CN2289338Y - 便携式交直流两用太阳能电源装置 - Google Patents

便携式交直流两用太阳能电源装置 Download PDF

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罗赞继
吴达成
刘宏
樊凌君
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Abstract

本实用新型属于一种便携式交直流两用太阳能电源装置。箱体上有可开合的箱盖,箱体内空间分割分别放置蓄电池、逆变控制器和备件。箱内上部面板集中装有全部接插件和控制仪表。结构紧凑,牢固耐用,便于人背马驮。整机有稳定的220V交流工频输出和6V、9V、12V直流输出,可配用交流及直流用电器。该装置具有过充、过放、过载自动保护包括声光提示、监测及延时关断功能。该装置操作简便,性能可靠,适用于无电地区和野外作业使用。

Description

便携式交直流两用太阳能电源装置
本实用新型属于太阳能光伏利用装置,尤其涉及一种便携式交直流两用太阳能电源装置。
在远离城镇的高山、峡谷、草原的居民房屋及野外作业场所,缺乏常规的电力供应,利用太阳能辐射资源,采用太阳能光伏发电技术,可使这些地区用户的供电问题得到解决。而目前市场上供应的便携式太阳能光伏家用电源装置,都是直流电源,只能供给直流电,不能供给交流电,致使用户的交流用电器不能使用。再者,这些电源的直流灯具,普遍采用高效节能电光源。这种电光源供电需装有微型逆变器,并且逆变效率低,自耗电较大,很不合算,加之输出电压为高频非正弦波电光源易损坏,直流灯具一经损坏,用户难以采购。这是由于这种灯具无正规专业厂家生产,无产品标准可循,技术不成熟,质量不过关,成为推广太阳能家用电源照明灯的老大难问题。
本实用新型的目的是提供一种供电系统效率高,有稳定的交直流输出,电路控制保护,监测功能齐全,可靠性强,操作简单,结构紧凑,便于携带。适合于无电地区家庭和野外工作的通用电源。用户可以使用6V、9V、12V直流输出,供给收录机,直流黑白电视机等使用。用户更可以使用220V交流工频电源输出,供给交流灯具,电视机,电褥子,微型电动搅拌器,电吹风机,仪器设备等交流用电电器。特别是灯具,用户可以从市场上采购常规的高效节能灯及白炽灯,这些专业厂家生产的灯具,标准化通用性强,技术成熟,质量过关,价格较低,随处可以买到,用户不再为难以购置专用灯具而犯难了。
本实用新型的目的是这样实现的:本实用新型除太阳能电池板以外,主机及配件全部装在一个便携式电源箱内,它包括箱体,箱体上有可开合封闭的箱盖,箱体内的蓄电池,逆变控制器和装有显示、控制插接件的控制面板,在箱体内有蓄电池室,逆变控制室,配件室;蓄电池固定安装在箱体中部的蓄电池室内,逆变器及控制器安装在逆变控制室内,控制面板安装在控制室上。在控制面板上装有太阳能电池板插座及指示灯,直流输出6V、9V、12V交流输出220V插座(22-26)交流电压表头及直流电压表头,蓄电池过充电,正常,过放电指示灯(17-19)及报警器,电源开关和手动电压监测钮,直流电压表头的表盘上有显示过充、正常,过放三色区。在逆变控制室内装有逆变效率高于85%,具有软启动、过载保护的逆变器,蓄电池过放、过充自动保护报警及延时关断电路。
控制器(7)包括蓄电池检测显示鸣响警示功能回路,过放延时关断电源功能回路,过充电检测显示和充电显示回路三部分,过放检测回路由电阻R1、R2、R3,可调电阻W1、电容C3、稳压管D1,集成运算放大器Ic1-A1构成,过放显示鸣响回路由电阻R4、R5、R6、R7、R9、R10、R11、R12、R13,电容C5、C6、C7,二极管D2、三极管T1、T2、CMOS四与非门集成电路IC2-A1~A4,电磁蜂鸣器,工作显示发光管LED1,过放显示发光管LED2构成,过放延时关断电源功能回路由电阻R8、R14、R15、R16、R17,电容C4、C8、C9,二极管D3、D4,三极管T3,运放电路Ic3-A2及执行元件继电器J组成,过充电检测显示回路由电阻R18、R19、R20、R21、R22,电容C10,二极管D5,集成运算放大器Ic3-A1,过充显示发光管LED3构成,充电显示回路由电阻R23、R24、R25、R26,稳压管D6,二极管D7、D8,三极管T4,集成运算放大器IC3-A2,充电显示发光管LED4组成。
逆变器(6)包括主控回路、保护回路及功率驱动回路、电源供电回路三部分,主控回路由脉冲形成电路,脉宽调制电路,慢起动电路三部分组成,脉冲形成电路的振荡源是由电阻R5、R6,可调电阻W2,电容C3及集成电路Ic1(SG3525)的RC网络端子的5脚、6脚、7脚构成的电路,脉宽调制电路由电阻R1、R2、R3、R4、R17、R18、R19、R20,可调电阻W1,电容C1、C2、C10、C11、C12,二极管D4、D5、D6、D7,光电耦合器Ic2及集成电路Ic1的误差放大端子1脚、2脚、9脚、16脚构成的电路,慢起动电路由R7、R8,电容C4,三极管T1及集成电路Ic1的8脚引线端子内接电路构成,保护回路由电阻R9、R10、R11、R12,可调电阻W3,电容C5,二极管D1,比较放大集成电路Ic3及集成电路Ic1的关闭端10脚构成的电路,功率驱动回路是由电阻R13、R14、R15、R16,电容C6、C7,二极管D2、D3,功率场效应管T2、T3,变压器B及集成电路Ic1的驱动端11脚构成的电路,电源供电回路是由输入端子A、B,开关SW,保险丝F1,变压器B的2脚,电容C8、C9,集成电路Ic1的电源端13、15脚构成的电路。
本实用新型和现有技术相比,具有以下优点:由于箱体上部有可开合封闭的箱盖,可保护控制面板免受碰撞,隔离沙尘,避免污染电子元器件。箱体内放置蓄电池,逆变控制器及备件,做合理的空间分割布局,整机重心稳定,牢靠固定,分室隔离互不影响,十分紧凑,箱内上部设置控制面板,全部接插件,显示器皆集中地固定于此面板上,操作及维修十分方便,盖上箱盖很便于整体携带。本实用新型的交流输出采用集成化高效逆变器。将直流变换为交流,逆电效率高达85%以上,交流输出具有软启动、过载、短路保护电路,保证逆变器稳定可靠地工作,其交流电压输出显示在面板上的交流表头,使用时可监测输出是否正常。直流输出的9V、12V、6V三档,适用于大部分直流家用电器,直流输出显示在面板上直流表头上,直流表头表盘分为红色、绿色、黑色三色位,分别表示过充,正常、过放三种状态,使用时可以按动面板上手动按钮,监测直流工作状态是否正常。蓄电池是太阳能电源的关键部件之一,使用中容易出现过充、过放而损坏。本实用新型设计了防过充、防过放自动保护电路,当发生过充、过放不正常情况时,面板上分别有指示灯显示,并伴之以蜂鸣器鸣响报警,提示使用者注意。但此时电源仍在正常工作,报警几分钟后,自动关断整机电路。断电后,使用者如未能采取充电等措施,再次开机,仍然会报警,延时几分钟后再次自动关机。这样就可稳妥地保护蓄电池不受损坏,维护整机不出故障。太阳电池板将辐射太阳能直接转换为电能,通过专用定向插头直接插接到面板上的充电插座中,正常工作时有充电指示灯显示。本实用新型有很高的系统可靠性,整机寿命长,各环节的优化匹配达到高效节能目的。本电源装置的光电转换输入、电能存储,电能输出系统有很高的能源效率,可简化用户操作,使文化程度不高的用户也能很方便地操作。
附图说明
:图1是本实用新型的结构示意图。
图2是操作面板(13)的示意图。
图3是电原理示意图。
图4是本实用新型控制器(7)的电路图。
图5是逆变器(6)电路图以下结合附图提供的实施例对本实用新型作进一步详细描述:如图1所示,箱体(1)是金属结构,也可以是木材,胶合板、塑料等材料制成。箱盖(2)是通过铰接件(9)与箱体(1)连接。箱体(1)与箱盖(2)间有搭扣(8)作开启闭合的搭接件,可方便地打开或密闭电源箱。金属制作的箱子,侧面可压制加强筋。箱体(1)侧面装有提手(10)和背带,耐于搬运颠簸,可以人背马驮。蓄电池室(4)在箱体(1)的中间位置,蓄电池室(4)上部有活动盖板(3),也可做成固定板。逆变控制室(5)内固定设置逆变器(6)和控制器(7),其上部安装控制操作面板(13)。面板(13)上集中安装各种输出、输入插座、显示器、控制开关等元件。备件室(11)内放置专用插件,电缆、备件等。图2是操作面板(13),面板上装有输入插座(14),外接太阳能电池板由此插接。直流输出电流由开关(16)控制,充电指示灯(15)显示是否充电。被充电的蓄电池的电压由三个指示灯(17,18、19)分别显示过放,正常、过充状态,并且可以通过手动电压监测钮(20)在直流电压表头(21)上检查充电电压是否正常或偏差多少。三个电源插座(22、23、24)分别输出6V、9V、12V直流电,二个电源插座(25、26)各输出220V交流电,通过开关(27)控制输出交流电压,显示在交流表头(28)上,并设置溶断器(29)。图3是本实用新型的电原理图。图4为本实用新型控制器(7)电路图,如图4所示,当闭合直流电源开关K1后,电容C8经偏置电阻R14、R15瞬时充电,给T3管提供初始偏压,三极管T3导通,集电极负载电磁继电器J吸合,其常开触点Ja闭合,电源电流经Ja分两路输出,一路输出供外负载回路,另一路提供自控电路工作电压。自控电路本身提电后,运算放大器Ic1-A2、电阻R8,电容C4构成延时释放电路由于其Ic1-A2的同相端电位高于负相端电位,Ic1-A2输出高电平,经隔离二极管D3向电阻R14、R15、R16、R17,电容C8、C9,二极管D4,继电器J,三极管T3组成的自控终端执行回路提供正向偏置电压,使其续流自保,整机电路正常运行。其中电阻R16、电容C9构成电磁继电器J的开机瞬态全压供电,稳定工作后半压供电回路,使得线路中主要的高耗电器件——继电器J的工作电流由常规吸合值降至理论吸合值,有效减少整机的值守电流值,对于使用蓄电池为电源的设备来说,其节电的效果是显而易见的。其工作原理为:开机瞬间、三极管T3导通,电容C9经继电器线包J,三极管T3的集电极,发射极充电,继电器线包两端子得全压,继电器J可靠吸合。其后随时间推移,电容C9两端的电压降趋于供电电压的一半,这时电阻R16充当继电器J的降压电阻,与继电器J的线包直流电阻形成一串联回路,所以继电器J在正常值守工作时,其工作电压在保持正常吸合的状态下只有供电电压的一半,其值守电流也只有最大吸合值的一半。
由运算放大器Ic1-A1及电阻R1、R2、R3,可调电阻W1,电容C3,稳压管D1组成欠压(即过放电状态)检测电路。工作电压正常状态时,运算放大器Ic1-A1负相端由电阻R1、R2、W1组成的分压器调定的电位高于同相端由R3、D1提供的基准电平电位,运放Ic1-A1输出低电平,工作显示发光管LED1导通发光,二极管D2截止,由四与非门集成电路Ic2-A1~A4及电阻R7、R9、R11、R12、R13,电容C5、C6、C7,三极管T2,蜂鸣器组成的可控短续鸣响警示振荡及驱动电路不工作。
当蓄电池电压经放电低于10.5V时,运算放大器Ic1-A1负相端电位低于同相端电位,Ic1-A1输出高电平。其输出的高电平电流一路使二极管D2正向导通,振荡电路解锁而产生鸣响间隔为每秒1-2次的1200赫芝方波脉冲,经电阻R12耦合至三极管T2放大推动负载蜂鸣器发出警示声。同时,短续脉冲经集成电路Ic2-A2输出,经电阻R6至三极管T1放大后推动过放显示发光管LED2同步闪光,共同完成过放保护的声光同步警示。集成电路Ic1-A1输出的另一路高电平电流经电阻R8给Ic1-A2和电容C4组成的延时释放电路充电。选取R8、C4的时间常数τ-0.7RC=0.7R8C4-60秒。当集成运放Ic1-A2负相端的电平高于正相端的基准电平时,Ic1-A2输出低电平,二极管D3截止,三极管T3失去偏置电压截止,继电器J的常闭触点Ja断开,从而关闭外负载供电回路和自控电路的供电回路,实现过放状态的电平检测,声光警示,延时关闭的自动保护控制功能。
由集成电路双运算放大器Ic3-A1、A2及电阻R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26,半可调电阻W2,二极管D5、D7、D8稳压管D6,三极管T4,组成充电及过充电状态显示电路。
当光伏电池产生的电流经IN端子馈入后,电流经防反充二极管D7隔离后,送至蓄电池E进行充电。电流另经二极管D8,电阻R26给三极管T4提供偏置电平,T4导通,充电及过充电显示电路得电工作。其中由运放Ic3-A2及电阻R24、R25半可调电阻W2,稳压管D6组成充电及过充状态电平检测回路。在正常充电工作状态时,运放Ic3-A2的负相端电平由电阻R25和W2分压取得,该电平低于同相端的基准电平时,Ic3-A2输出高电平,充电状态显示发光管LED4点亮。另经二极管D5锁住由运放Ic3-A1及电阻R18、R19、R20、R21、R22,发光管LED3等构成的超低频振荡电路,过充显示发光管LED3不闪亮。当蓄电池E两端电压被充电升至上限额定值时,Ic3-A2的负相端电位高于同相端电位时,A2输出电平翻转输出低电平,发光管LED4熄灭,二极管D5截止Ic3-A1为主构成的振荡器起振,驱动过充电显示发光管LED3以每秒一次的频率短续闪亮,完成充电,过充电的状态指示功能。参照图5逆变器(6)的电路图,由供电电源端子A输入的电压经开关SW,保险丝管F1,由电容C8、C9滤波后分为二路,一路至集成电路Ic1的电源端13、15脚:一路至逆变升压变压器B的二脚,提供输出驱动级的电源。
进入芯片Ic115脚的电源电压经内部固有的稳压电路稳压后,供给芯片内部各功用电路,同时经16脚端子输出一稳定电压,供外部其它电路采用。
固定频率振荡回路是由电阻R5、R6,可调电阻W2,电容C3及集成电路Ic1的5、6、7脚内接的电路构成,改变W2的阻值,可实现振荡频率的微调。
脉宽调制功能是由采样,控制,补偿三个回路组成:采样回路由电阻R17、R18、R19,R20,电容C10、C11,C12,二极管D4、D5、D6、D7组成。为了使输出电压变化率更小,稳定率更高。本设计采取从输出端子处提取高电压的方案,提取220V/AC电压由电阻R19、R20降压后,经二极管D4-D7组成的桥式整流后变为合适的直流电,再经由电阻R17、R18,电容C10、C11、C12构成的双π型网络滤波,提供给光电耦合器Ic2的1、2脚(内部发光管),作为控制脉宽的控制信号。由光电耦合器Ic2的4、5脚所内接的光敏二极管收到随输出电压变化而变化的误差信号,送至集成电路Ic1的1脚,2脚所对应的误差运算放大器;同时与来自由电阻R4,可调电阻W1所设定的基准电压相比较,控制Ic1内部的脉宽调制器,从而改变了输出电压的高低,即自动调节输出电压的稳定度。接在Ic11脚,9脚间的电阻R1、R2、R3,电容C1、C2组成频率线性补偿网络,使得集成电路Ic1的工作特性更趋稳定和输出脉冲的线性更好。
由集成电路Ic1的11、14脚输出的调宽推动脉冲经电阻R13、R14推动场效应管T2、T3,变压器B,电阻R15、R16,电容C6、C7,二极管D2、D3组成的双管推挽输出功率级,在变压器B的4、5端子输出升压后的220V方波交变脉冲电压经保险管F2后输至输出插座CZ供外负载使用。连接于变压器B初级端子的电阻R15、R16,电容C6、C7,二极管D2、D3组成功率输出管的谐波峰值吸收网络,以保护功率管在脉冲截止期间,免遭高电压击穿。
本电路的过流检测保护电路比较放大集成电路Ic3,电阻R9、R10、R11、R12,可调电阻W3。电容C5,二极管D1共同构成。当外负载电路发生过载、短路和电路中功率管击穿损坏等故障时,T2、T3管源极电阻R12的压降增大至超过由电阻R10,可调电阻W3组成的分压电路的定值时,也即比较放大集成电路Ic3的相同输入端电位高于反相输入端电位时,Ic3输出端状态翻转输出高电平经隔离耦合二极管D1送至集成电路Ic1的10脚,启动Ic1内相应的关闭电路,切断脉冲源,T2、T3截止,从而有效保护输出功率管不致过流损坏。

Claims (5)

1.一种便携式交直流两用太阳能电源装置,它包括箱体(1),箱体(1)上有可开合封闭的箱盖(2),箱体(1)内的蓄电池(12),逆变器(6),控制器(7)和装有显示控制接插件的控制面板(13),其特征在于箱体(1)内有蓄电池室(4),逆变控制室(5)、配件室(11)、蓄电池(12)固定安装在中部蓄电池室(4)内,逆变器(6)、控制器(7)固定在逆变控制室(5)内,控制面板(13)安装在逆变控制室(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种便携式交直流两用太阳能电源装置,其特征在于控制面板(13)上集中地装有太阳电池板插座(14)及指示灯(15),直流输出12V、9V、6V,交流输出220V插座(22-26)交流电压表头(28)及直流电压表头(21),蓄电池过放、正常、欠压指示灯(17-19)及声响报警器,电源开关(16)和手动电压器监测钮(20),直流电压表头(21)。
3.根据权利要求1所述的一种便携式交直流两用太阳能电源装置,其特征在于逆变控制室(5)内装有软起动、过载、短路保护的逆变器(6),蓄电池过放、过充自动保护报警及延时关断控制器(7)。
4.根据权利要求1所述的一种便携式交直流两用太阳能电源装置,其特征在于控制器(7)包括蓄电池检测显示鸣响警示功能回路,过放延时关断电源功能回路,过充电检测显示和充电显示回路三部分,过放检测回路由电阻R1、R2、R3,可调电阻W1、电容C3、稳压管D1,集成运算放大器Ic1-A1构成,过放显示鸣响回路由电阻R4、R5、R6、R7、R9、R10、R11、R12、R13,电容C5、C6、C7,二极管D2、三极管T1、T2、CMOS四与非门集成电路IC2-A1~A4,电磁蜂鸣器,工作显示发光管LED1,过放显示发光管LED2构成,过放延时关断电源功能回路由电阻R8、R14、R15、R16、R17、电容C4、C8、C9,二极管D3、D4,三极管T3,运放电路Ic3-A2及执行元件继电器J组成,过充电检测显示回路由电阻R18、R19、R20、R21、R22,电容C10,二极管D5,集成运算放大器Ic3-A1,过充显示发光管LED3构成,充电显示回路由电阻R23、R24、R25、R26,稳压管D6,二极管D7、D8,三极管T4,集成运算放大器Ic3-A2、充电显示发光管LED4组成。
5.根据权利要求1所述的一种便携式交直流两用太阳能电源装置,其特征在于逆变器(6)包括主控回路、保护回路及功率驱动回路。电源供电回路三部分,主控回路由脉冲形成电路,脉宽调制电路,慢起动电路三部分组成,脉冲形成电路的振荡源是由电阻R5、R6,可调电阻W2,电容C3及集成电路Ic1(SG3525)的RC网络端子的5脚、6脚、7脚构成的电路,脉宽调制电路由电阻R1、R2、R3、R4、R17、R18、R19、R20,可调电阻W1,电容C1、C2、C10、C11、C12,二极管D4、D5、D6、D7,光电耦合器Ic2及集成电路Ic1的误差放大端子1脚、2脚、9脚、16脚构成的电路,慢起动电路由R7、R3,电容C4,三极管T1及集成电路Ic1的8脚引线端子内接电路构成,保护回路由电阻R9、R10、R11、R12,可调电阻W3,电容C5,二极管D1,比较放大集成电路Ic3及集成电路Ic1的关闭端10脚构成的电路,功率驱动回路是由电阻R13、R14、R15、R16,电容C6、C7,二极管D2、D3,功率场效应管T2、T3,变压器B及集成电路Ic1的驱动端11脚构成的电路,电源供电回路是由输入端子A、B,开关SW,保险丝F1,变压器B的2脚,电容C8、C9,集成电路Ic1的电源端13、15脚构成的电路。
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