CN211930321U

CN211930321U - 一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路

Info

Publication number: CN211930321U
Application number: CN202020480163.5U
Authority: CN
Inventors: 高世鹏; 李享梅; 许诚昕
Original assignee: Chengdu University of Information Technology
Current assignee: Chengdu University of Information Technology
Priority date: 2020-04-04
Filing date: 2020-04-04
Publication date: 2020-11-13
Anticipated expiration: 2030-04-04

Abstract

本实用新型涉及节能供电技术领域，提出一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，包括太阳能板接口、太阳能供电保护电路、太阳能充放电管理电路、蓄电池、蓄电池供电保护电路，所述太阳能板接口通过太阳能供电保护电路为负载输出供电，且所述太阳能板接口通过太阳能充放电管理电路为蓄电池供电，所述蓄电池通过蓄电池供电保护电路为负载输出供电。本实用新型优先选用太阳能为负载输出供电，太阳能还可以为同时为蓄电池充电；采用太阳能供电保护电路和蓄电池供电保护电路为太阳能和蓄电池的输出电路进行保护，使用太阳能充放电管理电路合理切换太阳能板接口为负载供电的状态，以及切换为蓄电池供电的状态。

Description

一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路

技术领域

本实用新型涉及节能供电技术领域，特别涉及一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路。

背景技术

太阳能供电已经成为电力电气常用的技术，能达到节能的效果，由于太阳能供电为户外的装置，会收到雷击的损坏，并且如何调制使得太阳能和蓄电池相互配合使用是节能供电技术领域需要进一步研究的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，合理配合太阳能和蓄电池的输出使用。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供了以下技术方案：

一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，包括太阳能板接口、太阳能供电保护电路、太阳能充放电管理电路、蓄电池、蓄电池供电保护电路，所述太阳能板接口通过太阳能供电保护电路为负载输出供电，且所述太阳能板接口通过太阳能充放电管理电路为蓄电池供电，所述蓄电池通过蓄电池供电保护电路为负载输出供电。

更进一步地，为了更好的实现本实用新型，还包括监控单元、分别与监控单元连接的太阳能电压监测电路、蓄电池电压检测电路；所述太阳能电压监测电路用于获取太阳能供电保护电路输出至负载的电压，并发送至监控单元；所述蓄电池电压检测电路用于获取蓄电池供电保护电路输出至负载的电压，并发送至监控单元。

更进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述太阳能供电保护电路包括过流保护电路、防雷保护电路、升压电路，所述过流保护电路包括保护电阻RT1，所述防雷保护电路包括保护电阻RT2、气体放电管G1，所述升压电路包括升压芯片U1，所述升压芯片U1采用型号为LM2577-ADJ的芯片；所述保护电阻RT1与太阳能板接口P1的输出端串联，保护电阻RT2与气体放电管G1并联后与太阳能板接口P1并联，所述升压芯片U1的输入端接入经过流保护电路、防雷保护电路处理过的信号，再经升压芯片U1进行升压后为负载输出供电。

更进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述太阳能充放电管理电路包括分压电阻R1、集成管理芯片U2、场效应管Q1、场效应管Q2，所述集成管理芯片U2采用型号为CN3722的集成芯片；所述分压电阻R1接入经过流保护电路、防雷保护电路处理过的信号，再经分压电阻R1进入集成管理芯片U2，所述集成管理芯片U2通过DRV引脚、CSP引脚分别控制场效应管Q1、场效应管Q2的通断，所述集成管理芯片U2的BAT引脚与蓄电池连接连接。

更进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述蓄电池供电保护电路包括保护电阻RT3、分压电阻R17、分压电阻R18、电压比较器U1A、场效应管Q3、场效应管Q4，所述电压比较器U1A采用型号为LM393P的比较器；所述保护电阻RT3 连接蓄电池的输出端，分压电阻R17、分压电阻R18获取到蓄电池输出的电压，并输送至电压比较器U1A中进行判断，所述电压比较器U1A根据判断结果控制场效应管Q3、场效应管Q4的通断，从而控制蓄电池的放电状态。

更进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述太阳能电压监测电路包括取样电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7，所述取样电阻R5与取样电阻R6串联后与所述升压芯片U1的输出端并联，取样电阻R7获取所述取样电阻R5与取样电阻 R6之间的节点电压后发送至监控单元。

更进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述蓄电池电压检测电路包括取样电阻R20、取样电阻R21、取样电阻R22，所述取样电阻R20与取样电阻R21 串联后与蓄电池的输出端并联，取样电阻R22获取所述取样电阻R20与取样电阻 R21之间的节点电压后发送至监控单元。

更进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述监控单元采用ARM处理器、单片机中的任一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型优先选用太阳能为负载输出供电，太阳能还可以为同时为蓄电池充电；由于本供电电路在户外使用，采用太阳能供电保护电路保护太阳能板输出，防止户外雷击对电路造成损坏；使用太阳能充放电管理电路合理切换太阳能板接口为负载供电的状态，以及切换为蓄电池供电的状态；采用蓄电池供电保护电路防止蓄电池在为负载输出供电时发生过放电的情况，提高蓄电池的使用寿命；加入太阳能电压监测电路和蓄电池电压检测电路实时监测太阳能或蓄电池为负载输出的情况；充分利用太阳能源为负载供电，节省供电成本，起到节能的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型供电电路模块框图；

图2为本实用新型太阳能板接口、太阳能供电保护电路、太阳能电压监测电路、太阳能充放电管理电路、蓄电池原理图；

图3为本实用新型蓄电池、蓄电池供电保护电路、蓄电池电压检测电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

实施例1：

本实用新型通过下述技术方案实现，如图1所示，一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，包括太阳能板接口、太阳能供电保护电路、太阳能充放电管理电路、蓄电池、蓄电池供电保护电路，所述太阳能板接口通过太阳能供电保护电路为负载输出供电，且所述太阳能板接口通过太阳能充放电管理电路为蓄电池供电，所述蓄电池通过蓄电池供电保护电路为负载输出供电。

本方案中所述太阳能板接口接入太阳能电压直接为负载输出供电，以及为蓄电池供电，使得蓄电池有充足的能量为负载供电，所述太阳能充放电管理电路即用于切换太阳能板接口为负载供电的状态，以及切换为蓄电池供电的状态，其中太阳能供电保护电路用于处理太阳能板接口为负载输出供电时产生的过流等不良反应，使得太阳能板接口能稳定的向负载供电。所述蓄电池供电保护电路用于处理蓄电池为负载输出供电时产生的过度放电情况，使得蓄电池在为负载供电时，也能保证蓄电池不受损坏。

为了完善本方案，还包括监控单元、分别与监控单元连接的太阳能电压监测电路、蓄电池电压检测电路；所述太阳能电压监测电路用于获取太阳能供电保护电路输出至负载的电压，并发送至监控单元；所述蓄电池电压检测电路用于获取蓄电池供电保护电路输出至负载的电压，并发送至监控单元。

所述太阳能电压监测电路、蓄电池电压检测电路分别获取太阳能板接口和蓄电池为负载输出供电的电压，即可知道当前是太阳能还是蓄电池在为负载供电，并且得到供电的电压值大小，可判断是否为正常电压值，以对供电进行监控。

详细来说，如图2所示，所述太阳能供电保护电路包括过流保护电路、防雷保护电路、升压电路，所述过流保护电路包括保护电阻RT1、电容C1，所述防雷保护电路包括保护电阻RT2、气体放电管G1，所述升压电路包括升压芯片 U1、电阻R2～电阻R7、电感L1，所述升压芯片U1的型号为LM2577-ADJ。由于本供电电路在户外，如果直接接入升压电路，则户外雷击会对电路造成损坏，因此加入过流保护电路和防雷保护电路。所述保护电阻RT1为自恢复过流保护电阻，串联在太阳能板接口P5的正极输出端。所述电容C1为高压瓷片电容，连接在太阳能板接口P5的负极输出端，消除高频噪声和干扰。保护电阻RT2为压敏电阻，是限压性防雷，和气体放电管G1并联使用，可防止气体放电管G1 导通后，太阳能板接口P5输出的电源对地短路。升压芯片U1的SW引脚和FB 引脚分别连接有电阻R3、电阻R4，电阻R3、电阻R4构成输出电压调节电路，通过电阻的阻值大小调节升压电路输出电压的范围。

如图2所示，所述太阳能电压监测电路包括取样电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7，所述取样电阻R5与取样电阻R6串联后与所述升压芯片U1的输出端并联，取样电阻R7获取所述取样电阻R5与取样电阻R6之间的节点电压后发送至监控单元。

如图2所示，所述太阳能充放电管理电路包括分压电阻R1、集成管理芯片 U2、场效应管Q1、场效应管Q2，所述集成管理芯片U2采用型号为CN3722的集成芯片；所述分压电阻R1接入经过流保护电路、防雷保护电路处理过的信号，再经分压电阻R1进入集成管理芯片U2，所述集成管理芯片U2通过DRV引脚、CSP引脚分别控制场效应管Q1、场效应管Q2的通断，所述集成管理芯片U2的BAT引脚与蓄电池连接连接。所述分压电阻R1用于获取经过流保护电路和防雷保护电路处理过的太阳能电源电压信号，当需要太阳能板为蓄电池充电时，集成管理芯片U2的DRV引脚输出低电平，场效应管Q1导通，太阳能板接口输出的电压经电阻R1后输送至蓄电池BAT，实现对蓄电池的充电。当需要太阳能板为负载供电时，集成管理芯片U2的CSP引脚输出高电平，场效应管Q2导通，使得太阳能供电保护电路形成通路，太阳能板可为负载输出供电。当不需要太阳能板为负载供电时，集成管理芯片U2的CSP引脚输出低电平，场效应管Q2截止，太阳能供电保护电路无法与负载连通。

如图3所示，所述蓄电池供电保护电路包括保护电阻RT3、分压电阻R17、分压电阻R18、电压比较器U1A、场效应管Q3、场效应管Q4，所述电压比较器U1A 采用型号为LM393P的比较器；所述保护电阻RT3连接蓄电池的输出端，分压电阻 R17、分压电阻R18获取到蓄电池输出的电压，并输送至电压比较器U1A中进行判断，所述电压比较器U1A根据判断结果控制场效应管Q3、场效应管Q4的通断，从而控制蓄电池的放电状态。电压比较器LM393P构成具有滞回特性的放电保护电路，根据实际使用时的蓄电池参数设定，电压比较器U1A的正向输入端通过电阻 R17和电阻R18的串联分压获得蓄电池的电压，当蓄电池电压低于第一电压阈值时，电压比较器U1A输出低电平，场效应管Q4截止，断开蓄电池为负载的输出供电，达到防治蓄电池过放电的目的。当蓄电池电压进一步低于第二电压阈值时 (第一电压阈值>第二电压阈值)，场效应管Q3截止，断开蓄电池为蓄电池供电保护电路的供电，进一步降低了蓄电池的放电电流。

如图3所示，所述蓄电池电压检测电路包括取样电阻R20、取样电阻R21、取样电阻R22，所述取样电阻R20与取样电阻R21串联后与蓄电池的输出端并联，取样电阻R22获取所述取样电阻R20与取样电阻R21之间的节点电压后发送至监控单元。

当太阳能板有足够的能量时(白天)，即分压电阻R1获取到太阳能板接口P5 有输出电压时，太阳能板同时为负载和蓄电池供电，此时集成管理芯片U2的DRV 引脚和CSP引脚同时输出低电平，场效应管Q1和场效应管Q2都导通，使得太阳能板能为负载输出供电，也能为蓄电池充电。

为提高蓄电池的使用寿命，防止蓄电池一边充电一边放电，蓄电池的输出端还连接有滑动变阻器RL，当蓄电池正在充电时，保护电阻RT3可感应蓄电池的输出不稳定，此时场效应管Q3控制滑动变阻器RL的阻值为最大值，阻挡蓄电池放电。

当蓄电池电量充满时，保护电阻RT3感应到蓄电池输出稳定，同时取样电阻 R16反馈蓄电池已充满电，场效应管Q1自动截止，断开太阳能板为蓄电池供电。但若当太阳能板持续有能量时，场效应管Q2都保持导通，优先选择太阳能板为负载输出供电。

当太阳能板没有足够能量时，分压电阻R1获取到太阳能板的输出不稳定，集成管理芯片U2控制场效应管Q2截止、场效应管Q1导通，此时没有能量通过场效应管Q1流量蓄电池，蓄电池则开始为负载输出供电。

当蓄电池的输出电压小于第一阈值时(即蓄电池电量低)，场效应管Q4断开，直到输出电压小于第二阈值时，场效应管Q3断开，使得滑动电阻RL达到最大值，阻断蓄电池输出，取样电阻R16反馈蓄电池电量低，太阳能板通过导通的场效应管Q1为蓄电池供电。

需要说明的是，选用的蓄电池电量至少能为负载提供一个夜晚的供电，当蓄电池电量低时，已是白天，此时即可通过太阳能板为蓄电池供电。

所述监控单元采用ARM处理器、单片机中的任一种，本实施例选用型号为 STM32的单片机作为监控单元，所述电阻R7与单片机的P1.0引脚连接，电阻R7 获取太阳能板为负载输出的电压值发送至监控单元；所述电阻R22与单片机的 P1.1引脚连接，电阻R22获取蓄电池为负载输出的电压值发送至监控单元，以便工作人员能通过监控单元实时查看太阳能或蓄电池的输出情况。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，其特征在于：包括太阳能板接口、太阳能供电保护电路、太阳能充放电管理电路、蓄电池、蓄电池供电保护电路，所述太阳能板接口通过太阳能供电保护电路为负载输出供电，且所述太阳能板接口通过太阳能充放电管理电路为蓄电池供电，所述蓄电池通过蓄电池供电保护电路为负载输出供电。

2.根据权利要求1所述的一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，其特征在于：还包括监控单元、分别与监控单元连接的太阳能电压监测电路、蓄电池电压检测电路；所述太阳能电压监测电路用于获取太阳能供电保护电路输出至负载的电压，并发送至监控单元；所述蓄电池电压检测电路用于获取蓄电池供电保护电路输出至负载的电压，并发送至监控单元。

3.根据权利要求2所述的一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，其特征在于：所述太阳能供电保护电路包括过流保护电路、防雷保护电路、升压电路，所述过流保护电路包括保护电阻RT1，所述防雷保护电路包括保护电阻RT2、气体放电管G1，所述升压电路包括升压芯片U1，所述升压芯片U1采用型号为LM2577-ADJ的芯片；

所述保护电阻RT1与太阳能板接口P1的输出端串联，保护电阻RT2与气体放电管G1并联后与太阳能板接口P1并联，所述升压芯片U1的输入端接入经过流保护电路、防雷保护电路处理过的信号，再经升压芯片U1进行升压后为负载输出供电。

4.根据权利要求3所述的一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，其特征在于：所述太阳能充放电管理电路包括分压电阻R1、集成管理芯片U2、场效应管Q1、场效应管Q2，所述集成管理芯片U2采用型号为CN3722的集成芯片；

所述分压电阻R1接入经过流保护电路、防雷保护电路处理过的信号，再经分压电阻R1进入集成管理芯片U2，所述集成管理芯片U2通过DRV引脚、CSP引脚分别控制场效应管Q1、场效应管Q2的通断，所述集成管理芯片U2的BAT引脚与蓄电池连接连接。

5.根据权利要求2所述的一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，其特征在于：所述蓄电池供电保护电路包括保护电阻RT3、分压电阻R17、分压电阻R18、电压比较器U1A、场效应管Q3、场效应管Q4，所述电压比较器U1A采用型号为LM393P的比较器；

所述保护电阻RT3连接蓄电池的输出端，分压电阻R17、分压电阻R18获取到蓄电池输出的电压，并输送至电压比较器U1A中进行判断，所述电压比较器U1A根据判断结果控制场效应管Q3、场效应管Q4的通断，从而控制蓄电池的放电状态。

6.根据权利要求3所述的一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，其特征在于：所述太阳能电压监测电路包括取样电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7，所述取样电阻R5与取样电阻R6串联后与所述升压芯片U1的输出端并联，取样电阻R7获取所述取样电阻R5与取样电阻R6之间的节点电压后发送至监控单元。

7.根据权利要求5所述的一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，其特征在于：所述蓄电池电压检测电路包括取样电阻R20、取样电阻R21、取样电阻R22，所述取样电阻R20与取样电阻R21串联后与蓄电池的输出端并联，取样电阻R22获取所述取样电阻R20与取样电阻R21之间的节点电压后发送至监控单元。

8.根据权利要求2-7任一项所述的一种为户外灌溉负载供电的太阳能节能供电电路，其特征在于：所述监控单元采用ARM处理器、单片机中的任一种。