專利名稱：一種太陽能與市電互補控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種可使負(fù)載供電在太陽能與市電之間適時切換的太陽能與市電互補控制器。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前全球能源緊張的今天，新能源的利用和傳統(tǒng)能源的節(jié)能，已經(jīng)是各國政府必須考慮的問題。太陽能是目前最普遍和廉價的清潔能源之一。太陽能照明系統(tǒng)就是利用太陽能光伏原理，白天利用太陽能電池板對蓄電池充電。夜晚，用充到蓄電池中的電能來點亮燈具。但是目前這一系統(tǒng)存在一些問題，比如連續(xù)長時間陰雨天，蓄電池會虧電。這樣夜晚時，照明系統(tǒng)就不會工作。為了保證照明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，就引入了市電互補的概念。所謂市電互補太陽能控制器，就是在陽光較好的情況下，使用太陽能照明，長時間陰雨天，蓄電池虧電時，自動轉(zhuǎn)入市電供電。這樣既節(jié)約了能源，又能夠保證照明系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。但目前的市電互補太陽能控制器，存在以下幾個問題
一種是開關(guān)電源始終工作在恒壓狀態(tài)，并將開關(guān)電源的輸出端直接連接到蓄電池上。 這種接法，不能充分利用太陽能的能源，開關(guān)電源始終要消耗較大的市電能量。而且開關(guān)電源的壽命有較大的影響。二是利用繼電器控制開關(guān)電源的輸入，這樣做，雖然開關(guān)電源平時不工作，有利于節(jié)約市電能源和延長壽命，但是每次轉(zhuǎn)入市電工作時，開關(guān)電源都是冷啟動，如果在比較寒冷的地區(qū)，開關(guān)電源就不一定能夠啟動。還有一個問題就是，蓄電池虧電后，啟動開關(guān)電源，為了防止開關(guān)電源對蓄電池充電而電流過大，使開關(guān)電源保護(hù)，必須在其回路中加一只防反充二極管，由于這只二極管加在主電流回路中，所以流過的電流較大，一般壓降在 1.2疒2V左右，所以有相當(dāng)大的損耗。市電的利用率不高。由于二極管產(chǎn)生大量的熱量，可靠性也比較低。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種能源效率和工作可靠性均比較高的太陽能與市電互補控制器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種太陽能與市電互補控制器，包括用于連接蓄電池的直流輸入端、用于連接市電的交流輸入端，以及用于連接負(fù)載的電源輸出端；其特征是，直流輸入端與電源輸出端之間的線路上設(shè)有放電控制模塊；交流輸入端與電源輸出端之間的線路上設(shè)有開關(guān)電源模塊；
所述放電控制模塊中設(shè)有可控開關(guān)和可控開關(guān)驅(qū)動電路，可控開關(guān)的關(guān)斷可使直流輸入端與負(fù)載電源輸出端之間的線路斷開；
還包括中央處理器和電壓檢測模塊；電壓檢測模塊檢測直流輸入端的電壓，并將電壓檢測值輸出至中央處理器；中央處理器根據(jù)電壓檢測值，通過放電控制模塊中的可控開關(guān)驅(qū)動電路控制可控開關(guān)的關(guān)斷或?qū)?；同時控制開關(guān)電源模塊的啟動或停止，使得負(fù)載供電途徑在蓄電池供電與市電供電之間切換。作為一種改進(jìn)，本發(fā)明還包括連接在太陽能電池與蓄電池之間的充電控制模塊； 電壓檢測模塊同時檢測直流輸入端即蓄電池電壓，以及太陽能電池的電壓，并將電壓值輸出至中央處理器；中央處理器比較兩個電壓值的大小如果太陽能電池電壓大于蓄電池電壓，則中央處理器控制充電控制模塊，使太陽能電池對蓄電池進(jìn)行充電。為了避免負(fù)載短路或過流對蓄電池造成的傷害，本發(fā)明中直流輸入端與電源輸出端之間還設(shè)有短路保護(hù)模塊，中央處理器可控制短路保護(hù)模塊的啟動或停止；在啟動時，短路保護(hù)模塊檢測直流輸入端與電源輸出端之間線路上的電流，如果出現(xiàn)過流情況則輸出可控開關(guān)關(guān)斷信號至放電控制器中的可控開關(guān)驅(qū)動電路，使得可控開關(guān)關(guān)斷。短路保護(hù)模塊在輸出可控開關(guān)關(guān)斷信號的同時，還輸出保護(hù)狀態(tài)信號至中央處理器。中央處理器可通過禁能即停止短路保護(hù)模塊的運行，來解除短路或過流情況引發(fā)的電路保護(hù)狀態(tài)。作為一種改進(jìn)，本發(fā)明還包括通信模塊，中央處理器通過通信模塊連接上位機，同時可將當(dāng)前負(fù)載供電狀態(tài)信息輸出至上位機，通過上位機可對中央處理器中觸發(fā)負(fù)載供電途徑切換的蓄電池的限值電壓進(jìn)行修改，相關(guān)軟件程序可利用現(xiàn)有技術(shù)。優(yōu)選的，本發(fā)明中的可控開關(guān)為雙向電子開關(guān)，雙向電子開關(guān)串接在直流輸入端負(fù)極與電源輸出端負(fù)極之間的線路上。雙向電子開關(guān)可選擇現(xiàn)有成熟產(chǎn)品，也可利用現(xiàn)有成熟電子電路技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。優(yōu)選的，本發(fā)明中雙向電子開關(guān)包括柵極互連的兩個NMOS 管，可控開關(guān)驅(qū)動電路的輸出端連接兩個NMOS管的源極；直流輸入端的負(fù)極連接其中一個 NMOS管的漏極，電源輸出端的負(fù)極連接另一個NMOS管的漏極；兩個NMOS管的柵極與源極之間設(shè)有電阻；NMOS管的關(guān)斷即雙向電子開關(guān)的關(guān)斷。這種無觸點的雙向電子開關(guān)，其內(nèi)阻只有十幾個毫歐，損耗極小，過載能力強，開關(guān)速度在IOOns以內(nèi)，且驅(qū)動電流非常小，負(fù)載短路時可迅速關(guān)斷。優(yōu)選的，本發(fā)明中所述通信模塊為現(xiàn)有的紅外通信模塊。本發(fā)明中電壓檢測模塊以及充電控制模塊可分別現(xiàn)有的功能模塊單元或相關(guān)功能電路，也可采用現(xiàn)有的一體化的太陽能充電控制模塊電路；中央處理器可采用現(xiàn)有的微型處理器芯片，如單片機，微型處理器對充電控制模塊的控制可利用現(xiàn)有技術(shù)。有益效果
本發(fā)明在應(yīng)用時，中央處理器時刻監(jiān)視蓄電池的電壓，當(dāng)蓄電池虧電時即可迅速通過開關(guān)電源實現(xiàn)負(fù)載供電途徑在蓄電池與市電之間的切換；同時通過控制放電控制器中的可控開關(guān)將蓄電池供電線路切斷；工作可靠且效率極高。此外，本發(fā)明中通過中央處理器直接控制開關(guān)電源實現(xiàn)市電對負(fù)載的供電，開關(guān)電源可工作在恒壓輸出模式和綠色關(guān)斷模式，在負(fù)載由蓄電池供電時，開關(guān)電源模塊處于綠色關(guān)斷模式下，其輸出為0，輸入功率小于 0. 1W，功耗非常?。划?dāng)蓄電池欠壓時，蓄電池供電途徑被切斷，開關(guān)電源模塊為恒壓輸出，只對負(fù)載供電，而不給蓄電池充電；而且現(xiàn)有的開關(guān)電源模塊內(nèi)部皆有過流和短路保護(hù)功能， 保證了開關(guān)電源的高效率正常工作，進(jìn)而保證了負(fù)載工作的可靠性。


圖1所示為本發(fā)明的一種實施例結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖2所示為本發(fā)明另一種實施例結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖3所示為本發(fā)明第三種實施例結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖4所示為本發(fā)明中短路保護(hù)模塊的電路原理圖； 圖5所示為本發(fā)明放電控制模塊中可控開關(guān)驅(qū)動電路的電路原理圖； 圖6所示為本發(fā)明放電控制模塊中可控開關(guān)為雙向電子開關(guān)的實施例電路原理圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加明顯易懂，以下結(jié)合附圖和具體實施方式
做進(jìn)一步描述。結(jié)合圖1至圖3，本發(fā)明的太陽能與市電互補控制器，包括用于連接蓄電池的直流輸入端、用于連接市電的交流輸入端、用于連接負(fù)載的電源輸出端、中央處理器和電壓檢測模塊；直流輸入端與電源輸出端之間的線路上設(shè)有放電控制模塊；交流輸入端與電源輸出端之間的線路上設(shè)有開關(guān)電源模塊。放電控制模塊中設(shè)有可控開關(guān)和可控開關(guān)驅(qū)動電路，可控開關(guān)的關(guān)斷可使直流輸入端與負(fù)載電源輸出端之間的線路斷開。如圖5所示為本發(fā)明中可控開關(guān)驅(qū)動電路的一種具體實施例，其中包括接受中央處理器關(guān)斷命令信號PWM3的第一信號輸入端，R7、Q3、R8、 R15、Q7、D2、Q8、R9、D3組成高速驅(qū)動電路，輸出關(guān)斷信號KETO至可控開關(guān)的控制端，從而使得可控開關(guān)關(guān)斷，可控開關(guān)可選擇現(xiàn)有的如MOS管、三極管等。如圖6所示為本發(fā)明中可控開關(guān)的一種具體實施例，這種可控開關(guān)為雙向電子開關(guān)，其包括柵極互連的兩個NMOS管Q12和Q13，可控開關(guān)驅(qū)動電路的輸出信號KETO分別通過R45和R46輸入到兩個NMOS管的源極，即NMOS管的控制端；直流輸入端的負(fù)極通過R52 連接其中一個NMOS管Q13的漏極，電源輸出端的負(fù)極連接另一個NMOS管Q12的漏極；兩個 NMOS管的柵極與源極之間通過電阻R19連接；兩個NMOS管的漏極之間并聯(lián)有R49和雙向二極管TR2 ；兩個NMOS管的柵極通過C19連接Q13的漏極。NMOS管的關(guān)斷即雙向電子開關(guān)的關(guān)斷。這種雙向電子開關(guān)具有高速低阻的特性。為了避免負(fù)載短路或過流對蓄電池造成的傷害，本發(fā)明中直流輸入端與電源輸出端之間還設(shè)有短路保護(hù)模塊，如圖4所示。中央處理器MCU可通過輸出使能信號Reference 控制短路保護(hù)模塊的啟動；在啟動時，短路保護(hù)模塊檢測直流輸入端與電源輸出端之間線路上的電流，具體的檢測電流為連接供電線路負(fù)極的電阻R52另一端上通過的電流 Currentl,短路保護(hù)模塊中的比較器UlB可實現(xiàn)對過流情況的判斷。如果比較器UlB的5腳電壓高于6腳電壓，則出現(xiàn)過流情況，7腳會輸出高電平，同時通過R37和DlO鎖定狀態(tài)，高電平信號分別經(jīng)過R45、R55觸發(fā)三極管Q15和Q16導(dǎo)通Q15輸出可控開關(guān)關(guān)斷信號⑶乙 OFF至圖5所示的可控開關(guān)驅(qū)動電路的第二輸入端，使得可控開關(guān)驅(qū)動電路輸出信號KEY3 至雙向電子開關(guān)，使雙向電子開關(guān)關(guān)斷，切斷蓄電池供電線路；Q16輸出保護(hù)狀態(tài)信號至中央處理器，通知進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。中央處理器可根據(jù)需要將使能信號Reference置為高電平， 即可禁能即停止短路保護(hù)模塊的運行，來解除短路或過流情況引發(fā)的電路保護(hù)狀態(tài)。本發(fā)明中中央處理器為現(xiàn)有的單片機或其他微型計算機，電壓檢測模塊為現(xiàn)有的功能模塊單元。在應(yīng)用時，電壓檢測模塊持續(xù)檢測直流輸入端的電壓，并將電壓檢測值輸出至中央處理器；中央處理器將電壓檢測值與預(yù)設(shè)定的負(fù)載供電途徑切換限值進(jìn)行比較，如果低于限值，則中央處理器通過放電控制模塊中的可控開關(guān)驅(qū)動電路控制可控開關(guān)即雙向電子開關(guān)的關(guān)斷；同時控制開關(guān)電源模塊啟動，使得負(fù)載供電途徑切換為由市電供電。中央處理器中的負(fù)載供電途徑切換限值可通過上位機進(jìn)行修改。上位機與中央處理器之間通過通信模塊連接同時，在出現(xiàn)過流情況時，中央處理器也可通過通信模塊將保護(hù)狀態(tài)信息發(fā)送至上位機，以通知相關(guān)工作人員及時處理。通信模塊為現(xiàn)有的紅外通信模塊。作為一種改進(jìn)的實施例，如圖2所示，本發(fā)明還包括連接在蓄電池與太陽能電池之間的充電控制模塊。本實施例中，電壓檢測模塊同時檢測電源輸入端即蓄電池電壓，以及太陽能電池的電壓，并將電壓檢測值輸出至中央處理器，中央處理器對接收到的兩個電壓檢測值進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果為太陽能電池電壓高于蓄電池電壓，則中央處理器控制充電控制模塊，啟動太陽能電池對蓄電池的充電過程。電壓檢測模塊以及充電控制模塊可分別選用現(xiàn)有的功能模塊單元。進(jìn)一步的，本發(fā)明的第三種實施例如圖3所示，其中電壓電測模塊與充電控制模塊采用現(xiàn)有的一體化的太陽能充電控制模塊電路，中央處理器對太陽能充電控制模塊電路的控制方法采用現(xiàn)有控制方法。本發(fā)明中所述具體實施案例僅為本發(fā)明的較佳實施案例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)作為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種太陽能與市電互補控制器，包括用于連接蓄電池的直流輸入端、用于連接市電的交流輸入端，以及用于連接負(fù)載的電源輸出端；其特征是，直流輸入端與電源輸出端之間的線路上設(shè)有放電控制模塊；交流輸入端與電源輸出端之間的線路上設(shè)有開關(guān)電源模塊；所述放電控制模塊中設(shè)有可控開關(guān)和可控開關(guān)驅(qū)動電路，可控開關(guān)的關(guān)斷可使直流輸入端與負(fù)載電源輸出端之間的線路斷開；還包括中央處理器和電壓檢測模塊；電壓檢測模塊檢測直流輸入端的電壓，并將電壓檢測值輸出至中央處理器；中央處理器根據(jù)電壓檢測值，通過放電控制模塊中的可控開關(guān)驅(qū)動電路控制可控開關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷；同時控制開關(guān)電源模塊的啟動或停止，使得負(fù)載供電途徑在蓄電池供電與市電供電之間切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與市電互補控制器，其特征是，還包括連接在太陽能電池與蓄電池之間的充電控制模塊；電壓檢測模塊同時檢測直流輸入端即蓄電池電壓，以及太陽能電池的電壓，并將電壓值輸出至中央處理器；中央處理器比較兩個電壓值的大小 如果太陽能電池電壓大于蓄電池電壓，則中央處理器控制充電控制模塊，使太陽能電池對蓄電池進(jìn)行充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與市電互補控制器，其特征是，直流輸入端與電源輸出端之間還設(shè)有短路保護(hù)模塊，中央處理器可控制短路保護(hù)模塊的啟動或停止；在啟動時， 短路保護(hù)模塊檢測直流輸入端與電源輸出端之間線路上的電流，如果出現(xiàn)過流情況則輸出可控開關(guān)關(guān)斷信號至放電控制器中的可控開關(guān)驅(qū)動電路，使得可控開關(guān)關(guān)斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能與市電互補控制器，其特征是，還包括通信模塊，中央處理器通過通信模塊連接上位機。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能與市電互補控制器，其特征是，所述短路保護(hù)模塊在輸出可控開關(guān)關(guān)斷信號的同時，還輸出保護(hù)狀態(tài)信號至中央處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的太陽能與市電互補控制器，其特征是，所述可控開關(guān)為雙向電子開關(guān)，雙向電子開關(guān)串接在直流輸入端負(fù)極與電源輸出端負(fù)極之間的線路上；雙向電子開關(guān)包括柵極互連的兩個NMOS管，可控開關(guān)驅(qū)動電路的輸出端連接兩個NMOS 管的源極；直流輸入端的負(fù)極連接其中一個NMOS管的漏極，電源輸出端的負(fù)極連接另一個 NMOS管的漏極；兩個NMOS管的柵極與源極之間設(shè)有電阻；NMOS管的關(guān)斷即雙向電子開關(guān)的關(guān)斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能與市電互補控制器，其特征是，所述通信模塊為紅外通信模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的太陽能與市電互補控制器，其特征是，所述中央處理器為單片機。
全文摘要
本發(fā)明公開一種太陽能與市電互補控制器，其包括用于連接蓄電池的直流輸入端、用于連接市電的交流輸入端、用于連接負(fù)載的電源輸出端、中央處理器和電壓檢測模塊；直流輸入端與電源輸出端之間的線路上設(shè)有放電控制模塊；交流輸入端與電源輸出端之間的線路上設(shè)有開關(guān)電源模塊；放電控制模塊中設(shè)有可控開關(guān)和可控開關(guān)驅(qū)動電路，可控開關(guān)的關(guān)斷可使直流輸入端與負(fù)載電源輸出端之間的線路斷開；電壓檢測模塊檢測直流輸入端的電壓，并輸出至中央處理器；中央處理器根據(jù)電壓檢測值控制可控開關(guān)的關(guān)斷或?qū)?；同時控制開關(guān)電源模塊的啟動或停止，使得負(fù)載供電途徑在蓄電池供電與市電供電之間可靠切換；同時本發(fā)明也降低了開關(guān)電源的功耗，提高了供電效率。
文檔編號H02J7/00GK102377237SQ201110395418
公開日2012年3月14日 申請日期2011年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月3日
發(fā)明者嚴(yán)家榮, 易寧 申請人:南京普天大唐信息電子有限公司