專利名稱：具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)的太陽能充/放電控制電路，屬 于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的基本控制電路領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著化石能源危機(jī)日益加劇，新能源的開發(fā)利用已提高到了國(guó)家戰(zhàn)略層面。太陽 能是一種資源豐富又不會(huì)產(chǎn)生污染的可再生能源，隨著電池轉(zhuǎn)換率的提高，制造成本的降 低，太陽能光伏發(fā)電的利用取得了突破。目前，一般的太陽能充/放電控制多采用硬件方式 (模擬控制電路)直接對(duì)蓄電池充/放電進(jìn)行控制。這種控制方式存在控制精度低的缺陷， 無法對(duì)電池充/放電參數(shù)進(jìn)行精確控制。雖然有些充/放裝置設(shè)有MCU控制電路，但是這 些電路結(jié)構(gòu)僅僅是對(duì)充電方法進(jìn)行控制，不能對(duì)太陽能電池板的輸入功率進(jìn)行采集、分析， 也缺乏對(duì)充電過程的電池進(jìn)行有效保護(hù)，更不能對(duì)太陽能電池板的輸入功率進(jìn)行最優(yōu)化控 制，利用效率不高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，是為了克服現(xiàn)有技術(shù)充放電控制電路存在不能對(duì)太陽能電池 板的輸入功率進(jìn)行控制、不能對(duì)充電過程的電池進(jìn)行有效保護(hù)的問題，提供一種具有最大 功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充放電控制電路。本實(shí)用新型的目的可以通過如下措施達(dá)到具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括MCU控制單 元、太陽能電壓采集電路、太陽能電流采集電路、PWM驅(qū)動(dòng)電路、輸出電壓采集電路、充電電 流采集電路、電池電壓采集電路、輸出單元、溫度采集電路、顯示及按鍵設(shè)置電路和電源電 路;MCU控制單元各有一個(gè)輸入端分別與太陽能電壓采集電路、太陽能電流采集電路、輸出 電壓采集電路、充電電流采集電路、電池電壓采集電路、溫度采集電路、顯示及按鍵設(shè)置電 路、電源電路的輸出端連接；MCU控制單元的輸出端分別與PWM驅(qū)動(dòng)電路的輸入端、顯示及 按鍵設(shè)置電路的輸入端、輸出單元的控制端連接。實(shí)際應(yīng)用中PWM驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與MOS管相連接。太陽能電壓采集電路采集 太陽能光電板的電壓，太陽能電流采集電路采集太陽能光電板的電流;MCU控制單元通過 對(duì)太陽能電池電壓、電流的采集、控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)最大功率點(diǎn)的跟蹤算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能電池 板的利用效率最大化。所述輸出電壓采集電路、充電電流采集電路、電池電壓采集電路分別用于采集輸 出電壓、充電電流、充電電壓；通過采集輸出電壓、充電電壓、充電電流來實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電池的 充電參數(shù)的精確控制。所述輸出單元用于連接負(fù)載。所述溫度采集電路用于對(duì)溫度的精度采集，添加溫度補(bǔ)償?shù)某潆姴呗?，?shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ) 能電池的保護(hù)和最優(yōu)化控制。[0010]所述輔助電源的輸入端與儲(chǔ)能電池的輸出端連接。MCU利用對(duì)輸出電壓和充電電流的采集，控制PWM驅(qū)動(dòng)電路的占空比來實(shí)現(xiàn)恒流、 恒壓、浮充的充電方式；MCU利用對(duì)太陽能電池的輸入電壓、電流的采集，控制PWM驅(qū)動(dòng)電路 對(duì)輸入功率進(jìn)行調(diào)整，始終保持太陽能電池板的輸入功率最大。本實(shí)用新型的目的還可以通過如下措施達(dá)到本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是該控制電路還包括防止反接電路，防止反接電路 由二極管Dl組成。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是所述太陽能電壓采集電路由放大芯片IC2A及電 容C4和電阻R3、R6組成；所述太陽能電流采集電路由電流處理芯片U2、康銅絲Rl和電容 C18組成。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是所述PWM驅(qū)動(dòng)電路包括三極管Q6、Q7和Q10、電 阻RlO和R12 R16、電容C8和電容EC4及二極管D4、D9 ；所述三極管Q7的基極通過電阻 R13、R15接地，三極管Q7的發(fā)射極經(jīng)電阻R14到地，三極管Q7的集電極連接到三極管Q6 的基極，三極管Q6的發(fā)射極通過電阻R12連接到三極管Q7的集電極，三極管Q6的集電極 連接到三極管QlO的基極，電阻RlO與二極管D9串聯(lián)后跨接在三極管QlO的發(fā)射極與基極 之間，電阻R16跨接在三極管QlO的集電極與基極之間，三極管QlO集電極通過電容EC4連 接Q6的發(fā)射極；三極管QlO的集電極外接MOS管的S極，三極管QlO發(fā)射極外接MOS管的 G極。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是所述輸出電壓采集電路由放大芯片IClB及外圍 電阻R4、R7、電容C6組成；所述充電電流采集電路由電流處理芯片U3及康銅絲R2、電容C17 組成；所述電池電壓采集電路由放大芯片IClA及電阻R5、R8、電容C3、C7組成。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是所述溫度采集電路由電阻R9、與插口 C0N3連接的 熱敏電阻和電容C5組成。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是所述顯示及按鍵設(shè)置電路主要由4位8字?jǐn)?shù)碼管， 三個(gè)LED燈組成。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是所述輔助電源由兩片電壓轉(zhuǎn)換控制芯片MC34063 及外圍電路組成。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是所述輸出單元通過單片機(jī)控制繼電器或MOS管與 負(fù)載連接，由單片機(jī)控制繼電器或MOS管控制負(fù)載的開/關(guān)。本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是所述MCU控制單元由單片機(jī)芯片及其外圍電路構(gòu) 成；所述單片機(jī)芯片的型號(hào)為STC12CM10AD。本實(shí)用新型的有益效果是1、本實(shí)新型能夠?qū)?chǔ)能電池進(jìn)行充電參數(shù)的精確控制，針對(duì)蓄電池充電采用最好 的三段式充電，通過對(duì)溫度的采集，可以選擇溫度補(bǔ)償?shù)某潆姴呗?；利用?duì)太陽能電池的輸 入電壓、電流的采集，控制PWM的占空比可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入功率的最大跟蹤，使太陽能電池板 的輸入效率得到極大提高。2、本實(shí)用新型能夠?qū)?chǔ)能電池進(jìn)行充電參數(shù)的精確控制，針對(duì)蓄電池采用三段式 充電方式，MCU利用對(duì)輸出電壓和充電電流的采集，控制PWM驅(qū)動(dòng)電路的占空比來實(shí)現(xiàn)恒 流、恒壓、浮充的充電方式；MCU利用對(duì)太陽能電池的輸入電壓、電流的采集，控制PWM驅(qū)動(dòng)電路對(duì)輸入功率進(jìn)行調(diào)整，始終保持太陽能電池板的輸入功率最大。
圖1是本實(shí)用新型的電路框圖。圖加是本實(shí)用新型的電路主回路的第一部分電路原理圖。圖2b是本實(shí)用新型的電路主回路的第二部分電路原理圖。圖2c是本實(shí)用新型的電路主回路的太陽能電流采集電路原理圖。圖2d是本實(shí)用新型的電路主回路的充電電流采集電路原理圖。圖2e是本實(shí)用新型的電路主回路的溫度采集電路原理圖。圖3是本實(shí)用新型的PWM驅(qū)動(dòng)電路原理圖。圖4是本實(shí)用新型的輔助電源電路原理圖。圖fe是本實(shí)用新型的顯示及按鍵設(shè)置電路的第一部分電路原理圖。圖恥是本實(shí)用新型的顯示及按鍵設(shè)置電路的第二部分電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述具體實(shí)施例1 參照?qǐng)D1，本實(shí)施例包括MCU控制單元1、太陽能電壓采集電路2、太陽能電流采集 電路3、PWM驅(qū)動(dòng)電路4、輸出電壓采集電路5、充電電流采集電路6、電池電壓采集電路7、輸 出單元8、溫度采集電路9、顯示及按鍵設(shè)置電路10和電源電路11 ；MCU控制單元1各有一 個(gè)輸入端分別與太陽能電壓采集電路2、太陽能電流采集電路3、輸出電壓采集電路5、充電 電流采集電路6、電池電壓采集電路7、溫度采集電路9、顯示及按鍵設(shè)置電路10、電源電路 11的輸出端連接；MCU控制單元1的輸出端分別與PWM驅(qū)動(dòng)電路4的輸入端和顯示及按鍵 設(shè)置電路10的輸入端和輸出單元8的控制端連接；PWM驅(qū)動(dòng)電路4的輸出端與MOS管的輸 入端連接。所述輔助電源11的輸入端與儲(chǔ)能電池12的輸出端連接。本實(shí)施例中圖2a、圖2b、圖2c、圖2d和圖加構(gòu)成電路主回路，圖中包括電阻R1、R2、R3、R4、 R5、R6、R7、R8、R9、R45,電容 Cl、C2、C3、C4、C5、C17、C18,電解電容 EC1、EC2、EC3, 二極管 D1、D2、D3、D7、D8，三極管 Qll，MOS 管 Q8，芯片 Ul、U2、U3，熔斷器 Fl、F2，壓敏電阻 ZNR1，線 圈 Tl，放大電路 IC2A、IC1A、IC1B，繼電器 REL1，以及接口 C0N1、C0N2、C0N3、C0N5。其中，接 口 C0N2接蓄電池，接口 C0N2接熱敏電阻，接口 C0N5接負(fù)載。參照?qǐng)D2a、圖2c，所述太陽能電壓采集電路2由電阻R3、R6，放大電路IC2A，及電 容C4組成；太陽能電壓采集由電阻R3、R6分壓經(jīng)過IC2A放大輸出，電容C4濾波得到。所 述太陽能電流采集電路3由康銅絲R1，電流處理芯片U2，及電容C18組成；太陽能電流采集 由康銅絲Rl兩端采集，經(jīng)電流處理芯片U2 (MAX4080S)處理，電容C18濾波得到。參照?qǐng)D2b、圖2d，所述輸出電壓采集電路5由電阻R4、R7，放大電路IC1B，電容C6 組成；輸出電壓采集由電阻R4、R7分壓，經(jīng)IClB放大輸出，電容C6濾波得到。所述充電電 流采集電路6由康銅絲R2電流處理芯片U3，電容C17組成；充電電流采集由康銅絲R2兩 端采集，經(jīng)電流處理芯片U3(MAX4080Q處理，電容C17濾波得到。所述電池電壓采集電路7由電阻R5、R8、電容C3，放大電路IC1A，電容C7組成；電池電壓采集由電阻R5、R8分壓、 電容C3濾波，經(jīng)IClA放大輸出，電容C7濾波得到。參照?qǐng)D2d，所述溫度采集電路9由電阻R9、與插口 C0N3連接的熱敏電阻，電容C5 組成；溫度采集由5V電源經(jīng)電阻R9、熱敏電阻連接到地，熱敏電阻與R9連接端經(jīng)電容C5濾 波得到。參照?qǐng)D2a、圖2b，該控制電路還包括防止反接電路，防止反接電路由二極管Dl組 成。所述輸出單元8利用繼電器RELl控制對(duì)負(fù)載的通斷。參照?qǐng)D3，所述PWM驅(qū)動(dòng)電路4包括三極管Q6、Q7和Q10、電阻RlO和R12 R16、 電容C8和電容EC4及二極管D4、D9 ；所述三極管Q7的基極通過電阻Rl3、Rl5接地，三極管 Q7的發(fā)射極經(jīng)電阻R14到地，三極管Q7的集電極連接到三極管Q6的基極，三極管Q6的發(fā) 射極通過電阻R12連接到三極管Q7的集電極，三極管Q6的集電極連接到三極管QlO的基 極，電阻RlO與二極管D9串聯(lián)后跨接在三極管QlO的發(fā)射極與基極之間，電阻R16跨接在 三極管QlO的集電極與基極之間，三極管QlO集電極通過電容EC4連接Q6的發(fā)射極；三極 管QlO的集電極外接MOS管的S極，三極管QlO發(fā)射極外接MOS管的G極。參照?qǐng)D4，所述輔助電源11由兩片芯片MC34063組成BUCK、Boost電路。圖中包 括電阻 R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27，電容 C12、C13、C14、C15、C16，電解電容 EC5、EC6、 EC8，二極管 D5、D6，電感 Li、L2，芯片 U4、U5。圖5a、圖恥構(gòu)成顯示及按鍵設(shè)置電路，所述顯示及按鍵設(shè)置電路10主要由4位8 字?jǐn)?shù)碼管，三個(gè)LED燈LED1、LED2、LED3組成。圖中包括電阻R11、似8…R44，電容C11、 C19、C20、C21、C22、C23，三極管 Ql、Q2、Q3、Q4、Q9,開關(guān) SW1、SW2，LED 燈 LED1、LED2、LED3, 晶振Y1，接口 C0N4，數(shù)碼管以及IC3和IC4。所述MCU控制單元1采用STC12CM10AD芯片對(duì)整個(gè)電路實(shí)現(xiàn)采集、顯示、按鍵、 MPPT算法實(shí)現(xiàn)等功能。實(shí)際應(yīng)用中所述太陽能電壓采集電路2用于對(duì)太陽能光電板的電壓進(jìn)行采集； 所述太陽能電流采集電路3用于對(duì)太陽能光電板的電流進(jìn)行采集；通過對(duì)太陽能電池電 壓、電流的采集、控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)最大功率點(diǎn)的跟蹤算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能電池板的利用效率最 大化。所述輸出電壓采集電路5、充電電流采集電路6、電池電壓采集電路7分別用于采集 輸出電壓、充電電流、充電電壓；通過采集輸出電壓、充電電壓、充電電流來實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電池 的充電參數(shù)的精確控制。所述溫度采集電路9用于對(duì)溫度的精度采集，添加溫度補(bǔ)償?shù)某?電策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電池的保護(hù)和最優(yōu)化控制。MCU利用對(duì)輸出電壓和充電電流的采集，控 制PWM驅(qū)動(dòng)電路的占空比來實(shí)現(xiàn)恒流、恒壓、浮充的充電方式；MCU利用對(duì)太陽能電池的輸 入電壓、電流的采集，控制PWM驅(qū)動(dòng)電路對(duì)輸入功率進(jìn)行調(diào)整，始終保持太陽能電池板的輸 入功率最大。其他實(shí)施例所述輸出單元8還可以由MOS管或其他開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的開關(guān)控制。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施例，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型的 技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其特征是包括MCU控制單元 (1)、太陽能電壓采集電路O)、太陽能電流采集電路(3)、PWM驅(qū)動(dòng)電路G)、輸出電壓采集 電路(5)、充電電流采集電路(6)、電池電壓采集電路(7)、輸出單元⑶、溫度采集電路(9)、 顯示及按鍵設(shè)置電路(10)和電源電路(11) ；MCU控制單元(1)各有一個(gè)輸入端分別與太陽 能電壓采集電路O)、太陽能電流采集電路(3)、輸出電壓采集電路(5)、充電電流采集電路(6)、電池電壓采集電路(7)、溫度采集電路(9)、顯示及按鍵設(shè)置電路(10)、電源電路(11) 的輸出端連接；MCU控制單元(1)的輸出端分別與PWM驅(qū)動(dòng)電路(4)的輸入端、顯示及按鍵 設(shè)置電路(10)的輸入端、輸出單元(8)的控制端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其特征是 該控制電路還包括防止反接電路，防止反接電路由二極管Dl組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其特征是 所述太陽能電壓采集電路O)由放大芯片IC2A及電容C4和電阻R3、R6組成；所述太陽能 電流采集電路(3)由電流處理芯片U2、康銅絲Rl和電容C18組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其特征是 所述P麗驅(qū)動(dòng)電路⑷包括三極管Q6、Q7和Q10、電阻RlO和R12 R16、電容C8和電容 EC4及二極管D4、D9 ；所述三極管Q7的基極通過電阻R13、R15接地，三極管Q7的發(fā)射極經(jīng) 電阻R14到地，三極管Q7的集電極連接到三極管Q6的基極，三極管Q6的發(fā)射極通過電阻 R12連接到三極管Q7的集電極，三極管Q6的集電極連接到三極管QlO的基極，電阻RlO與 二極管D9串聯(lián)后跨接在三極管QlO的發(fā)射極與基極之間，電阻R16跨接在三極管QlO的集 電極與基極之間，三極管QlO集電極通過電容EC4連接Q6的發(fā)射極；三極管QlO的集電極 外接MOS管的S極，三極管QlO發(fā)射極外接MOS管的G極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其特征是 所述輸出電壓采集電路(5)由放大芯片IClB及外圍電阻R4、R7、電容C6組成；所述充電 電流采集電路(6)由電流處理芯片U3及康銅絲R2、電容C17組成；所述電池電壓采集電路(7)由放大芯片IClA及電阻R5、R8、電容C3、C7組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其特征是 所述溫度采集電路(9)由電阻R9、與插口 C0N3連接的熱敏電阻和電容C5組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其特征是 所述顯示及按鍵設(shè)置電路(10)主要由4位8字?jǐn)?shù)碼管，三個(gè)LED燈組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其特征是 所述輔助電源(11)由兩片電壓轉(zhuǎn)換控制芯片MC34063及外圍電路組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其特征是 所述輸出單元(8)通過單片機(jī)控制繼電器或MOS管與負(fù)載連接、由單片機(jī)控制繼電器或MOS 管控制負(fù)載的開/關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有最大功率點(diǎn)跟蹤的太陽能充/放電控制電路，其特 征是所述MCU控制單元(1)由單片機(jī)芯片及其外圍電路構(gòu)成；所述單片機(jī)芯片的型號(hào)為 STCl 2C541 OAD。
專利摘要本實(shí)用新型涉及具有最大功率點(diǎn)跟蹤結(jié)構(gòu)的太陽能充/放電控制電路，其特征是包括MCU控制單元(1)、太陽能電壓采集電路(2)、太陽能電流采集電路(3)、PWM驅(qū)動(dòng)電路(4)、輸出電壓采集電路(5)、充電電流采集電路(6)、電池電壓采集電路(7)、輸出單元(8)、溫度采集電路(9)、顯示及按鍵設(shè)置電路(10)和電源電路(11)。本實(shí)新型能夠?qū)?chǔ)能電池進(jìn)行充電參數(shù)的精確控制，針對(duì)蓄電池充電采用最好的三段式充電，通過對(duì)溫度的采集，可以選擇溫度補(bǔ)償?shù)某潆姴呗裕焕脤?duì)太陽能電池的輸入電壓、電流的采集，控制PWM的占空比可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入功率的最大跟蹤，使太陽能電池板的輸入效率得到極大提高。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201854045SQ2010205142
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
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