太陽(yáng)能光伏控制器用的過流保護(hù)及啟動(dòng)恢復(fù)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種太陽(yáng)能光伏控制器用的過流保護(hù)及啟動(dòng)恢復(fù)電路，電路采用的技術(shù)方案是蓄電池對(duì)負(fù)載的放電線路上串上一個(gè)電流采樣電阻，采用運(yùn)算放大器和若干電阻構(gòu)成的同相比例放大電路對(duì)采樣電阻上的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，然后交給由運(yùn)算放大器和若干電阻構(gòu)成的電壓比較器進(jìn)行比較輸出高低電平，電壓比較器與驅(qū)動(dòng)控制電路的控制端相連，控制開關(guān)管導(dǎo)通和截止；同時(shí)本電路在電壓比較器運(yùn)放的同相輸入端設(shè)置有恢復(fù)控制電路，可通過單片機(jī)I/O口進(jìn)行智能恢復(fù)控制；在電壓比較器的輸出端設(shè)置有監(jiān)測(cè)狀態(tài)電路。通過上述這樣一種電路設(shè)計(jì)，提高了太陽(yáng)能光伏控制器的工作穩(wěn)定性和遇到障礙后自動(dòng)恢復(fù)工作的能力。
【專利說明】太陽(yáng)能光伏控制器用的過流保護(hù)及啟動(dòng)恢復(fù)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能光伏控制器技術(shù)，具體的說是一種太陽(yáng)能光伏控制器用的過流保護(hù)及啟動(dòng)恢復(fù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能光伏控制器是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，應(yīng)用非常廣泛。由于太陽(yáng)能光伏控制器應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，經(jīng)常會(huì)受到沙塵或雨露的侵襲，使得容易發(fā)生負(fù)載輸入端或放電線路短路、蓄電池放電電流突然過大的情況，傳統(tǒng)的解決方法是在蓄電池放電線路上串一個(gè)保險(xiǎn)絲，若蓄電池放電電流超過保險(xiǎn)絲的額定電流，保險(xiǎn)絲斷開，蓄電池不再對(duì)負(fù)載放電。雖然有效的保護(hù)了太陽(yáng)能光伏控制器，但負(fù)載不能正常工作。為了重新使太陽(yáng)能光伏控制器恢復(fù)工作，需要人工更換保險(xiǎn)絲。這種情況給用戶帶了很多不方便。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型為了解決傳統(tǒng)太陽(yáng)能光伏控制器過流保護(hù)后不能自動(dòng)恢復(fù)工作的缺陷，提供一種太陽(yáng)能光伏控制器用的過流保護(hù)及啟動(dòng)恢復(fù)電路，具備過流保護(hù)功能、監(jiān)測(cè)過流保護(hù)狀態(tài)和智能啟動(dòng)恢復(fù)功能。
[0004]本實(shí)用新型包括蓄電池對(duì)負(fù)載放電控制電路、信號(hào)放大及電流采集電路、電壓比較器和恢復(fù)控制電路、狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路。所采用的技術(shù)方案在于:所述的蓄電池對(duì)負(fù)載放電控制電路有兩條主線路分別為正極主線路和負(fù)極主線路。蓄電池正極通過正極主線路直接與負(fù)載正極相連，蓄電池負(fù)極通過負(fù)極主線路串上一個(gè)電流采樣電阻和一個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管與負(fù)載負(fù)極相連，N溝道MOSFET開關(guān)管采用單片機(jī)I/O 口通過驅(qū)動(dòng)控制電路來進(jìn)行開關(guān)控制。所述的驅(qū)動(dòng)控制電路采用兩個(gè)NPN三級(jí)管、一片二極管和若干個(gè)電阻組成單片機(jī)I/O 口驅(qū)動(dòng)放大電路，二極管設(shè)置在開關(guān)管柵極和漏極之間，當(dāng)I/O為高電平時(shí)，二極管兩端有電壓，開關(guān)管導(dǎo)通，蓄電池對(duì)負(fù)載放電。當(dāng)I/O 口為低電平時(shí)，二極管兩端無電壓，開關(guān)管截止，負(fù)載斷電不工作。
[0005]所述的信號(hào)放大及電流采集電路采用運(yùn)算放大器芯片和若干個(gè)電阻電容構(gòu)成同相比例放大器，輸入端接在負(fù)極主線路上的電流采樣電阻兩端，用于對(duì)電流采樣電阻兩端的電壓小信號(hào)進(jìn)行放大處理。信號(hào)放大及電流采集電路設(shè)置有兩個(gè)輸出端，一個(gè)輸出端通過電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行放大倍數(shù)調(diào)整后送給單片機(jī)A/D進(jìn)行處理；一個(gè)輸出端通過電阻分壓調(diào)整后送給電壓比較器進(jìn)行判斷。
[0006]所述的電壓比較器和恢復(fù)控制電路采用運(yùn)算放大器芯片和若干個(gè)電阻電容構(gòu)成電壓比較器，運(yùn)算放大器的同相輸入端接信號(hào)放大電路的輸出端，反相輸入端接一個(gè)由兩個(gè)分壓電阻構(gòu)成基準(zhǔn)闕值電壓，當(dāng)輸入的信號(hào)電壓大于闕值電壓時(shí)，電壓比較器輸出高電平，電壓比較器輸出端與驅(qū)動(dòng)控制電路的控制端相連，導(dǎo)致開關(guān)管截止，蓄電池停止對(duì)負(fù)載放電。當(dāng)輸入的信號(hào)電壓小于闕值電壓時(shí)，電壓比較器輸出低電平，開關(guān)管導(dǎo)通，蓄電池恢復(fù)對(duì)負(fù)載放電。所述的恢復(fù)控制電路包括一個(gè)NPN三極管、一個(gè)二極管和若干個(gè)電阻，通過利用單片機(jī)I/O 口控制三極管使運(yùn)放同相端接地，從而使電壓比較器輸出低電平，開關(guān)管導(dǎo)通，重新啟動(dòng)蓄電池對(duì)負(fù)載放電。
[0007]所述的狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路包括一個(gè)NPN三極管和兩個(gè)電阻，電壓比較器的輸出端通過限流電阻與三極管的基極相連，三極管的集電極與單片機(jī)的I/o 口相連，當(dāng)電壓比較器的輸出端為高電平時(shí)，三極管基極導(dǎo)通，三極管集電極接地，單片機(jī)I/o 口感測(cè)到低電平，表明蓄電池對(duì)負(fù)載停止放電。當(dāng)電壓比較器的輸出端為低電平時(shí)，三極管集電極處在高電位，單片機(jī)I/o感測(cè)到高電平，表明蓄電池對(duì)負(fù)載重啟放電。
[0008]本實(shí)用新型由于采用上述這樣一種電路設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能光伏控制器具備了過流保護(hù)功能、監(jiān)測(cè)過流保護(hù)狀態(tài)和智能啟動(dòng)恢復(fù)功能。很大程度提高了太陽(yáng)能光伏控制器面對(duì)復(fù)雜氣候環(huán)境時(shí)的工作穩(wěn)定性和遇到障礙后自動(dòng)恢復(fù)工作的能力；同時(shí)提供的各單元電路都是用基本元器件和通用運(yùn)放芯片構(gòu)成的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)且可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。
[0010]圖1為本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路圖
[0012]圖中:1、蓄電池對(duì)負(fù)載放電控制電路，2、信號(hào)放大及電流采集電路，3、電壓比較器和恢復(fù)控制電路，4、狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路，5、蓄電池，6、正極主線路，7、負(fù)極主線路，8、電流采樣電阻，9、N溝道MOSFET開關(guān)管，10、負(fù)載，11、驅(qū)動(dòng)控制電路，12、單片機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示:本實(shí)用新型由蓄電池對(duì)負(fù)載放電控制電路1、信號(hào)放大及電流采集電路2、電壓比較器和恢復(fù)控制電路3和狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路4組成。所采用的技術(shù)方案在于:蓄電池5正極通過正極主線路6與負(fù)載10正極相連，蓄電池5負(fù)極通過負(fù)極主線路7串上一個(gè)電流采樣電阻8和一個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管9與負(fù)載10負(fù)極相連，N溝道MOSFET開關(guān)管9采用單片機(jī)12的I/O 口通過驅(qū)動(dòng)控制電路11來進(jìn)行開關(guān)控制。信號(hào)放大及電流采集電路2的輸入端接在電流采樣電阻8兩端，用于對(duì)電流采樣電阻8兩端上的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。信號(hào)放大及電流采樣電路2有兩個(gè)輸出端，一端與電壓比較器和恢復(fù)控制電路3相連接，一端接至單片機(jī)12的A/D 口，用于電流采集。電壓比較器和恢復(fù)控制電路3有一個(gè)輸入端、一個(gè)控制端和兩個(gè)輸出端，輸入端與信號(hào)放大及電流采樣電路2輸出端相連，控制端與單片機(jī)12的I/O 口相連，輸出端一端與驅(qū)動(dòng)控制電路11控制端相接，另一端與狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路4相連。狀態(tài)檢測(cè)電路4的輸出端與單片機(jī)12的I/O 口相連。
[0014]圖2中虛線框內(nèi)的電路是圖1中相對(duì)應(yīng)電路模塊的具體實(shí)施例，圖2中帶有標(biāo)號(hào)的元器件是圖1中相對(duì)應(yīng)元器件的具體實(shí)施例，標(biāo)號(hào)一致。
[0015]如圖2所示:所述的信號(hào)放大及電流采樣電路2的輸入端一端連接在電流采樣電阻8的右側(cè)，一端與電流采樣電阻8的左側(cè)相連，電流采樣電阻8與蓄電池地端同電位。所述的信號(hào)放大及電流采樣電路2包括一片運(yùn)算放大器集成芯片U1A、八個(gè)電阻和兩個(gè)電容。其中電阻R21、R22和電容C21構(gòu)成濾波限流電路，用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波抗干擾處理；電阻R23、R25和運(yùn)算放大器UlA構(gòu)成了同相比例放大電路，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大處理；電阻R26、R27和電容C22構(gòu)成了分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，用來對(duì)放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整，送至單片機(jī)12的A/D 口進(jìn)行處理。電阻R28、R29和電容C23也構(gòu)成了分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，用來對(duì)放大倍數(shù)調(diào)整，送至電壓比較器和恢復(fù)控制電路3進(jìn)行處理。本實(shí)施例所采用的運(yùn)放放大器芯片UlA型號(hào)為L(zhǎng)M258。
[0016]所述的電壓比較器和恢復(fù)控制電路3包括一片運(yùn)算放大器集成芯片U1B、五個(gè)電阻、兩個(gè)二極管和一個(gè)NPN型三極管。其中，電阻R31、R32和運(yùn)算放大器UlB組成了電壓比較器，電阻R31和R32構(gòu)成了電壓比較器的闕值基準(zhǔn)電壓電路連接至運(yùn)算放大器UlB的反向輸入端。電阻R33、R34、二極管D31和三極管Q31構(gòu)成恢復(fù)控制電路，R34為限流電阻，一端與單片機(jī)12的I/O 口相連接，另一端連接至三極管Q31的基極端，三極管Q31的發(fā)射極接蓄電池地端，集電極連接至運(yùn)算放大器UlB的同向輸入端，運(yùn)算放大器UlB的輸出端與二極管D31相連，二極管D31與電阻R34相連接至三極管Q31的集電極。運(yùn)算放大器UlB的輸出端通過限流電阻R35和二極管D32連接至驅(qū)動(dòng)控制電路11的控制端。本實(shí)施例中所采用的運(yùn)放放大器芯片UlB型號(hào)為L(zhǎng)M258，所采用的NPN型三極管Q31型號(hào)為9013，所采用的二極管D31和D32型號(hào)為IN4148。
[0017]所述的狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路4包括一片NPN型三極管Q41、兩個(gè)電阻R41和R42。限流電阻R41的一端與運(yùn)算放大器UlB的輸出端相連，另一端連接至三極管Q41的基極端，限流電阻R42的一端接電源，一端連接至三極管Q41的集電極端，三極管Q41的集電極連接至單片機(jī)12的I/O 口，發(fā)射極接蓄電池地端。本實(shí)施例中所采用的NPN型三極管Q41型號(hào)為9013o
[0018]所述的驅(qū)動(dòng)控制電路11包括兩個(gè)NPN型三極管、兩個(gè)二極管和三個(gè)電阻。其中二極管D12的負(fù)極和三極管Q12的集電極接在N溝道MOSFET開關(guān)管9的柵極處，二極管D12的正極和三極管Q12的發(fā)射極接在蓄電池地端。三極管Q12的集電極與限流電阻R13—端相連，電阻R13的另一端接在正極主線路6上，三極管Q12的基極與二極管Dll的負(fù)極相連，二極管Dll的正極與三極管Qll和限流電阻R12的一端相連，限流電阻R12的另一端接在正極主線路6上。三極管Qll的基極與電阻Rll的一端相連接，電阻Rll的另一端與單片機(jī)12的I/O 口相連接。本實(shí)施例中所采用的NPN型三極管Qll和Q12型號(hào)為9013，所采用的二極管Dll和D12型號(hào)為ΙΝ4148。
[0019]通過上述電路設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型的工作原理為:太陽(yáng)能光伏控制器正常工作時(shí)，蓄電池5通過正極主線路6和負(fù)極主線路7為負(fù)載10供電，在負(fù)極主線路7上串有一個(gè)采樣電阻8和一個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管9，當(dāng)蓄電池5電壓低于過放門限電壓時(shí)，單片機(jī)12可通過驅(qū)動(dòng)控制電路11控制N溝道MOSFET開關(guān)管9斷開負(fù)極主線路，蓄電池5停止對(duì)負(fù)載10供電，從而有效對(duì)蓄電池5進(jìn)行過放保護(hù)。
[0020]當(dāng)太陽(yáng)能光伏控制器受到惡劣復(fù)雜環(huán)境影響發(fā)生負(fù)載10輸入端或放電線路短路，導(dǎo)致蓄電池5放電電流突然過大時(shí)，此時(shí)會(huì)在負(fù)極主線路7上的采樣電阻8上形成一個(gè)大電壓降信號(hào)，這個(gè)大電壓降信號(hào)通過信號(hào)放大和電流采集電路2進(jìn)行放大后一方面交給單片機(jī)12內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理，單片機(jī)12通過運(yùn)算處理可以實(shí)時(shí)計(jì)算出負(fù)極主線路上的電流大小，另一方面交給電壓比較器和恢復(fù)控制電路3進(jìn)行電壓比較，大電壓降信號(hào)比闕值基準(zhǔn)電壓大，電壓比較器輸出高電平，而電壓比較器輸出端與驅(qū)動(dòng)控制電路11的控制端相連，當(dāng)驅(qū)動(dòng)控制電路11的控制端為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制電路11會(huì)控制N溝道MOSFET開關(guān)管9斷開負(fù)極主線路，從而有效防止蓄電池和放電線路因放電電流過大而被燒壞。
[0021]同時(shí)單片機(jī)12開啟內(nèi)部計(jì)時(shí)，在過流保護(hù)間隔一段固定時(shí)間后，采用I/O 口控制恢復(fù)控制電路使得電壓比較器輸出端為低電平，電壓比較器輸出端與驅(qū)動(dòng)控制電路11的控制端相連，當(dāng)驅(qū)動(dòng)控制電路11的控制端為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制電路11會(huì)控制N溝道MOSFET開關(guān)管9導(dǎo)通，蓄電池5恢復(fù)對(duì)負(fù)載10供電，負(fù)極主線路7上重新有電流流過，在采樣電阻8上形成電壓降信號(hào)，電壓降信號(hào)通過信號(hào)放大和電流采集電路2進(jìn)行放大后交給電壓比較器和恢復(fù)控制電路3進(jìn)行電壓比較，當(dāng)電壓降信號(hào)大于闕值基準(zhǔn)電壓時(shí)，表明負(fù)極主線路7上的電流仍然過大，超過了額定電流值，電壓比較器輸出高電平，驅(qū)動(dòng)控制電路11仍舊會(huì)控制N溝道MOSFET開關(guān)管9斷開負(fù)極主線路，防止蓄電池和放電線路因放電電流過大而被燒壞。單片機(jī)12再次間隔一定固定時(shí)間后，采用I/O 口控制恢復(fù)控制電路使得電壓比較器輸出端為低電平，使得N溝道MOSFET開關(guān)管9再次導(dǎo)通，再次進(jìn)行電壓比較來確定主線路上的電流是否超過額定電流。
[0022]當(dāng)電壓降信號(hào)小于闕值基準(zhǔn)電壓時(shí)，表明負(fù)極主線路7上的電流沒有超過額定電流值，電壓比較器輸出低電平，驅(qū)動(dòng)控制電路11會(huì)控制N溝道MOSFET開關(guān)管9導(dǎo)通，蓄電池5恢復(fù)對(duì)負(fù)載10供電。此時(shí)，單片機(jī)12撤銷內(nèi)部計(jì)時(shí)。太陽(yáng)能光伏控制器恢復(fù)正常工作。單片機(jī)12可通過狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路4感測(cè)電壓比較器的輸出電平，從而確定太陽(yáng)能光伏控制器是否處于過流保護(hù)狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)能光伏控制器用的過流保護(hù)及啟動(dòng)恢復(fù)電路，包括蓄電池(5)和負(fù)載(10)，其特征在于:蓄電池(5)的正極主線路(6)與負(fù)載(10)正極連接，蓄電池(5)負(fù)極主線路(7 )串連電流采樣電阻(8 )和N溝道MOSFET開關(guān)管(9 )連接負(fù)載(IO )的負(fù)極，信號(hào)放大及電流采集電路(2 )的輸入端連接電流采樣電阻(8 )的兩端，信號(hào)放大及電流采集電路(2 )的兩個(gè)輸出端其中一端與電壓比較器和恢復(fù)控制電路(3)連接，另一端連接單片機(jī)(12)的A/D端口，單片機(jī)(12)的兩個(gè)I/O端分別通過線路與電壓比較器和恢復(fù)控制電路(3)以及驅(qū)動(dòng)控制電路(11)串連構(gòu)成循環(huán)連接，狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路(4)的兩端分別連接電壓比較器和恢復(fù)控制電路(3)和單片機(jī)(12)的I/O端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光伏控制器用的過流保護(hù)及啟動(dòng)恢復(fù)電路，其特征在于:所述的電壓比較器和恢復(fù)控制電路(3)由一片運(yùn)算放大器集成芯片U1B、五個(gè)電阻、兩個(gè)二極管和一個(gè)NPN型三極管組成，電阻R31、R32和運(yùn)算放大器UlB組成了電壓比較器，電阻R31和R32構(gòu)成了電壓比較器的闕值基準(zhǔn)電壓電路，并連接至運(yùn)算放大器UlB的反向輸入端，電阻R33、R34、二極管D31和三極管Q31構(gòu)成恢復(fù)控制電路，R34電阻的一端與單片機(jī)(12)的I/O 口相連接，另一端連接至三極管Q31的基極端，三極管Q31的發(fā)射極接蓄電池地端，集電極連接至運(yùn)算放大器UlB的同向輸入端，運(yùn)算放大器UlB的輸出端與二極管D31相連，二極管D31與電阻R34相連接至三極管Q31的集電極，運(yùn)算放大器UlB的輸出端通過限流電阻R35和二極管D32連接至驅(qū)動(dòng)控制電路(11)的控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光伏控制器用的過流保護(hù)及啟動(dòng)恢復(fù)電路，其特征在于:所述的狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路(4)由一片NPN型三極管Q41、兩個(gè)電阻R41和R42組成，限流電阻R41的一端與運(yùn)算放大器UlB的輸出端相連，另一端連接至三極管Q41的基極端，限流電阻R42的一端接電源，一端連接至三極管Q41的集電極端，三極管Q41的集電極連接至單片機(jī)(12)的I/O 口，發(fā)射極接蓄電池地端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光伏控制器用的過流保護(hù)及啟動(dòng)恢復(fù)電路，其特征在于:所述的驅(qū)動(dòng)控制電路(11)由兩個(gè)NPN型三極管、兩個(gè)二極管和三個(gè)電阻組成，其中二極管D12的負(fù)極和三極管Q12的集電極接在N溝道MOSFET開關(guān)管(9)的柵極處，二極管D12的正極和三極管Q12的發(fā)射極接在蓄電池地端，三極管Q12的集電極與限流電阻R13 —端相連，電阻R13的另一端接在正極主線路(6)上，三極管Q12的基極與二極管Dll的負(fù)極相連，二極管Dll的正極與三極管Qll和限流電阻R12的一端相連，限流電阻R12的另一端接在正極主線路(6)上，三極管Qll的基極與電阻Rll的一端相連接，電阻Rll的另一端與單片機(jī)(12)的I/O 口相連接。
【文檔編號(hào)】H02H7/00GK203608156SQ201320840893
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】盛榮 申請(qǐng)人:湖北歌潤(rùn)新能源有限責(zé)任公司