CN2491998Y

CN2491998Y - 家用太阳光伏电源智能控制器

Info

Publication number: CN2491998Y
Application number: CN01227808U
Authority: CN
Inventors: 吕绍勤; 孙本新; 张永岐
Original assignee: INST OF NEW ENERGY XINJIANG
Current assignee: INST OF NEW ENERGY XINJIANG
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2002-05-15
Anticipated expiration: 2011-06-11

Abstract

本实用新型公开了一家用太阳光伏电源智能控制器,它是由控制电源稳压电路、短路电子保护电路、充电驱动控制电路、用电驱动控制电路、显示电路、键输入电路以及蓄电池和光电池组成,同时还增设有单片机微控制器,数据存贮器和电流、温度、电压采样电路。该控制系统是以单片机为核心,可运行多参数处理、分析、控制,实现智能化控制,使系统在更大范围内进行精准控制,提高微处理性能及运用能力。

Description

家用太阳光伏电源智能控制器

本实用新型属于太阳能光伏发电中充放电控制装置

目前常用的家用太阳能控制器，主要使用模拟电路来实现，并为单输入变量的采样控制。其控制均为固定电压点。主要设计依据是以电源系统某单一状态来确定控制，例如，在一定的充放电率、温度下设计其控制动作点。而在实际应用当中，由于充、放电率会根据负载及光电池输入功率的变化而随机变化，因此以往这种单一的约定条件下的设计电路无法满足多变的场合，且控制性能较低，只是这种控制器一般用模拟器件比较容易实现。

本实用新型的目的是：在家用太阳能电源中，采用单片微处理器MCU作为数据采集、处理、分析、控制输入和输出的中心单元，并引入多变量控制函数即f(U)＝F(Ui，H，T)其中Ui为电压；H为系统充、放电率；T为环境温度。通过采样、模拟转换，由MCU进行多数据处理、分析、控制，实现智能化控制，使系统在更大范围进行精确控制，提高系统的性能及适应能力。

为实现上述任务，本实用新型家用太阳能光伏电源智能控制器，包括控制电源稳压控制电路、短路电子保护电路、充电驱动控制电路、用电驱动控制电路、显示电路、键输入电路以及蓄电池和电光池组成，其技术方案是：在电路组成系统中还设有单片机微控制器U6：87LPC767-2(以下简称(MCU)、数据存贮器和电流、温度、电压采样电路。这里以单片机微处理控制器为核心，进行电压、电流、温度信号摸拟转换，将转换后的数据进行运算处理和分析，用于控制充放电过程。同时利用数据存贮器进行现场数据保护，以确保系统断电后，能保存控制参数，再通电后恢复现场数据。其主要结构是MCU的9、10脚为I²C通讯端口，通过R38、R39与数据存贮器U4：24C04的5、6脚相连。MCU的14、16、17脚分别为来自电流、温度、电压采样电路0-5V的信号输入端。

单片机微控制器的4、12脚为用户键输入开关，其中K1为按钮开关，通过R36给MCV的4脚输入开关信号，每按一次，MCV的3脚状态变换一次，由3脚控制输出驱动电路。K2为另一按钮开关，通过电阻R37给MCV的12脚输入高或低电平，按下按钮后，MCU输入信号，然后进行线路压降的测算，通过3脚控制输出电路的通断来测定通断时的电压计算线路压降，此压降将用于MCU的计算中，以补偿线路压降对测量引起的偏差；单片机微控制器的8、11脚用于短路保护电路。短路保护动作后送来动作信号IDL给MCU的8脚，使MCU及时得到短路信号，以进行短路故障处理。当负载短路排除后，将由MCU的11脚送来复位信号给短路保护电路，使其复位，单片机微控制器的1、20、19、13脚控制指示灯LED1、LED2、LED3、LED4的亮灭，表示系统充满、正常、欠压、过放四种工作状态，直观显示系统状态。单片机微控制器的6、7脚为蓄电池容量选择键，其通断组合的4种形式决定相应4种蓄电池容量，由下表表示：

	12AH	24AH	38AH	60AH
	12AH	24AH	38AH	60AH	J1	通	通	断	断
J2	通	断	断	通	J1	通	通	断	断

MCU的2脚输出信号给充电驱动电路，来控制充电的通断；

MCU的3脚输出信号给用电驱动电路，来控制用电的通断；

MCU的15脚为电源端，5脚为接地端，18脚未使用。

该控制系统的所有输入及输出，包括按键、显示、容量选择、充电、用电驱动电路的驱动源以及短路保护恢复等，均由单片机微处理控制器管理，实现高精度，高性能的智能化监控。

本实用新型的优点是(一)控制准确，运行可靠，功耗小；(二)性能有较大的提升，如过充、过放、短路及温度等参数。

下面结合附图对本实用新型家用太阳光伏电源智能控制器实施例作进一步的描述。

图1是本实用新型家用太阳光伏电源智能控制器系统框图

图2是本实用新型家用太阳光伏电源智能控制器电路图

图3是本实用新型家用太阳光伏电源智能控制器电路图

如图1、2、3可知，本实用新型所述的家用太阳光伏电源智能控制器，是由1控制电源稳压控制电路；2电流、温度电压采样电路；3短路电子保护电路；4充电驱动控制电路；5用电驱动控制电路；6关键数据掉电存贮器；7显示电路；8键输入电路；9单片微处理器包括A/D(模拟数据转换、数据分析处理、I/D)控制；10蓄电池；11电光池；12负载。

其中：

1、控制电源稳压电路是由三端稳压器、二极管、电容组成，U5为8V稳压电路78L08，向控制电路提供8V电源，U3为5V稳压电路78L05，向控制电路提供5V电源，C19、C9、C10、C2、C3、C11、C5、C6、C7为电源滤波电容；

2、采样电路是由阻容运算放大器组成。R31为电流采样电阻，采样信号IS经R30、R29、C12阻容滤波送至由U1A(LM324四运放的A单元)、W1、R21、R28、R29组成的放大回路，获得0-5V的A/D采样信号IT；PT1热敏电阻为温度传感器，由R45、W3、R41组成桥电路，将温度变为电压信号，送至由R19、R16、R18、R3、U1C组成的放大电路，经R20、C15、D3组成的滤波、整形电路，变为0-5V的A/D采样信号TT；VBAT为电池正电压，经由R44、W2、C17、D2组成的电压采样电路分压、滤波、整形将系统电压信号送至U1D，U1D自成为射极跟随器，再将电压信号经R23、C14、D4滤波整形后变为0-5V的A/D采样信号VT；

3、短路电子保护电路：由U1A电流放大信号经R4、R7、C18进行分压滤波至由U1B及R24、R5组成的电压比较器，电流正常时U1B-7脚输出为“0”，当发生短路时，U1B-5脚电压大于6脚，7脚输出为“1”，此时将7脚电平电压经R17、R2分压后送入由U2(SE7555时基电路)、C1、R1组成的触发器，U2-6脚变为高电平，触发器置位，U2-7脚内泄放三极管导通，送出低电平信号DLBD至负载功率开关管Q5的栅极，使Q5截止，关断负载，从而保护线路。同时U2-3脚输出IDL短路发生信号送至U6(MCU)的8脚，通知MCU有短路发生。

4、充电驱动控制电路：F2为光电池输入正、负极插头，Q7为光电池防反向放电二极管，D9为防雷TVS二极管，LED5、R43构成充电指示电路，当有充电电压时，指示灯亮。

U6第2脚的控制信号，送至由R10、Q2、R13、R26、Q3、R27、D8、C4、R11组成的驱动整形电路后，驱动Q6，Q6为MOSFET功率管，当U6-2脚高时，Q6导通，允许充电，当U6-2脚为低脚时，Q6截止，关断充电。

5、用电驱动控制电路：由U6-3脚控制信号经R6、Q1、R40、R14、Q4、R25、D6、R12组成的驱动整形电路，控制负载开关MOSFET功率管Q5。当U6-3脚为高电平时，Q5导通，负载F3输出，当U6-3脚为低电平时，Q5截止，负载F3输出关断，停止输出。

6、数据存贮器，由U4(24C04 FlashROM)、R38、R39组成实时数据、状态标志存贮，系统电源正常时，系统的状态参数发生变化，即更新U4的存贮内容，当系统发生掉电，系统的当前参数一直保存在U4中，到系统重新上电后，即可调用U4中的保留参数，及时恢复现场数据，不使系统因掉电而造成控制参数混乱。

7、显示电路，由U6-1、20、19、13脚及电阻R32、R33、R34、R35、发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4组成系统状态指示电路，指示系统充满、正常、欠压、过放，及故障如过载状态，使使用者直观地了解系统运行状态。

8、键输入电路，由K1、K2、J1、J2及R36、R37、R8、R9组成系统的参数设定及输出开关。K1为输出开关，按下为开，再按一次为关；K2为线路电阻测试开关，当需要外围连接线的线路电阻时，按一下此键，即完成自测。J1、J2组成蓄电池容量选择，从规定的4种容量中选一种，12AH、24AH、38AH、60AH，基本覆盖小型家用电源所用蓄电池的范围。容量的选择功能，可增大本控制器的应用面。

9、单片微处理器，是由87LPC767单片机组成，将电流信号IT、电压信号VT、温度信号T三个采样信号转换为数字信号，完成8位A/D转换；读取出J1、J2设定的蓄电池容量，将以上参数进行运算、分析、处理后，确定显示指示、充电开关功率管Q6、用电开关功率管Q5的工作状态，完成整个系统的控制，控制中引入了多变量的控制技术，并自身完成系统状态分析及处理，实现智能化控制。

10、蓄电池，为系统储能部件。

11、光电池，为系统的光电转换部件，它是将太阳的光能直接转化为电能。

12、负载，为各种直流12V用电器。

下面结合附图进一步描述并给出实施例说明：

本实用新型设计的家用太阳能电源智能控制器，其工作原理为：以12V系统，38AH蓄电池，25W光电池为例。F1为蓄电池38AH正、负极输入，F2为光电池25W输入，F3为负载用电输出。U6(MCU)不断从U1A、U1D、U1C的电流、电压、温度采样电路取值，进行A/D转换，由J1、J2跳线读取电池容量设定值38AH，J1、J2此时为开。根据以上数据计算，确定LED1、LED2、LED3、LED4发光管将有一支亮，对应相应的系统状态。LED1亮说明充满，此时，充电回路开关管Q6关断，切断充电回路；LED2亮表示系统正常，允许充电及用电，即Q6、Q5均导通；LED3亮说明系统电量不足，发生欠压，此时允许充电及用电，但提醒用户节约用电，LED4亮说明系统电能用尽，此时只允许充电，而不允许用电，Q5关断，并只有电能允至一定数量后，再恢复用电，以有效保护蓄电池。

对于充电控制，有三种工作方式，即过充控制，提升控制，浮充控制。过充控制是当电压升至计算值如14.5V时，关断Q5，禁止光电池充电；在使用中，如发生过放电动作，即系统电能用完，充电控制将自动进入提升充电控制，即为15V时关断Q5，切断充电回路。反之，如果系统过充发生而又连续出现14.5V过充数次后，充电控制将转为浮充控制，使蓄电池在充满后，保持在13-13.5V的浮充范围，不使蓄电池因较高的端电压出现过分淅水现象，从而保护蓄电池。其中，控制点将由U6(MCU)采样处理U、H、T三个参数计算结果决定，随电流、温度、电压不同而相应计算调整。

综上所述，本实用新型，实现了智能化、多参数、多控制方式的运行，根本上不同以往的模拟电路组成的单参数控制系统。

Claims

1、一种家用太阳光伏电源智能控制器，它由控制电源稳压控制电路、短路电子保护电路、充电驱动控制电路、用电驱动控制电路、显示电路、键输入电路以及蓄电池和电光池组成，其特征在于：该智能控制器还设有单片机微控制器U6(87LPC767-2)、数据存贮器U4(24C04)和电流、温度、电压采样电路；U6(87LPC767-2)的9、10脚与上拉电阻R38、R39及U4(24C04)的5、6脚相连；U6(87LPC767-2)的14、16、17脚分别为来自电流、温度、电压采样电路0-5V的信号输入端。

2、按权利要求1所述的一种家用太阳光伏电源智能控制器，其特征在于U6(87LPC767-2)的4、12脚为键输入开关，开关K1通过R36给U6(87LPC767-2)的4脚输入开关信号，开关K2通过R37给U6(87LPC767-2)的12脚输入开关信号。

3、按权利要求1所述的一种家用太阳光伏电源智能控制器，其特征在于，U6(87LPC767-2)的8、11脚接短路保护电路RST。

4、按权利要求1所述的一种家用太阳光伏电源智能控制器，其特征在于，U6(87LPC767-2)的1、20、19、13脚控制指示灯LED1、LED2、LED3、LED4的亮灭。

5、按权利要求1所述的一种家用太阳光伏电源智能控制器，其特征在于，U6(87LPC767-2)的6、7脚为蓄电池容量选择键。