CN105515159A - 一种太阳能控制器电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能控制器电源电路，包括电源模块、开关模块和控制模块，电源模块设有光伏板输入和蓄电池输入两个输入源，蓄电池输入通过开关模块连接到电源模块，初始状态下开关模块处于断开状态，电源模块为控制模块提供工作电源，控制模块控制开关模块的闭合与断开，控制模块检测蓄电池电压值和负载情况。采用本发明的太阳能控制器电源电路的控制器，在不工作时控制器自动切断其与蓄电池的连接，可长时间放置存储，并且当控制器检测到蓄电池欠压亏电时会自动切断其与蓄电池的连接，不消耗蓄电池电量，可有效延长蓄电池寿命。

Description

一种太阳能控制器电源电路
技术领域
本发明涉及光伏领域，尤其涉及一种太阳能控制器电源电路。
背景技术
随着光伏技术的发展，对太阳能的利用已被广泛应用于各种领域，最常见的就是使用太阳能板为蓄电池进行充电，以将太阳能转化为电能并用蓄电池进行存储，再利用蓄电池给其他用电设备进行供电。其中用于储能的蓄电池比较常见的种类有铅酸蓄电池、胶体蓄电池和锂离子蓄电池等。而随着锂离子电池技术的发展，由于其能量密度高，与铅酸蓄电池和胶体蓄电池相比，其在同等容量的情况下具有体积小的优势，锂离子蓄电池越来越多地被应用到光伏LED照明***，并且将锂离子蓄电池与控制器集成为一体，行业内称之为“储控单元”。由于蓄电池和控制器被集成为一体，控制器一直接在蓄电池上，消耗蓄电池的电量，放置一段时间后便要对蓄电池进行充电。目前市场上的控制器的静态功耗多数在10mA左右，按10mA计算，一天消耗240mAH，100天消耗24AH，对于一个标称容量24AH的蓄电池，超过三个月不进行充电其电量就基本消耗尽，时间再长就会大大缩短蓄电池的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是设计一种不消耗蓄电池电量的控制器，解决现有的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的太阳能控制器电源电路包括电源模块、开关模块和控制模块，所述电源模块设有光伏板输入和蓄电池输入两个输入源，蓄电池输入通过开关模块连接到电源模块，初始状态下开关模块处于断开状态，所述电源模块为控制模块提供工作电源，所述控制模块控制开关模块的闭合与断开。
进一步的，所述控制模块通过电压检测电路检测蓄电池电压值，通过空载判断电路检测负载情况。
进一步的，所述控制模块为MCU（MicrocontrollerUnit，微控制单元，又称单片微型计算机或者单片机）。
进一步的，所述电源模块包括NPN三极管Q3、电阻R3、稳压二极管ZD1、滤波电容C2、PNP三极管Q4、电阻R4、NPN三极管Q5、电阻R5、稳压二极管ZD2、二极管D1、三端稳压器VR1、滤波电容C3；
其中，NPN三极管Q3、电阻R3和稳压二极管ZD1构成稳压电路，电阻R3连接NPN三极管Q3的集电极和基极，稳压二极管ZD1负极与NPN三极管Q3的基极相连，正极接地，NPN三极管Q3的发射极与三端稳压器VR1的输入端连接；
NPN三极管Q5、电阻R5和稳压二极管ZD2构成稳压电路，电阻R5连接NPN三极管Q5的集电极和基极，稳压二极管ZD2负极与NPN三极管Q5的基极相连，正极接地，NPN三极管Q5的发射极与三端稳压器VR1的输入端连接；
PNP三极管Q4的发射极与光伏板的正极连接，集电极与NPN三极管Q5的集电极连接，基极与光伏板负极通过电阻R4连接，二极管D1负极与光伏板负极相连，正极接地；
三端稳压器VR1的接地端接地，三端稳压器VR1的输入端和接地端并联有滤波电容C2，起到输入端滤波作用，三端稳压器VR1的输出端和接地端并联有滤波电容C3，起到输出端滤波作用；
所述开关模块包括PNP三极管Q1、NPN三极管Q2、电阻R1、电阻R2；
其中，PNP三极管Q1的发射极与蓄电池正极连接，PNP三极管Q1的基极与NPN三极管Q2的集电极通过电阻R1连接，NPN三极管Q2的基极通过电阻R2与控制模块的输出端连接，NPN三极管Q2的发射极与蓄电池的负极连接；
所述开关模块的PNP三极管Q1的集电极与电源模块的NPN三极管Q3的集电极连接，所述控制模块由电源模块的三端稳压器VR1的输出端供电。
进一步的，开关模块还包括电容C4、电阻R6、电阻R7和NPN三极管Q6，蓄电池的正极和负极间串联有电容C4和电阻R7，电容C4与蓄电池的正极相连，NPN三极管Q6的集电极与NPN三极管Q2的集电极连接，NPN三极管Q6的发射极与蓄电池的负极连接，电阻R6一端与NPN三极管Q6的基极连接，另一端与电阻R7连接电容C4的一端连接。这样的好处在于，单独接上蓄电池时，采用本发明的电源电路的控制器可以进入工作状态，既符合一般的使用习惯，又能在负载开路达到一定时间和蓄电池欠压等情况下切断蓄电池的输入从而保护蓄电池。
进一步的，电源模块的光伏板负极和电阻R4之间连接有稳压二极管ZD3，稳压二极管ZD3的负极与电阻R4连接，稳压二极管ZD3的正极连接在二极管D1与光伏板负极的连接线上。这样的好处在于：光伏板端施加电压必须高于稳压二极管ZD3的稳压值时才能使PNP三极管Q4导通，可避免信号的干扰而误打开，提高了该电路的可靠性。
本发明的太阳能控制器电源电路的工作方式为：
初始状态下开关模块处于断开状态，当仅有蓄电池输入时，在开关模块不包括电容C4、电阻R6、电阻R7和NPN三极管Q6的情况下，由于开关模块处于断开状态，电源模块不能得电工作，从而不能为控制模块提供工作电源，控制模块无法工作；在开关模块包括电容C4、电阻R6、电阻R7和NPN三极管Q6的情况下，由于蓄电池电压通过电阻R7为电容C4充电，在电容C4未充满时，其与R7相连的一端为高电平，可使NPN三极管Q6导通，从而使PNP三极管Q1导通，从而蓄电池可以为电源模块供电，从而控制模块可以得电工作，控制模块控制信号输出高电平使NPN三极管Q2导通，当电容C4充满电后其与R7相连的一端为低电平不能使NPN三极管Q6导通，但由于此时控制模块已经工作并使NPN三极管Q2导通，从而使PNP三极管Q1导通，蓄电池仍能为电源模块供电而维持控制模块继续工作。这样的好处在于，单独接上蓄电池时，采用本发明的电源电路的控制器可以进入工作状态，既符合一般的使用***使得NPN三极管Q2截止，从而使得PNP三极管Q1截止，此时电容C4充满电，其与R7相连的一端为低电平不能使NPN三极管Q6导通，此时控制模块无法工作。
当蓄电池和光伏板两个输入源同时输入时，光伏板输入使电源模块得电工作，电源模块为控制模块提供工作电源，控制模块工作后输出控制信号使开关模块处于闭合状态，蓄电池为电源模块供电，此时即使光伏板输入撤离，由于开关模块被打开，蓄电池输入可持续向电源模块供电，电源模块继续为控制模块提供工作电源。
本发明的太阳能控制器电源电路在具体应用到太阳能控制器中时，可加入蓄电池电压检测电路和空载判断电路，蓄电池电压检测电路和空载判断电路均与控制模块连接，当控制模块接到电压检测电路检测到蓄电池处于欠压亏电反馈信号或者控制模块接到空载判断电路检测到空载一定时间的反馈信号时，控制模块输出低电平使得NPN三极管Q2截止，从而使得PNP三极管Q1截止，使得开关模块处于断开状态，电源模块无法为控制模块供电，因此控制模块无法工作，此时控制模块处于失电状态，不消耗蓄电池电量。要使电源模块重新得电工作，必须将光伏板输入源重新为电源模块供电。
本发明的有益效果：采用本发明所述的太阳能控制器电源电路的控制器，在闲置状态下控制模块无法得电工作，不消耗蓄电池电量，可长时间放置存储，只有在工程安装使用时，将光伏板接到控制器上，光伏板的电压可使控制器开启工作。本发明的又一有益之处在于，当蓄电池欠压亏电时，采用本发明所述的电源电路的控制器可断开蓄电池供电，使控制器处于失电状态，不消耗蓄电池电量，可有效延长蓄电池寿命，而普通控制器只能控制蓄电池停止向负载供电，控制器本身仍然处于工作状态，仍在消耗蓄电池电量。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为太阳能控制器电源电路的结构框图；
图2为实施例1中的太阳能控制器电源电路；
图3为实施例2中的太阳能控制器电源电路；
图4为实施例3中的太阳能控制器电源电路；
图5为实施例4中的太阳能控制器电源电路。
具体实施方式
实施例1
结合图1和图2，本发明的太阳能控制器电源电路包括电源模块、开关模块和控制模块，所述电源模块设有光伏板输入和蓄电池输入两个输入源，蓄电池输入通过开关模块连接到电源模块，开关模块连接在蓄电池正极，初始状态下开关模块处于断开状态，所述电源模块为控制模块提供工作电源，所述控制模块控制开关模块的闭合与断开。所述控制模块通过电压检测电路检测蓄电池电压值，通过空载判断电路检测负载情况。本实施例中，控制模块为MCU。
初始状态下开关模块处于断开状态，当仅有蓄电池输入时，由于开关模块处于断开状态，电源模块不能得电工作，从而不能为控制模块MCU提供工作电源，当蓄电池和光伏板两个输入源同时输入时，光伏板输入使电源模块得电工作，电源模块为控制模块MCU提供工作电源，控制模块MCU得电工作后输出控制信号使开关模块处于闭合状态，蓄电池为电源模块供电，此时即使光伏板输入撤离，由于开关模块被打开，蓄电池输入可持续向电源模块供电，电源模块继续为控制模块MCU提供工作电源。
如图2所示，为本实施例的太阳能控制器电源电路的示意图，所述电源模块包括NPN三极管Q3、电阻R3、稳压二极管ZD1、滤波电容C2、PNP三极管Q4、电阻R4、NPN三极管Q5、电阻R5、稳压二极管ZD2、二极管D1、三端稳压器VR1、滤波电容C3；
电源模块中，NPN三极管Q3、电阻R3和稳压二极管ZD1构成稳压电路，电阻R3连接NPN三极管Q3的集电极和基极，稳压二极管ZD1负极与NPN三极管Q3的基极相连，正极接地，NPN三极管Q3的发射极与三端稳压器VR1的输入端连接；
NPN三极管Q5、电阻R5和稳压二极管ZD2构成稳压电路，电阻R5连接NPN三极管Q5的集电极和基极，稳压二极管ZD2负极与NPN三极管Q5的基极相连，正极接地，NPN三极管Q5的发射极与三端稳压器VR1的输入端连接；
PNP三极管Q4的发射极与光伏板的正极连接，集电极与NPN三极管Q5的集电极连接，基极与光伏板负极通过电阻R4连接，二极管D1负极与光伏板负极相连，正极接地；
三端稳压器VR1的接地端接地，三端稳压器VR1的输入端和接地端并联有滤波电容C2，起到输入端滤波作用，三端稳压器VR1的输出端和接地端并联有滤波电容C3，起到输出端滤波作用；
所述开关模块包括PNP三极管Q1、NPN三极管Q2、电阻R1、电阻R2；
开关模块中，PNP三极管Q1的发射极与蓄电池正极连接，PNP三极管Q1的基极与NPN三极管Q2的集电极通过电阻R1连接，NPN三极管Q2的基极通过电阻R2与控制模块MCU的输出端连接，NPN三极管Q2的发射极与蓄电池的负极连接；
所述开关模块的PNP三极管Q1的集电极与电源模块的NPN三极管Q3的集电极连接，所述控制模块MCU由电源模块的三端稳压器VR1的输出端供电。
本实施例的太阳能控制器电源电路的工作方式为：
当仅在蓄电池端施加电压时，由于控制模块MCU未能得电，无法工作，NPN三极管Q2的基极处于浮空状态，不能导通，从而PNP三极管Q1不能导通，整个电源电路处于截止状态，不消耗蓄电池电量；
当光伏板端也施加电压时，PNP三极管Q4的1脚和2脚之间形成基极电流而导通，NPN三极管Q5、电阻R5、稳压二极管ZD2构成稳压电路，输出稳定电压VDD，VDD为三端稳压器VR1供电，三端稳压器VR1输出稳定电压VCC，VCC为控制模块MCU供电，控制模块MCU得电后通过其输出端U1输出高电平，使NPN三极管Q2导通，从而使PNP三极管Q1的1脚和2脚之间形成基极电流，从而使PNP三极管Q1导通，NPN三极管Q3、电阻R3、稳压二极管ZD1构成稳压电路，输出稳定电压VDD，VDD为三端稳压器VR1供电，三端稳压器VR1输出稳定电压VCC，VCC为控制模块MCU供电，此时蓄电池端电压和光伏板端电压都可以使电源模块得电工作，此时即使将光伏板施加电压撤离，电源模块仍可从蓄电池端获得输入电压进行工作。
优选地，本实施例的太阳能控制器电源电路在具体应用到太阳能控制器中时，可加入蓄电池电压检测电路和空载判断电路，蓄电池电压检测电路和空载判断电路均与控制模块MCU连接，电压检测电路和空载判断电路为本领域常用电路，在此不再具体描述。当控制模块MCU接到电压检测电路检测到蓄电池处于欠压亏电反馈信号或者控制模块MCU接到空载判断电路检测到空载一定时间的反馈信号时，控制模块MCU输出低电平使得NPN三极管Q2截止，从而使得PNP三极管Q1截止，使得开关模块处于断开状态，电源模块无法为控制模块MCU供电，因此控制模块MCU无法工作，此时控制模块MCU处于失电状态，不消耗蓄电池电量。本实施例优选的，当负载开路5分钟后，控制模块MCU通过其输出端输出低电平使开关模块处于断开状态。只有在光伏板端再次施加电压，电源模块才能恢复工作。
采用本实施例所述的太阳能控制器电源电路的控制器，当仅有蓄电池与控制器相连时，控制器无法得电工作，不消耗蓄电池电量，可长时间放置存储，只有在工程安装使用时，将光伏板接到控制器上，光伏板的电压可使控制器开启工作。另外，控制模块MCU检测到蓄电池欠压亏电时，控制模块MCU输出低电平使开关模块断开，从而断开蓄电池供电，使控制模块MCU处于失电状态，不再消耗蓄电池电量，可有效延长蓄电池寿命，而普通控制器只能控制蓄电池停止向负载供电，控制器本身仍然处于工作状态，仍在消耗蓄电池电量，会损害蓄电池。
实施例2
本实施例为一种优化的太阳能控制器电源电路的示意图，与实施例1的区别在于，本实施例的太阳能控制器电源电路的开关模块还包括电容C4、电阻R6、电阻R7和NPN三极管Q6，蓄电池的正极和负极间串联有电容C4和电阻R7，电容C4与蓄电池的正极相连，NPN三极管Q6的集电极与NPN三极管Q2的集电极连接，NPN三极管Q6的发射极与蓄电池的负极连接，电阻R6一端与NPN三极管Q6的基极连接，另一端与电阻R7连接电容C4的一端连接。
由于蓄电池电压通过电阻R7为电容C4充电，在电容C4未充满时，其与R7相连的一端为高电平，可使NPN三极管Q6导通，从而使PNP三极管Q1导通，从而蓄电池可以为电源模块供电，从而控制模块MCU可以得电工作，控制模块MCU控制信号输出高电平使NPN三极管Q2导通，当电容C4充满电后其与R7相连的一端为低电平不能使NPN三极管Q6导通，但由于此时控制模块MCU已经工作并使NPN三极管Q2导通，从而使PNP三极管Q1导通，蓄电池仍能为电源模块供电而维持控制模块MCU继续工作。这样的好处在于，单独接上蓄电池时，采用本发明的电源电路的控制器可以进入工作状态，既符合一般的使用***使得NPN三极管Q2截止，从而使得PNP三极管Q1截止，此时电容C4充满电，其与R7相连的一端为低电平不能使NPN三极管Q6导通，此时控制模块MCU无法工作。
当光伏板端也施加电压时，PNP三极管Q4的1脚和2脚之间形成基极电流而导通，NPN三极管Q5、电阻R5、稳压二极管ZD2构成稳压电路，输出稳定电压VDD，VDD为三端稳压器VR1供电，三端稳压器VR1输出稳定电压VCC，VCC为控制模块MCU供电，控制模块MCU得电后通过其输出端U1输出高电平，使NPN三极管Q2导通，从而使PNP三极管Q1的1脚和2脚之间形成基极电流，从而使PNP三极管Q1导通，NPN三极管Q3、电阻R3、稳压二极管ZD1构成稳压电路，输出稳定电压VDD，VDD为三端稳压器VR1供电，三端稳压器VR1输出稳定电压VCC，VCC为控制模块MCU供电，此时蓄电池端电压和光伏板端电压都可以使电源模块得电工作，此时即使将光伏板施加电压撤离，电源模块仍可从蓄电池端获得输入电压进行工作。
优选地，本实施例的太阳能控制器电源电路在具体应用到太阳能控制器中时，可加入蓄电池电压检测电路和空载判断电路，蓄电池电压检测电路和空载判断电路均与控制模块MCU连接，电压检测电路和空载判断电路为本领域常用电路，在此不再具体描述。当控制模块MCU接到电压检测电路检测到蓄电池处于欠压亏电反馈信号或者控制模块MCU接到空载判断电路检测到空载一定时间的反馈信号时，控制模块MCU输出低电平使得NPN三极管Q2截止，从而使得PNP三极管Q1截止，此时电容C4充满电，其与R7相连的一端为低电平不能使NPN三极管Q6导通，使得开关模块处于断开状态，电源模块无法为控制模块MCU供电，因此控制模块MCU无法工作，此时控制模块MCU处于失电状态，不消耗蓄电池电量。本实施例优选的，当负载开路5分钟后，控制模块MCU通过其输出端输出低电平使开关模块处于断开状态。只有在光伏板端再次施加电压，电源模块才能恢复工作。
本实施例的太阳能控制器电源电路与实施例1中的电源电路相比，改进点在于：单独接上蓄电池时，采用本实施例的电源电路的控制器可以进入工作状态，既符合一般的使用***使得NPN三极管Q2截止，从而使得PNP三极管Q1截止，此时电容C4充满电，其与R7相连的一端为低电平不能使NPN三极管Q6导通，此时控制模块MCU无法工作。
实施例3
结合图1和图4，本实施例为一种优化的太阳能控制器电源电路的示意图，与实施例1的区别在于，本实施例的太阳能控制器电源电路的电源模块的光伏板负极和电阻R4之间连接有稳压二极管ZD3，稳压二极管ZD3的负极与电阻R4连接，稳压二极管ZD3的正极连接在二极管D1与光伏板负极的连接线上。这样的好处在于：光伏板端施加电压必须高于稳压二极管ZD3的稳压值时才能使PNP三极管Q4导通，可避免信号的干扰而误打开，提高了该电路的可靠性。其他工作过程与实施例1中电路的工作过程一致，在此不再赘述。
实施例4
结合图1和图5，本实施例为一种优化的太阳能控制器电源电路的示意图，与实施例2的区别在于，本实施例的太阳能控制器电源电路的电源模块的光伏板负极和电阻R4之间连接有稳压二极管ZD3，稳压二极管ZD3的负极与电阻R4连接，稳压二极管ZD3的正极连接在二极管D1与光伏板负极的连接线上。这样的好处在于：光伏板端施加电压必须高于稳压二极管ZD3的稳压值时才能使PNP三极管Q4导通，可避免信号的干扰而误打开，提高了该电路的可靠性。其他工作过程与实施例2中电路的工作过程一致，在此不再赘述。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种太阳能控制器电源电路，其特征在于：包括电源模块、开关模块和控制模块，所述电源模块设有光伏板输入和蓄电池输入两个输入源，蓄电池输入通过开关模块连接到电源模块，初始状态下开关模块处于断开状态，所述电源模块为控制模块提供工作电源，所述控制模块控制开关模块的闭合与断开。
2.根据权利要求1所述的太阳能控制器电源电路，其特征在于：所述控制模块通过电压检测电路检测蓄电池电压值，通过空载判断电路检测负载情况。
3.根据权利要求1所述的太阳能控制器电源电路，其特征在于：所述控制模块为MCU。
4.根据权利要求1所述的太阳能控制器电源电路，其特征在于：
所述电源模块包括NPN三极管Q3、电阻R3、稳压二极管ZD1、滤波电容C2、PNP三极管Q4、电阻R4、NPN三极管Q5、电阻R5、稳压二极管ZD2、二极管D1、三端稳压器VR1、滤波电容C3；
其中，NPN三极管Q3、电阻R3和稳压二极管ZD1构成稳压电路，电阻R3连接NPN三极管Q3的集电极和基极，稳压二极管ZD1负极与NPN三极管Q3的基极相连，正极接地，NPN三极管Q3的发射极与三端稳压器VR1的输入端连接；
NPN三极管Q5、电阻R5和稳压二极管ZD2构成稳压电路，电阻R5连接NPN三极管Q5的集电极和基极，稳压二极管ZD2负极与NPN三极管Q5的基极相连，正极接地，NPN三极管Q5的发射极与三端稳压器VR1的输入端连接；
PNP三极管Q4的发射极与光伏板的正极连接，集电极与NPN三极管Q5的集电极连接，基极与光伏板负极通过电阻R4连接，二极管D1负极与光伏板负极相连，正极接地；
三端稳压器VR1的接地端接地，三端稳压器VR1的输入端和接地端并联有滤波电容C2，三端稳压器VR1的输出端和接地端并联有滤波电容C3；
所述开关模块包括PNP三极管Q1、NPN三极管Q2、电阻R1、电阻R2；
其中，PNP三极管Q1的发射极与蓄电池正极连接，PNP三极管Q1的基极与NPN三极管Q2的集电极通过电阻R1连接，NPN三极管Q2的基极通过电阻R2与控制模块的输出端连接，NPN三极管Q2的发射极与蓄电池的负极连接；
所述开关模块的PNP三极管Q1的集电极与电源模块的NPN三极管Q3的集电极连接，所述控制模块由电源模块的三端稳压器VR1的输出端供电。
5.根据权利要求4所述的太阳能控制器电源电路，其特征在于：开关模块还包括电容C4、电阻R6、电阻R7和NPN三极管Q6，蓄电池的正极和负极间串联有电容C4和电阻R7，电容C4与蓄电池的正极相连，NPN三极管Q6的集电极与NPN三极管Q2的集电极连接，NPN三极管Q6的发射极与蓄电池的负极连接，电阻R6一端与NPN三极管Q6的基极连接，另一端与电阻R7连接电容C4的一端连接。
6.根据权利要求4或5所述的太阳能控制器电源电路，其特征在于：所述电源模块的光伏板负极和电阻R4之间连接有稳压二极管ZD3，所述稳压二极管ZD3的负极与电阻R4连接，稳压二极管ZD3的正极连接在二极管D1与光伏板负极的连接线上。
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