CN209217786U - 一种太阳能电池充电保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能电池充电保护电路，太阳能面板正极输出端连接滤波电路，滤波电路连接充电控制电路，且分一路供给基准电压电路。基准电压输出端连接到比较器电路，比较器电路输出给充电控制电路，控制电路输出连接到充电滤波电容和充电指示灯。充电滤波电容输出端经过过流保护电路连接到了蓄电池的正极端。蓄电池正极端又依次连接反馈到比较器电路中。该电路具有温控保护、过充保护功能。

Description

一种太阳能电池充电保护电路

技术领域

本发明专利涉及电池保护电路技术领域，更涉及一种太阳能电池充电保护电路。

背景技术

太阳能是一种清洁可再生能源，由于近年来各国都在积极推动可再生能源的应用，太阳能光伏产业的发展十分迅速。太阳能面板通常安装在室外，其电池经常处于夏日的高温环境，和冬天低温环境，但是现有的锂电池只能在-20～ 60℃下充放电。常规的太阳能充电器为了设计方便，充电电路通常采用单片机系统和典型电路控制充电开关，无温度保护，充电系统自身功率损耗比较大，对与小功率太阳能充电面板而言，达不到高效的利用率。同时太阳能电池为蓄电池充电时，在蓄电池电压达到阈值时还需及时切断充电，为此，设计出高效率，高稳定性，带电池充电温度和电压保护的充电系统电路是有必要的。

发明内容

针对上述问题，发明的目的在于一种太阳能电池充电保护电路，具有带温控保护、过充保护，造价便宜，性能稳定。

本发明的技术方案是：一种太阳能电池充电保护电路，包括：

输入滤波电路，其输入端连接太阳能面板正极，输出端连接太阳能面板负极，用于滤波和保护电路，同时限制太阳能面板输出电压，太阳能面板负极接地；

基准电压电路，与比较器电路电性连接，用于给比较器电路提供基准电压，还与输入滤波电路及太阳能面板负极电性连接，用于获得电源；

比较器电路，包括与基准电压电路输出端和太阳能面板负极并联的：比较器U2A，

比较器U2B和比较器U3，比较器U2A、比较器U2B和比较器U3的输出端a3 与比较器电路的输出脚6之间分别串连防反二极管D1,D2,D3,

比较器U2A的反向端a2分别经阻值相同的标准电阻R2、R3连接基准电压源芯片U1的电源输出端OUT和输入滤波电路引脚2，获取1/2的基准电压作为参考电压，比较器U2A的同向端a1分别经标准电阻R4、热敏电阻R5连接基准电压源芯片U1的电源输出端OUT和输入滤波电路引脚2,从热敏电阻R5获得阈值电压；

比较器U2B的反向端a2分别经阻值相同的标准电阻R6、R7连接基准电压源芯片U1的电源输出端OUT和输入滤波电路引脚2，获取1/2的基准电压作为参考电压，比较器U2B的同向端a1分别经热敏电阻R9、标准电阻R8连接基准电压源芯片U1的电源输出端OUT和输入滤波电路引脚2，从标准电阻R9获得阈值电压；

比较器U3的同向端a1连接至分压电阻R13的正极端14，电压比较器U3反向端a2经电阻R10连接至基准电压的正极,蓄电池的正极VBAT+和负极VBAT- 之间串联分压电阻R13和标准电阻R15；输出脚6信号连接充电控制电路，为充电控制电路提供使能信号；

充电控制电路，其输入端、输出端分别连接太阳能面板的正极和蓄电池的正极，还通过控制端信号连接比较器输出端，所述的基准电压电路包括PNP开关三极管Q1、基准电压源芯片U1、第二瞬态二极管T2、电阻R1、及电容C2、 C3、C4，PNP开关三极管Q1的集电极端3连接到输入滤波电路的引脚1,基准电压源芯片U1的电源输入脚IN连接开关三极管Q1的发射极4，还同时经电容C2 连接输入滤波电路引脚2，用于获得电源，开关三极管Q1的控制端5和输入滤波电路引脚1、引脚2之间分别串连电阻R1和第二瞬态二极管T2，电容C3、C4 的一端分别并联至基准电压源芯片U1的电源输出端OUT，另一端连接输入滤波电路引脚2，电阻R1和第二瞬态二极管T2用于保护基准电压源芯片U1，电容 C2和C3、C4分别连接基准电压源芯片U1的输入端和输出端用于滤波；

蓄电池正极与充电控制电路的输出端之间还串连过流保护电路和防倒灌二极管，充电滤波电路连接至过流保护电路和防倒灌二极管之间，蓄电池负极电性连接太阳能面板负极。

进一步地，所述的输入滤波电路由并连的第一TVS瞬态抑制二极管T1和大容量电解电容器C1组成，输入滤波电路的引脚1与太阳能电池板的正极VS+连接，输入滤波电路的引脚2与太阳能电池板的负极VS-连接，第一TVS瞬态抑制二极管T1将太阳能电池板的电压钳位到27V以内。

进一步地，所述的基准电压电路包括PNP开关三极管Q1、基准电压源芯片 U1、第二瞬态二极管T2、电阻R1、及电容C2、C3、C4，PNP开关三极管Q1的集电极端3连接到输入滤波电路的引脚1,基准电压源芯片U1的电源输入脚IN 连接开关三极管Q1的发射极4，还同时经电容C2连接输入滤波电路引脚2，用于获得电源，开关三极管Q1的控制端5和输入滤波电路引脚1、引脚2之间分别串连电阻R1和第二瞬态二极管T2，电容C3、C4的一端分别并联至基准电压源芯片U1的电源输出端OUT，另一端连接输入滤波电路引脚2，电阻R1和第二瞬态二极管T2用于保护基准电压源芯片U1，电容C2和C3、C4分别连接基准电压源芯片U1的输入端和输出端用于滤波。

进一步地，所述的热敏电阻安装在太阳能面板旁。

进一步地，充电指示灯LED1经电阻R14与所述的NMOS管Q3的源极端 11连接。

本实用新型的构思在于，太阳能面板正极输出端连接滤波电路，滤波电路连接充电控制电路，且分一路供给基准电压电路。基准电压输出端连接到比较器电路，比较器电路输出给充电控制电路，控制电路输出连接到充电滤波电容和充电指示灯。充电滤波电容输出端经过过流保护电路连接到了蓄电池的正极端。蓄电池正极端又依次连接反馈到比较器电路中。

整体方案逻辑简洁单却严谨，充分考虑到现实环境中的干扰多、电源波动等问题，以及电池充电保护问题，不仅效率高，更兼顾性能和性价比。

附图说明

图1为本实用新型的模块结构示意图；

图2为本实用新型的电路图。

具体实施方式

以下结合附图给出本实用新型一种太阳能电池充电保护电路的具体实施方式，但是应当指出，本实用新型的实施不限于以下的实施方式。

如图1，本实用新型的构思在于，太阳能面板正极输出端连接滤波电路，滤波电路连接充电控制电路，且分一路供给基准电压电路。基准电压输出端连接到比较器电路，比较器电路输出给充电控制电路，控制电路输出连接到充电滤波电容和充电指示灯。充电滤波电容输出端经过过流保护电路连接到了蓄电池的正极端。蓄电池正极端又依次连接反馈到比较器电路中。

图2中，第一TVS瞬态抑制二极管T1和大容量电解电容器C1的并联组成输入滤波电路，输入滤波电路的引脚1与太阳能面板的正极VS+连接，输入滤波电路的引脚2与太阳能面板的负极VS-连接，第一TVS瞬态抑制二极管T1将太阳能面板的电压钳位到27V以内。

基准电压电路的作用是给比较器电路提供稳定电压参考。

基准电压电路是由R1,T2,Q1,C2,U1,C3,C4构成，其中PNP开关三极管Q1的集电极端3连接到输入滤波电路的引脚1,开关三极管Q1的发射极4连接至基准电压源芯片U1的电源输入脚IN，给基准电压源芯片U1提供电源，基准电压源芯片U1的电源输入脚IN还同时经电容C2连接输入滤波电路引脚2。开关三极管Q1的控制端5和输入滤波电路引脚1、引脚2之间分别串连电阻R1和第二瞬态二极管T2，电容C3、C4的一端分别并联至基准电压源芯片U1的电源输出端OUT，另一端连接输入滤波电路引脚2，电阻R1和第二瞬态二极管T2用于保护基准电压源芯片U1，当瞬态二极管T2受到高于8V电压冲击时，其两极间将瞬间由高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，并且将电压钳位在8V，使基准电压源芯片U1免受高压冲击而损坏。电容C2、C3、C4是基准电压源芯片U1的输入端、输出端的滤波电容。

比较器电路的作用是给充电控制电路提供使能信号。比较器电路包括3个并联的比较器U2A、比较器U2B和比较器U3，分别用于太阳能面板的低温保护，高温保护，蓄电池电压保护，比较器U2A、比较器U2B和比较器U3的输出端a3 与比较器电路的输出脚6之间分别串连防反二极管D1,D2,D3，用于使3个比较器的输出互相不影响。

比较器U2A，用于提供电池低温保护功能。其反向端a2分别经标准电阻R2、 R3连接基准电压源芯片U1的电源输出端OUT和输入滤波电路引脚2，R2＝R3，使比较器U2A反向端a2电压等于基准电压一半，其同向端a1分别经标准电阻 R4、热敏电阻R5连接基准电压源芯片U1的电源输出端OUT和输入滤波电路引脚2，其中R5是NTC负温度系数热敏电阻靠近太阳能面板安装，当太阳能面板温度降低到保护临界值，R5阻值变大，当R5大于R4时，同向端a1的电压值大于1/2的基准电压，比反向端a2更大，此刻比较器U2A输出高电平，使能关断充电控制电路，停止充电。

同理比较器U2B,阻值相同的标准电阻R6、R7为比较器U2B的反向端a2提供参考电压，参考电压等于1/2的基准电压。标准电阻R8和热敏电阻R9为比较器U2B的同向端a1提供变量电压。热敏电阻R9为NTC负温度系数热敏电阻靠近太阳能面板安装，当太阳能面板温度升高，R9阻值减小，小于R8时，比较器U2B输出高电平，使能关断充电控制电路，停止充电。

比较器U3作用是电压检测，蓄电池的正极VBAT+和负极VBAT-之间串联分压电阻R13和标准电阻R15，比较器U3的同向端a1连接至分压电阻R13的正极端 14，电压比较器U3反向端a2经电阻R10连接至基准电压的正极，当蓄电池电压变大时，分压电阻R13的分压增大，当蓄电池电压大于24V，比较器U3同向端a1的变量电压大于反向端a2基准电压，比较器U3输出高电平给充电控制电路，停止充电。

充电控制电路包括增强型NMOS管Q3、NPN控制开关管Q2。其中NPN控制开关管Q2的集电极端7连接NMOS管Q3的栅极端8，NPN控制开关管Q2发射极9 接地。NPN控制开关管Q2的控制端10与比较器电路的输出脚6之间串连限流电阻R11，接受比较器电路输出脚6的电平控制，NMOS管Q3的漏极端12连接PNP 开关三极管Q1的集电极端3，NMOS管Q3的漏极端12与栅极端8之间串联下拉电阻R12，使得NMOS管Q3常开，即一直充电，NMOS管Q3的源极端11与蓄电池的正极VBAT+之间串连防倒灌二极管D4和过流保护电路F1。当NPN控制开关管Q2控制电平为高时(比较器电路中三个比较器任意一个输出高电平)，NPN 控制开关管Q2导通，使得NMOS管Q3的栅极接地，从而使栅极电源Vgs＝0V,即 NMOS管Q3关断，充电停止。

充电指示灯LED1一端与NMOS管Q3的源极端11之间串连电阻R14，另一端接地。

电容C5、C6的一端接地，另一端分别并联至过流保护电路F1的输入端13，用于蓄电池的充电滤波。

Claims (5)

1.一种太阳能电池充电保护电路，其特征在于，包括：

输入滤波电路，其输入端连接太阳能面板正极，输出端连接所述太阳能面板负极，用于滤波和保护电路，同时限制太阳能面板输出电压，太阳能面板负极接地；

基准电压电路，与比较器电路电性连接，用于给比较器电路提供基准电压，还与输入滤波电路及太阳能面板负极电性连接，用于获得电源；

比较器电路，包括与基准电压电路输出端和太阳能面板负极并联的：比较器U2A、比较器U2B和比较器U3，比较器U2A、比较器U2B和比较器U3的输出端a3与比较器电路的输出脚(6)之间分别串连防反二极管D1,D2,D3,

比较器U2A的反向端a2分别经阻值相同的标准电阻R2、R3连接基准电压源芯片U1的电源输出端OUT和输入滤波电路引脚2，获取1/2的基准电压作为参考电压，比较器U2A的同向端a1分别经标准电阻R4、热敏电阻R5连接基准电压源芯片U1的电源输出端OUT和输入滤波电路引脚2,从热敏电阻R5获得阈值电压；

比较器U2B的反向端a2分别经阻值相同的标准电阻R6、R7连接基准电压源芯片U1的电源输出端OUT和输入滤波电路引脚2，获取1/2的基准电压作为参考电压，比较器U2B的同向端a1分别经热敏电阻R9、标准电阻R8连接基准电压源芯片U1的电源输出端OUT和输入滤波电路引脚2，从标准电阻R9获得阈值电压；

比较器U3的同向端a1连接至分压电阻R13的正极端(14)，电压比较器U3反向端a2经电阻R10连接至基准电压的正极,蓄电池的正极VBAT+和负极VBAT-之间串联分压电阻R13和标准电阻R15；

输出脚(6)信号连接充电控制电路，为充电控制电路提供使能信号；

充电控制电路，其输入端、输出端分别连接太阳能面板的正极和蓄电池的正极，还通过控制端信号连接比较器输出端，包括增强型NMOS管Q3、NPN控制开关管Q2，NPN控制开关管Q2的集电极端(7)连接NMOS管Q3的栅极端(8)，NPN控制开关管Q2发射极(9)接地，NPN控制开关管Q2的控制端(10)与比较器电路之间串连限流电阻R11，接受比较器电路的电平控制，NMOS管Q3的漏极端(12)连接PNP开关三极管Q1的集电极端(3)，NMOS管Q3的漏极端(12)与栅极端(8)之间串联下拉电阻R12，使得NMOS管Q3常开，NMOS管Q3的源极端(11)与蓄电池的正极VBAT+之间串连防倒灌二极管D4和过流保护电路F1；

蓄电池正极与充电控制电路的输出端之间还串连过流保护电路和防倒灌二极管，充电滤波电路连接至过流保护电路和防倒灌二极管之间，蓄电池负极电性连接太阳能面板负极。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池充电保护电路，其特征在于，所述的输入滤波电路由并连的第一TVS瞬态抑制二极管T1和大容量电解电容器C1组成，输入滤波电路的引脚1与太阳能电池板的正极VS+连接，输入滤波电路的引脚2与太阳能面板的负极VS-连接，第一TVS瞬态抑制二极管T1将太阳能电池板的电压钳位到27V以内。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池充电保护电路，其特征在于，所述的基准电压电路包括PNP开关三极管Q1、基准电压源芯片U1、第二瞬态二极管T2、电阻R1、及电容C2、C3、C4，PNP开关三极管Q1的集电极端(3)连接到输入滤波电路的引脚1,基准电压源芯片U1的电源输入脚IN连接开关三极管Q1的发射极(4)，还同时经电容C2连接输入滤波电路引脚2，用于获得电源，开关三极管Q1的控制端(5)和输入滤波电路引脚1、引脚2之间分别串连电阻R1和第二瞬态二极管T2，电容C3、C4的一端分别并联至基准电压源芯片U1的电源输出端OUT，另一端连接输入滤波电路引脚2，电阻R1和第二瞬态二极管T2用于保护基准电压源芯片U1，电容C2和C3、C4分别连接基准电压源芯片U1的输入端和输出端用于滤波。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池充电保护电路，其特征在于，所述的热敏电阻安装在太阳能面板旁。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池充电保护电路，其特征在于，充电指示灯LED1经电阻R14与所述的NMOS管Q3的源极端(11)连接。