C1的正极连接，第一电容C1的负极与第二电感L2的正极连接，第一电感L1的负极与第二电容C2的正极连接，第二电容C2的负极与第二电感L2的负极连接。 

3.如权利要求1所述的一种新型光伏蓄电池充电电路，其特征是，所述反馈电路包括： 

开关电源集成控制器SG3524的2号管脚串联电阻R1后与16号管脚连接，开关电源集成控制器SG3524的6号管脚依次串联电阻RT和电阻R2后与2号管脚连接，开关电源集成控制器SG3524的6号管脚串接电阻RT、7号管脚串接电容CT以及9号管脚串接电容C4以后分别与8号管脚连接并接地；开关电源集成控制器SG3524的12号、13号和15号管脚连接后接+12V电源；开关电源集成控制器SG3524的11号和14号管脚连接后接入运算放大器驱动所述MOS管的导通和关断； 

开关电源集成控制器SG3524的1号管脚与线性光耦EL817三极管的发射极连接、16号管脚与所述三极管的集电极连接，线性光耦EL817三极管的发射极与电阻R9和电容C12的并联回路串联连接后接地； 

电阻Rf、电容C11和二极管D4依次并联连接，二极管D4的阴极与依次串接电阻R10、线性光耦EL817的二极管后接入二极管D4的阳极。 

4.如权利要求2所述的一种新型光伏蓄电池充电电路，其特征是，所述第一电容C1、第二电容C2和输出滤波电容C0均为电解电容。