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

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Ic_1 15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Ic₁ 1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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