CN220797839U - 直流电源控制电路及太阳能板充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流电源控制电路及太阳能板充电器，该控制电路包括：采样电路，其用于采集直流电源的电源输入端的电压值和电流值；比较电路，其包括第一运算放大器和第二运算放大器，第一运算放大器其中一输入端与电压采样电路电性连接，第二运算放大器的其中一输入端与电流采样电路电性连接；调节电路，其与第一运算放大器和第二运算放大器的输出端电性连接，调节电路用于根据第一运算放大器和第二运算放大器的输出信号为直流电源提供调节信号。本实用新型上述技术方案公开的用于充电器的直流电源控制电路，可有效调节直流电源的输出功率，使得直流电源输入端的电压和电流始终处于正常范围内，同时具有成本低、电路架构简单的优点。

Description

直流电源控制电路及太阳能板充电器

技术领域

本实用新型涉及电源调制技术领域，尤其涉及一种直流电源控制电路及太阳能板充电器。

背景技术

太阳能，属于一种被广泛使用的清洁能源，其是通过太阳能板将太阳能转换成电能使用。由于太阳能板本身不能储存电能，因此需要将太阳能板转换的电能存储在电池中，这就需要用到太阳能板充电器。太阳能板充电器包括直流电源(DC/DC)和电源控制器，电源控制器用于实时调整直流电源的充电电压和充电电流，使得直流电源的充电功率达到最优。目前一般使用MPPT芯片作为电源控制器，然而MPPT芯片的成本较高，对于一些对成本要求较高的充电器来说，生产者期望通过低成本且结构简单的电路来代替MPPT芯片来调节充电器中直流电源的输出功率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可将直流电源的充电参数控制在所要求范围内并降低硬件使用成本的直流电源控制电路及太阳能板充电器。

为了实现上述目的，本实用新型公开了一种直流电源控制电路，其用于控制控制直流电源的工作状态，所述控制电路包括：

采样电路，其包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路用于采集所述直流电源的电源输入端的电压值，所述电流采样电路用于采集所述电源输入端的电流值；

比较电路，其包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器其中一输入端与所述电压采样电路电性连接，所述第一运算放大器的另一输入端与基准电压源电性连接，所述第二运算放大器的其中一输入端与所述电流采样电路电性连接，所述第二运算放大器的另一输入端与基准电流源电性连接；

调节电路，其与所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的输出端电性连接，所述调节电路用于根据所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的输出信号为所述直流电源提供调节信号，所述调节信号用于调节所述直流电源的输出功率。

较佳地，所述电压采样电路与所述第一运算放大器的反向端电性连接，所述电流采样电路与所述第二运算放大器的同向端电性连接。

较佳地，所述调节电路包括调节信号源、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管以及第一电阻和第二电阻；

所述第一二极管和第二二极管的负极端与所述直流电源电性连接，所述第一二极管正极端通过所述第一电阻与所述调节信号源电性连接，所述第二二极管的正极端通过所述第二电阻与所述调节信号源电性连接；

所述第一二极管与所述第一电阻之间设置有第一节点，所述第二二极管与所述第二电阻之间设置有第二节点；

所述第一节点通过所述第三二极管与所述第一运算放大器的输出端电性连接，所述第二节点通过所述第四二极管与所述第二运算放大器的输出端电性连接，所述第三二极管的正极端靠近所述第一节点，所述第四二极管的正极端靠近所述第二节点。

较佳地，所述第三二极管通过第一RC滤波电路与所述第一运算放大器的输出端电性连接；所述第四二极管通过第二RC滤波电路与所述第二运算放大器的输出端电性连接。

较佳地，所述第一RC滤波电路包括第三电阻和第一电容，所述第三电阻电性连接在所述第一运算放大器的输出端和所述第三二极管之间，所述第一电容的一端电性连接在所述第三电阻和所述第三二极管之间，所述第一电容的另一端与所述电源输入端的负极电性连接；所述第二RC滤波电路包括第四电阻和第二电容，所述第四电阻电性连接在所述第二运算放大器的输出端和所述第四二极管之间，所述第二电容的一端电性连接在所述第四电阻和所述第四二极管之间，所述第二电容的另一端与所述电源输入端的负极电性连接。

较佳地，所述第一运算放大器上设置有第一负反馈电路，所述第二运算放大器上设置有第二负反馈电路。

较佳地，所述第一负反馈电路包括串联连接的第三电容和第五电阻，所述第二负反馈电路包括串联连接的第四电容和第六电阻。

较佳地，还包括一稳压源，所述稳压源的输出端形成所述基准电压源，所述稳压源的输出端还设置有一阻性电路，所述阻性电路的电流回路生成所述基准电流源。

较佳地，所述电压采样电路包括设置在所述直流电源输入端的正极和负极之间的两串联连接的分压电阻，两所述分压电阻之间设置电压采集点，所述电压采集点与所述第一运算放大器电性连接；所述电流采样电路包括设置在所述直流电源输入端的电流采集点，所述电流采集点通过限流电阻与所述第二运算放大器电性连接。

本发明还公开一种太阳能板充电器，其包括直流电源和与所述直流电源电性连接的如上所述的直流电源控制电路，所述调节电路的输出端与所述直流电源的电源管理控制器电性连接。

与现有技术相比，本实用新型上述技术方案公开的用于充电器的直流电源控制电路，采用两运算放大器来对直流电源输入端的电压和电流进行比对处理，当直流电源输入端的电压和电流超出预设值时，调节电路根据两运算放大器的输出信号生成相应的调节信号，以调节直流电源的输出功率，使得直流电源输入端的电压和电流始终处于正常范围内，有效确保直流电源的安全性能，同时上述以两运算放大器为核心的硬件电路具有成本低、电路架构简单的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例中充电器电路原理结构图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本实施例公开一种太阳能板充电器，其包括直流电源(也即DC/DC电源)和与直流电源电性连接的直流电源控制电路，该控制电路用于调控该直流电源的输出功率，以使得直流电源的电源输入端的电压和电流水平处于所要求范围内。

如图1，该控制电路包括采样电路、比较电路以及调节电路L3。

对于采样电路，其包括电压采样电路L1和电流采样电路L2。电压采样电路L1用于采集直流电源的电源输入端的电压值，电流采样电路L2用于采集电源输入端的电流值。

对于比较电路，其包括第一运算放大器U1和第二运算放大器U2。第一运算放大器U1其中一输入端与电压采样电路L1电性连接，以接收电压采样电路L1采集到的实时电压值，也即采样电压。第一运算放大器U1的另一输入端与基准电压源Uz电性连接，该基准电压源Uz提供一设定电压阈值，第一运算放大器U1通过将采样电压与设定电压阈值比较输出相应的信号。

第二运算放大器U2的其中一输入端与电流采样电路L2电性连接，以接收电流采样电路L2采集到的实时电流值，也即采样电流。第二运算放大器U2的另一输入端与基准电流源Iz电性连接。该基准电流源Iz提供一设定电流阈值，第二运算放大器U2通过将采样电流与设定电流阈值比较输出相应的信号。

对于调节电路L3，其与第一运算放大器U1和第二运算放大器U2的输出端电性连接，调节电路L3用于根据第一运算放大器U1和第二运算放大器U2的输出信号为直流电源提供调节信号X，调节信号X用于调节直流电源的输出功率。本实施例中，调节电路L3的输入端与第一运算放大器U1和第二运算放大器U2的输出端电性连接，调节电路L3的输出端与直流电源的电源管理控制器电性连接，以为直流电源的电源管理控制器提供调控信号。

另一方面，电压采样电路L1与第一运算放大器U1的反向端电性连接，电流采样电路L2与第二运算放大器U2的同向端电性连接。本实施例中，当采样电压低于设定低压阈值时，第一运算放大器U1输出高电平，反之，第一运算放大器U1输出低电平。当采样电流高于设定电流阈值时，第二运算放大器U2输出高电平，反之第二运算放大器U2输出低电平。

具体地，调节电路L3包括调节信号源VR、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4以及第一电阻R1和第二电阻R2。

第一二极管D1和第二二极管D2的负极端与直流电源电性连接，第一二极管D1正极端通过第一电阻R1与调节信号源VR电性连接，第二二极管D2的正极端通过第二电阻R2与调节信号源VR电性连接。

第一二极管D1与第一电阻R1之间设置有第一节点P1，第二二极管D2与第二电阻R2之间设置有第二节点P2。

第一节点P1通过第三二极管D3与第一运算放大器U1的输出端电性连接，第二节点P2通过第四二极管D4与第二运算放大器U2的输出端电性连接，第三二极管D3的正极端靠近第一节点P1，第四二极管D4的正极端靠近第二节点P2。

在本实施例中，当直流电源输入端的电压高于设定电压阈值(也即直流电源输入端当前电压处于最低电压水平以上)，且直流电源输入端的电流低于设定电压阈值(也即直流电源输入端当前电流处于安全范围内)，第一运算放大器U1和第二运算放大器U2均输出低电平，从而通过第三二极管D3和第四二极管D4将第一节点P1和第二节点P2的电平拉低，使得第一节点P1和第二节点P2处于低电平状态，进而使得第一二极管D1和第二二极管D2处于隔断状态，限制调节信号源VR发出的信号输出，那么此时调节信号X为低电平。直流电源根据低电平的调节信号X维持当前输出功率不变。

当直流电源输入端的电压低于设定电压阈值(也即直流电源输入端当前电压过低，处于最低电压水平以下)，或直流电源输入端的电流低于设定电压阈值(也即直流电源输入端当前电流过高，超过安全水平)，第一运算放大器U1或第二运算放大器U2输出高电平。当第一运算放大器U1输出高电平时，第三二极管D3处于隔断状态。当第二运算放大器U2输出高电平时，第四二极管D4处于隔断状态。因此，只要第一运算放大器U1和第二运算放大器U2中的其中一个输出高电平时，例如第一运算放大器U1输出高电平，导致调节信号源VR与第一二极管D1之间的通路连通，调节信号源VR通过第一二极管D1输出为高电平的调节信号X，当直流电源收到该调节信号X时，减小当前输出功率，直至直流电源输入端的电压处于设定电压阈值以上，且直流电源输入端的电流处于设定电流阈值以下。

另外，调节信号源VR可从电源管理控制器的VREF引脚(电源管理控制器的基准电压输出端)引出，调节信号X加载到电源管理控制器的VFB引脚(反馈电压输入端)。

另一方面，第三二极管D3通过第一RC滤波电路与第一运算放大器U1的输出端电性连接。第四二极管D4通过第二RC滤波电路与第二运算放大器U2的输出端电性连接。本实施例中，通过第一RC滤波电路、第二RC滤波电路的设置，可滤除杂波信号对第三二极管D3和第四二极管D4的影响，避免调节电路L3被误触发。

具体地，第一RC滤波电路包括第三电阻R3和第一电容C1，第三电阻R3电性连接在第一运算放大器U1的输出端和第三二极管D3之间，第一电容C1的一端电性连接在第三电阻R3和第三二极管D3之间，第一电容C1的另一端与电源输入端的负极电性连接。第二RC滤波电路包括第四电阻R4和第二电容C2，第四电阻R4电性连接在第二运算放大器U2的输出端和第四二极管D4之间，第二电容C2的一端电性连接在第四电阻R4和第四二极管D4之间，第二电容C2的另一端与电源输入端的负极电性连接。

另一方面，第一运算放大器U1上设置有第一负反馈电路，第二运算放大器U2上设置有第二负反馈电路。本实施例中，通过第一负反馈电路和第二负反馈电路的设置，可有效避免第一运算放大器U1和第二运算放大器U2的自激振荡。

具体地，第一负反馈电路包括串联连接的第三电容C3和第五电阻R5，第二负反馈电路包括串联连接的第四电容C4和第六电阻R6。

另一方面，为精简基准电压源Uz和基准电流源Iz的硬件结构，本实施例中的控制电路还包括一稳压源Z，稳压源Z的输出端形成基准电压源Uz，稳压源Z的输出端还设置有一阻性电路，阻性电路的电流回路生成基准电流源Iz。具体地，该稳压源Z可为TL431，该阻性电路包括串联在稳压源Z的输出端和电源输入端负极之间的第七电阻R7和第八电阻R8。第七电阻和第八电阻之间具有第三节点P3，该第三节点P3为电流输出点，以形成基准电流源Iz。

再一方面，电压采样电路L1包括设置在直流电源输入端的正极和负极之间的两串联连接的分压电阻R9、R10，两分压电阻R9、R10之间设置电压采集点P4，电压采集点P4与第一运算放大器U1电性连接。电流采样电路L2包括设置在直流电源输入端的电流采集点P5，电流采集点P5通过限流电阻R11与第二运算放大器U2电性连接。

综上，本实用新型公开了一种配置有直流电源控制电路充电器，其中，采用两运算放大器来对直流电源输入端的电压和电流进行比对处理，当直流电源输入端的电压过小且电流过大时，调节电路L3根据两运算放大器的输出信号生成相应的调节信号X，以调节直流电源的输出功率，使得直流电源输入端的电压和电流始终处于正常范围内，有效确保直流电源的安全性能，同时上述以两运算放大器为核心的硬件电路具有成本低、电路架构简单的优点。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种直流电源控制电路，其用于控制控制直流电源的工作状态，其特征在于，所述控制电路包括：

采样电路，其包括电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路用于采集所述直流电源的电源输入端的电压值，所述电流采样电路用于采集所述电源输入端的电流值；

比较电路，其包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器其中一输入端与所述电压采样电路电性连接，所述第一运算放大器的另一输入端与基准电压源电性连接，所述第二运算放大器的其中一输入端与所述电流采样电路电性连接，所述第二运算放大器的另一输入端与基准电流源电性连接；

调节电路，其与所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的输出端电性连接，所述调节电路用于根据所述第一运算放大器和所述第二运算放大器的输出信号为所述直流电源提供调节信号，所述调节信号用于调节所述直流电源的输出功率。

2.根据权利要求1所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述电压采样电路与所述第一运算放大器的反向端电性连接，所述电流采样电路与所述第二运算放大器的同向端电性连接。

3.根据权利要求2所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述调节电路包括调节信号源、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管以及第一电阻和第二电阻；

所述第一二极管和第二二极管的负极端与所述直流电源电性连接，所述第一二极管正极端通过所述第一电阻与所述调节信号源电性连接，所述第二二极管的正极端通过所述第二电阻与所述调节信号源电性连接；

所述第一二极管与所述第一电阻之间设置有第一节点，所述第二二极管与所述第二电阻之间设置有第二节点；

所述第一节点通过所述第三二极管与所述第一运算放大器的输出端电性连接，所述第二节点通过所述第四二极管与所述第二运算放大器的输出端电性连接，所述第三二极管的正极端靠近所述第一节点，所述第四二极管的正极端靠近所述第二节点。

4.根据权利要求3所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述第三二极管通过第一RC滤波电路与所述第一运算放大器的输出端电性连接；所述第四二极管通过第二RC滤波电路与所述第二运算放大器的输出端电性连接。

5.根据权利要求4所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述第一RC滤波电路包括第三电阻和第一电容，所述第三电阻电性连接在所述第一运算放大器的输出端和所述第三二极管之间，所述第一电容的一端电性连接在所述第三电阻和所述第三二极管之间，所述第一电容的另一端与所述电源输入端的负极电性连接；所述第二RC滤波电路包括第四电阻和第二电容，所述第四电阻电性连接在所述第二运算放大器的输出端和所述第四二极管之间，所述第二电容的一端电性连接在所述第四电阻和所述第四二极管之间，所述第二电容的另一端与所述电源输入端的负极电性连接。

6.根据权利要求2所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述第一运算放大器上设置有第一负反馈电路，所述第二运算放大器上设置有第二负反馈电路。

7.根据权利要求6所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述第一负反馈电路包括串联连接的第三电容和第五电阻，所述第二负反馈电路包括串联连接的第四电容和第六电阻。

8.根据权利要求1所述的直流电源控制电路，其特征在于，还包括一稳压源，所述稳压源的输出端形成所述基准电压源，所述稳压源的输出端还设置有一阻性电路，所述阻性电路的电流回路生成所述基准电流源。

9.根据权利要求1所述的直流电源控制电路，其特征在于，所述电压采样电路包括设置在所述直流电源输入端的正极和负极之间的两串联连接的分压电阻，两所述分压电阻之间设置电压采集点，所述电压采集点与所述第一运算放大器电性连接；所述电流采样电路包括设置在所述直流电源输入端的电流采集点，所述电流采集点通过限流电阻与所述第二运算放大器电性连接。

10.一种太阳能板充电器，其特征在于，包括直流电源和与所述直流电源电性连接的如权利要求1至9任一项所述的直流电源控制电路，所述调节电路的输出端与所述直流电源的电源管理控制器电性连接。