CN215186033U - 一种便携式mppt太阳能充电电路 - Google Patents

一种便携式mppt太阳能充电电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种便携式MPPT太阳能充电电路，涉及太阳能充电技术领域，其特征在于：包括太阳能输入模块、参考电压模块、检测模块、升降压模块和电池模块，太阳能输入模块与外接太阳能设备连接，用于提供输入电压和输入电流；检测模块与太阳能输入模块连接，用于对太阳能输入模块的输入电压和输入电流进行实时检测；检测模块与升降压模块连接，用于发送PWM信号给升降压模块；升降压模块与太阳能输入模块连接，用于升降压；升降压模块与电池连接，用于给电池充电,实现了MPPT最大功率跟踪功能，结构简单，操作简便。

Description

一种便携式MPPT太阳能充电电路
技术领域
本实用新型涉及太阳能充电技术领域，更具体的说，本实用新型涉及一种便携式MPPT太阳能充电电路。
背景技术
光伏发电作为清洁能源发电的重要一支，近年来呈现蓬勃的发展趋势。由于太阳能电池板的工作原理特性，在系统的外界环境，如温度、日照和角度等条件影响下，不同的阵列输出电压可以得到不同的输出功率，为了尽可能的输出电能，光伏系统必须对系统进行最大功率点跟踪(MPPT，Maximum Power Point Tracking)控制。
MPPT系统是一种通过调节电气模块的工作状态，使太阳能电池板能够输出更多电能的电气系统，能够将太阳能电池板发出的直流电有效地贮存在蓄电池中。MPPT的出现主要是应对不同的温度情况，不同的温度下，太阳能电池板都对应一个可以输出最大功率的电压。但是一天中，环境温度是动态变化的，所以要想达到最大太阳能电池板的最大功率输出，就需要动态的调节太阳能电池板的输出电压，以使得太阳能电池板在不同的温度环境下，获得最大的功率输出。
现有的太阳能充电电路中的自带MPPT功能IC，比较复杂昂贵，应用也不方便，给用户带来很不好的体验。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种便携式MPPT太阳能充电电路。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种便携式MPPT太阳能充电电路，其改进之处在于：包括太阳能输入模块、参考电压模块、检测模块、升降压模块和电池模块，电池模块包括电池，太阳能输入模块与外接太阳能设备连接，用于提供输入电压和输入电流；参考电压模块与太阳能输入模块连接，参考电压模块与检测模块连接，使参考电压模块在接收到太阳能输入模块的输入时，给检测模块提供恒定的参考电压；检测模块与太阳能输入模块连接，用于对太阳能输入模块的输入电压和输入电流进行实时检测；检测模块与升降压模块连接，用于发送PWM信号给升降压模块，PWM信号即脉冲宽度调制信号；升降压模块与太阳能输入模块连接，用于升降压；升降压模块与电池连接，用于给电池充电。
在上述电路中，所述升降压模块包括升降压芯片U1和升降压电路，升降压芯片U1包括IPWM端口、第一上管栅极驱动AHD1、第一下管栅极驱动ALD1、第二上管栅极驱动AHD2和第二下管栅极驱动ALD2；第一上管栅极驱动AHD1、第一下管栅极驱动ALD1、第二上管栅极驱动AHD2和第二下管栅极驱动ALD2均与升降压电路连接，
IPWM端口与检测模块连接，接收PWM信号，用于调节输入电流；
升降压电路与太阳能输入模块连接，用于升降压；升降压电路与电池连接，用于给电池充电。
在上述电路中，所述升降压芯片U1还包括第一太阳能输入电压检测端口SNS1N、第二太阳能输入电压检测端口SNS1P、第一电池输入电压检测端口SNS2N和第二电池输入电压检测端口SNS2P；
第一太阳能输入电压检测端口SNS1N和第二太阳能输入电压检测端口SNS1P均与太阳能输入模块连接，用于检测太阳能输入模块的差分电压；
第一电池输入电压检测端口SNS2N和第二电池输入电压检测端口SNS2P均与电池连接，用于检测电池的差分电压。
在上述电路中，所述参考电压模块包括稳压芯片U2，稳压芯片U2包括电压输入端口P1、电压输出端口P2和接地端口，电压输入端口P1与太阳能输入模块连接，用于接收太阳能输入模块的输入信号；电压输出端口P2与检测模块连接，用于给检测模块提供恒定的参考电压。
在上述电路中，所述检测模块包括芯片U3、电阻R35、电阻R36和电容C3，芯片U3包括正电源端口VDD、负电源端口VSS、第一输入输出端口P3、第二输入输出端口P4、第一I/O端口P5、第一PWM输出端口OUTL、第二PWM输出端口OUTH、电压检测端口VIN-V和电流检测端口VIN-I，
正电源端口VDD和负电源端口VSS，均与所述电压输出端口P2连接，用于接收参考电压；第一PWM输出端口OUTL与所述IPWM端口连接，用于发送PWM信号给IPWM端口；电压检测端口VIN-V连接有第一连接点，第一连接点与电容C3连接，电容C3的另一端接地，第一连接点与电阻R35连接，电阻R35的另一端接地，第一连接点与电阻R36连接，电阻R36的另一端与太阳能输入模块连接，电压检测端口VIN-V用于检测输入电压；电流检测端口VIN-I与与太阳能输入模块连接，用于检测输入电流。
在上述电路中，所述芯片U3还包括功率检测端口P6和测温端口NTC，
功率检测端口P6与电池连接，用于检测电池的限定输入功率；
测温端口NTC用于检测电池的温度。
在上述电路中，所述电池可设置多个。
在上述电路中，所述太阳能输入模块包括太阳能输入连接端子J1、电阻R1、三极管Q2和场效应管Q4，太阳能输入端子J1包括电源正极端口C、负极静触端口B和负极动触端口A，电源正极端口C与外接太阳能设备的正极连接，负极动触端口A与外接太阳能设备的负极连接，用于接收太阳能的输入；
电源正极端口C与所述电阻R36连接；负极动触端口A与电阻R1连接，电阻R1的另一端与所述电流检测端口VIN-I连接；
电源正极端口C与所述电压输入端口P1连接；
三极管Q2的集电极与所述第二输入输出端口P4连接，用于唤醒芯片U3；
场效应管Q4的栅极与所述第一I/O端口P5连接，用于使第一输入输出端口P3低使能。
在上述电路中，所述太阳能输入模块还包括反接保护电路，反接保护电路设于电阻R1与负极动触端口A之间，用于实现反接保护。
在上述电路中，所述反接保护电路包括场效应管Q1、电阻R3和电阻R4，场效应管Q1的源极与电阻R1连接，场效应管Q1的漏极与负极动触端口A连接，场效应管Q1的源极还与电阻R3连接，电阻R3的另一端与电阻R4连接，电阻R4的另一端与所述电源正极端口C连接，电阻R3与电阻R4之间设有第二连接点，第二连接点与场效应管Q1的栅极连接。
本实用新型的有益效果是：通过升降压芯片U1和芯片U3，实现了MPPT最大功率跟踪功能，在电池未达到饱和状态之前的充电期间，保证太阳能电池板始终以最大功率输出，充电效率更高，而且不会受到外界温度的影响，结构简单，操作简便，并且实现了太阳能充电的恒流、恒压和涓流充电功能。
附图说明
附图1为本实用新型的一种便携式MPPT太阳能充电电路的结构框图。
附图2为图1中的太阳能输入模块的结构图。
附图3为图1中的参考电压模块的结构图。
附图4为图1中的检测模块的结构图。
附图5为图1中的升降压模块的结构图。
附图6为图1中的电池模块的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本实用新型创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1所示，本实用新型揭示了一种便携式MPPT太阳能充电电路，包括太阳能输入模块10、参考电压模块20、检测模块30、升降压模块40和电池模块50，电池模块50包括电池BTA，太阳能输入模块10与外接太阳能设备连接，接收太阳能设备的输入，提供输入电压和输入电流；参考电压模块20与太阳能输入模块10连接，参考电压模块20与检测模块30连接，使参考电压模块20在接收到太阳能输入模块10的输入时，给检测模块30提供恒定的参考电压；检测模块30与太阳能输入模块10连接，对太阳能输入模块10的输入电压和输入电流进行实时检测；检测模块30与升降压模块40连接，发送PWM信号给升降压模块40，PWM信号即脉冲宽度调制信号，升降压模块40接收到PWM信号后，调节输入电流；升降压模块40与太阳能输入模块10连接，并且升降压模块40与电池连接，进行升降压后给电池充电。
结合图2、图3、图4、图5和图6所示，所述参考电压模块20包括稳压芯片U2，稳压芯片U2的型号为HT7550-2，稳压芯片U2包括电压输入端口P1、电压输出端口P2和接地端口；所述升降压模块40包括升降压芯片U1和升降压电路401，升降压芯片U1的型号为SC8802，升降压芯片U1包括IPWM端口、第一上管栅极驱动AHD1、第一下管栅极驱动ALD1、第二上管栅极驱动AHD2和第二下管栅极驱动ALD2；所述检测模块30包括芯片U3、电阻R35、电阻R36和电容C3，芯片U3的型号为HT45F4MA SOP16，芯片U3包括正电源端口VDD、负电源端口VSS、第一输入输出端口P3、第二输入输出端口P4、第一I/O端口P5、第一PWM输出端口OUTL、第二PWM输出端口OUTH、电压检测端口VIN-V、电流检测端口VIN-I、功率检测端口P6和测温端口NTC；所述太阳能输入模块10包括太阳能输入连接端子J1、电阻R1、三极管Q2和场效应管Q4，太阳能输入端子J1的型号为DC-050，三极管Q2的型号为SS8050，场效应管Q4的型号为GTMS4011S，太阳能输入端子J1包括电源正极端口C、负极静触端口B和负极动触端口A，
电源正极端口C与外接太阳能设备的正极连接，负极动触端口A与外接太阳能设备的负极连接，接收外接的太阳能设备转化的输入；电压输入端口P1与电源正极端口C连接，接收太阳能输入模块的输入信号；检测模块30的正电源端口VDD和负电源端口VSS均与电压输出端口P2连接，接收稳压芯片U2提供的恒定的参考电压，
第一上管栅极驱动AHD1、第一下管栅极驱动ALD1、第二上管栅极驱动AHD2和第二下管栅极驱动ALD2均与升降压电路401连接，升降压电路401与太阳能输入模块10连接，对太阳能输入模块10的输入进行升降压，然后升降压电路401与电池连接，给电池充电；
三极管Q2的集电极与所述第二输入输出端口P4连接，用于唤醒芯片U3；
场效应管Q4的栅极与所述第一I/O端口P5连接，用于使第一输入输出端口P3低使能；
电压检测端口VIN-V连接有第一连接点60，第一连接点60与电容C3连接，电容C3的另一端接地，第一连接点60与电阻R35连接，电阻R35的另一端接地，第一连接点60与电阻R36连接，电阻R36的另一端与太阳能输入模块的电源正极端口C连接，使电压检测端口VIN-V可以实时检测太阳能输入的输入电压，所述电流检测端口VIN-I与电阻R1连接，电阻R1的另一端与负极动触端口A连接，使电流检测端口VIN-I实时检测太阳能的输入电流；
通过第一PWM输出端口OUTL与所述IPWM端口连接，芯片U3发送PWM信号给升降压芯片U1,升降压芯片芯片U1调节输入电流；进一步的，所述芯片U3还包括功率检测端口P6和测温端口NTC，功率检测端口P6与电池连接，检测电池的限定输入功率，进一步的，所述电池可设置多个，比如4个电池，当设置1个电池或2个电池串联时,输入功率限制为25W，当设置3个电池串联或4个电池串联时,输入功率限制为90W，默认参数为设置为4个电池串联时的90W最大输入功率；测温端口NTC可测量电池的温度，比如从测温端口NTC延伸出测温线，将测温线放置于电池的表面，即可测量电池的温度，对电池的温度进行监测、控制及补偿，避免电池的温度异常而导致电池的性能下降；
当稳压芯片U2的电压输入端口P1接收到太阳能输入端子J1传送过来的太阳能输入信号时，稳压芯片U2通过电压输出端口P2给芯片U3提供一个恒定的参考电压，比如5V，三极管Q2由默认的高电平转为低电平，通过第二输入输出端口P4唤醒芯片U3，芯片U3的第二PWM输出端口OUTH转为高电平，芯片U3通过电阻R34、电阻RT1和测温端口NTC来检测电池的温度，通过电阻R36、电阻R35和电压检测端口VIN-V来实时检测太阳能的输入电压，通过电阻R2、电阻R1和电流检测端口VIN-I来实时检测太阳能的输入电流，通过电阻RB1、电阻RB2和功率检测端口P6来检测电池的限定输入功率，当检测到输入电压在9V至30V，以及设置好电池数量，且检测到电池的温度在-5℃至60℃，芯片U3的第一I/O端口P5转为高电平，场效应管Q4打开，使第一输入输出端口P3低使能，第一输入输出端口P3转为低电平,电压检测端口VIN-V实时检测太阳能输入的输入电压，电流检测端口VIN-I实时检测太阳能的输入电流，通过对比输入电压与输入电流的乘积，多次取值，计算出太阳能阵列的最大输出功率，通过第一PWM输出端口OUTL与所述IPWM端口连接，芯片U3发送PWM信号给升降压芯片U1,升降压芯片芯片U1调节输入电流，再通过升降压电路进行升降压，对电池进行充电，芯片U3的APG端口为充电截止信号，低电平表示正在充电，高电平表示充电截止，通过升降压芯片U1和芯片U3，实现了MPPT最大功率跟踪功能，在电池未达到饱和状态之前，充电期间，保证太阳能电池板始终以最大功率输出，充电效率更高，不会受到外界温度的影响，结构简单，操作简便，并且实现了太阳能充电的恒流、恒压和涓流充电功能。
进一步的，所述升降压芯片U1还包括第一太阳能输入电压检测端口SNS1N、第二太阳能输入电压检测端口SNS1P、第一电池输入电压检测端口SNS2N和第二电池输入电压检测端口SNS2P；第一太阳能输入电压检测端口SNS1N和第二太阳能输入电压检测端口SNS1P均与太阳能输入模块10连接，用于检测太阳能输入模块10的差分电压；第一电池输入电压检测端口SNS2N和第二电池输入电压检测端口SNS2P均与电池连接，用于检测电池的差分电压。
进一步的，所述太阳能输入模块10还包括反接保护电路101，反接保护电路101设于电阻R1与负极动触端口A之间，反接保护电路101包括场效应管Q1、电阻R3和电阻R4，场效应管Q1的型号为GTMV4504A，场效应管Q1的源极与电阻R1连接，场效应管Q1的漏极与负极动触端口A连接，场效应管Q1的源极还与电阻R3连接，电阻R3的另一端与电阻R4连接，电阻R4的另一端与所述电源正极端口C连接，电阻R3与电阻R4之间设有第二连接点70，第二连接点70与场效应管Q1的栅极连接，正常情况下，电源正极端口C通过电阻R3和电阻R4分压,场效应管Q1导通；反接时，负极动触端口A为低电平，电阻R3和电阻R4分压,场效应管Q1关闭，断开连接，实现反接保护。
进一步的，所述芯片U3还包括充电指示端口，该充电指示端口与LED灯连接，指示电池的充电状态；具体的，该端口与电阻R37连接，电阻R37的另一端与LED灯LED1的正极连接，LED灯LED1的负极接地，当电池正常充电时，LED灯长亮，充电异常时0.5秒闪烁，电池充满时2S闪烁。
进一步的，所述电池模块50还包括滤波电路，滤波电路对电池的充电电流进行滤波，使充电效果更好。
实用新型的有益效果是：通过升降压芯片U1和芯片U3，实现了MPPT最大功率跟踪功能，在电池未达到饱和状态之前的充电期间，保证太阳能电池板始终以最大功率输出，充电效率更高，而且不会受到外界温度的影响，结构简单，操作简便，并且实现了太阳能充电的恒流、恒压和涓流充电功能。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种便携式MPPT太阳能充电电路，其特征在于：包括太阳能输入模块、参考电压模块、检测模块、升降压模块和电池模块，电池模块包括电池，
太阳能输入模块与外接太阳能设备连接，用于提供输入电压和输入电流；
参考电压模块与太阳能输入模块连接，参考电压模块与检测模块连接，使参考电压模块在接收到太阳能输入模块的输入时，给检测模块提供恒定的参考电压；
检测模块与太阳能输入模块连接，用于对太阳能输入模块的输入电压和输入电流进行实时检测；检测模块与升降压模块连接，用于发送PWM信号给升降压模块，PWM信号即脉冲宽度调制信号；
升降压模块与太阳能输入模块连接，用于升降压；升降压模块与电池连接，用于给电池充电。
2.如权利要求1所述的一种便携式MPPT太阳能充电电路，其特征在于：所述升降压模块包括升降压芯片U1和升降压电路，升降压芯片U1包括IPWM端口、第一上管栅极驱动AHD1、第一下管栅极驱动ALD1、第二上管栅极驱动AHD2和第二下管栅极驱动ALD2；第一上管栅极驱动AHD1、第一下管栅极驱动ALD1、第二上管栅极驱动AHD2和第二下管栅极驱动ALD2均与升降压电路连接，
IPWM端口与检测模块连接，接收PWM信号，用于调节输入电流；
升降压电路与太阳能输入模块连接，用于升降压；升降压电路与电池连接，用于给电池充电。
3.如权利要求2所述的一种便携式MPPT太阳能充电电路，其特征在于：所述升降压芯片U1还包括第一太阳能输入电压检测端口SNS1N、第二太阳能输入电压检测端口SNS1P、第一电池输入电压检测端口SNS2N和第二电池输入电压检测端口SNS2P；
第一太阳能输入电压检测端口SNS1N和第二太阳能输入电压检测端口SNS1P均与太阳能输入模块连接，用于检测太阳能输入模块的差分电压；
第一电池输入电压检测端口SNS2N和第二电池输入电压检测端口SNS2P均与电池连接，用于检测电池的差分电压。
4.如权利要求3所述的一种便携式MPPT太阳能充电电路，其特征在于：所述参考电压模块包括稳压芯片U2，稳压芯片U2包括电压输入端口P1、电压输出端口P2和接地端口，电压输入端口P1与太阳能输入模块连接，用于接收太阳能输入模块的输入信号；电压输出端口P2与检测模块连接，用于给检测模块提供恒定的参考电压。
5.如权利要求4所述的一种便携式MPPT太阳能充电电路，其特征在于：所述检测模块包括芯片U3、电阻R35、电阻R36和电容C3，芯片U3包括正电源端口VDD、负电源端口VSS、第一输入输出端口P3、第二输入输出端口P4、第一I/O端口P5、第一PWM输出端口OUTL、第二PWM输出端口OUTH、电压检测端口VIN-V和电流检测端口VIN-I，
正电源端口VDD和负电源端口VSS，均与所述电压输出端口P2连接，用于接收参考电压；第一PWM输出端口OUTL与所述IPWM端口连接，用于发送PWM信号给IPWM端口；电压检测端口VIN-V连接有第一连接点，第一连接点与电容C3连接，电容C3的另一端接地，第一连接点与电阻R35连接，电阻R35的另一端接地，第一连接点与电阻R36连接，电阻R36的另一端与太阳能输入模块连接，电压检测端口VIN-V用于检测输入电压；电流检测端口VIN-I与与太阳能输入模块连接，用于检测输入电流。
6.如权利要求5所述的一种便携式MPPT太阳能充电电路，其特征在于：所述芯片U3还包括功率检测端口P6和测温端口NTC，
功率检测端口P6与电池连接，用于检测电池的限定输入功率；
测温端口NTC用于检测电池的温度。
7.如权利要求6所述的一种便携式MPPT太阳能充电电路，其特征在于：所述电池可设置多个。
8.如权利要求7所述的一种便携式MPPT太阳能充电电路，其特征在于：所述太阳能输入模块包括太阳能输入连接端子J1、电阻R1、三极管Q2和场效应管Q4，太阳能输入端子J1包括电源正极端口C、负极静触端口B和负极动触端口A，电源正极端口C与外接太阳能设备的正极连接，负极动触端口A与外接太阳能设备的负极连接，用于接收太阳能的输入；
电源正极端口C与所述电阻R36连接；负极动触端口A与电阻R1连接，电阻R1的另一端与所述电流检测端口VIN-I连接；
电源正极端口C与所述电压输入端口P1连接；
三极管Q2的集电极与所述第二输入输出端口P4连接，用于唤醒芯片U3；
场效应管Q4的栅极与所述第一I/O端口P5连接，用于使第一输入输出端口P3低使能。
9.如权利要求8所述的一种便携式MPPT太阳能充电电路，其特征在于：所述太阳能输入模块还包括反接保护电路，反接保护电路设于电阻R1与负极动触端口A之间，用于实现反接保护。
10.如权利要求9所述的一种便携式MPPT太阳能充电电路，其特征在于：所述反接保护电路包括场效应管Q1、电阻R3和电阻R4，场效应管Q1的源极与电阻R1连接，场效应管Q1的漏极与负极动触端口A连接，场效应管Q1的源极还与电阻R3连接，电阻R3的另一端与电阻R4连接，电阻R4的另一端与所述电源正极端口C连接，电阻R3与电阻R4之间设有第二连接点，第二连接点与场效应管Q1的栅极连接。
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