CN110460142A - 一种太阳能供电电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能供电电路及其控制方法，包括：第一供电电路、第二供电电路、直流母线，所述第一供电电路连接直流母线和第二供电电路，以给所述直流母线供电以及给第二供电电路充电，所述第二供电电路连接直流母线，以给直流母线供电；所述第一供电电路与所述第二供电电路之间还设置检测电路，所述检测电路分别检测第一供电电路的第一供电电压和所述第二供电电路的第二供电电压，确定所述第一供电电压和第二供电电压之间差值，根据所述差值控制所述第一供电电路的输出电压。本发明能够进行多路直流供电，及时存储太阳能的电能，并根据存储的电能和输出值稳定太阳能的输出值，能够稳定的提供直流输出。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，具体而言，涉及一种太阳能供电电路及其控制方法。
背景技术
现有技术中，太阳能电池作为新能源的主要设备之一，在一定程度上，由于其清洁性，体积较合适，得到的了广泛的应用，但是，太阳能电池需要依靠太阳能，其最大的缺点就是不稳定，现有技术中，为了保持对负载供电的稳定，一般通过电池作为辅助的方式进行供电，当太阳能直接供电时，通过调节变换装置使其输出的电压保持稳定。然而，目前的方式是在调节过程中不停歇的检测太阳能产生的电压。但是虽然其不稳定，但是在日照较好的状态下，如夏天的中午时段，其日照稳定，产生的电能也相对比较稳定，或者在冬天时，虽然日照强度不够，但是其在一天中仍然有稳定输出的时候，如何在太阳能稳定输出时，减少对太阳能电池输出的调整，以及如何协调太阳能和电池之间的供电，这是提高太阳能供电寿命的难点，也是维持太阳能供电稳定性的难题。
发明内容
本发明提出了一种太阳能供电电路，包括：第一供电电路、第二供电电路、直流母线，所述第一供电电路连接直流母线和第二供电电路，以给所述直流母线供电以及给第二供电电路充电，所述第二供电电路连接直流母线，以给直流母线供电；所述第一供电电路与所述第二供电电路之间还设置检测电路，所述检测电路分别检测第一供电电路的第一供电电压和所述第二供电电路的第二供电电压，确定所述第一供电电压和第二供电电压之间差值，根据所述差值控制所述第一供电电路的输出电压。
所述的太阳能供电电路，所述第一供电电路包括太阳能电池、第一输出端口、第二输出端口、电压变换电路、第一控制电路；所述第一输出端口连接所述第二供电电路的输出端，所述第二输出端口连接所述直流母线；所述电压变换电路包括变压器T1、第一可控开关Q5、第一驱动电路，所述第一控制电路通过所述第一驱动电路控制所述第一可控开关，以调节变压器的开关频率，控制第二输出端口的电压保持稳定。
所述的太阳能供电电路，所述太阳能电池一输出端连接电感L1的一端，另一输出端接地，电感L1的另一端连接电容C1、电阻R3、变压器T1初级侧的一端，所述电容C1、电阻R3的另一端连接后与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极连接变压器T1初级侧的另一端，变压器T1的初级侧的另一端通过所述第一可控开关Q5连接可变电阻R4的一端，可变电阻R4的另一端接地；第一可控开关Q5的控制端连接所述第一驱动电路，所述第一驱动电路包括NPN三极管Q1、PNP三极管Q2。
所述的太阳能供电电路，所述检测电路包括比较器AR1、光耦U1、电阻R1、可变电阻R2、电阻R21、可变电阻R22；所述电阻R1一端连接太阳能电池的正端，电阻R1的另一端连接可变电阻R2的一端，可变电阻R2的另一端接地，所述电阻R1的另一端分别连接比较器AR1的负输入端和光耦U1输出侧的正极，所述电阻R21的一端连接比较器AR1的正输入端，电阻R21的另一端连接可变电阻R22的一端，可变电阻R22的另一端接地；比较器AR1的输出端连接光耦U1输出侧的正极，光耦U1的输入侧的负极接地，光耦U1的输出侧的负极连接所述第一控制电路的AD模数转换接口；所述检测电路通过调节可变电阻R2和可变电阻R22，控制第一供电电路和第二供电电路的分压比例，并将分压输入到比较器AR1中进行第一供电电路和第二供电电路的电压差值比较，当超过预设差值时，比较器AR1输出高电平给光耦U1，所述光耦U1发出信号控制输出侧导通，所述电阻R1的另一端连通道所述第一控制电路的AD模数转换接口，进行AD采样，所述第一控制电路根据AD采样的结果进行计算，并输出PWM信号到所述第一可控开关Q5。
所述的太阳能供电电路，所述第二供电电路包括电池、第二驱动电路、变压器T2、第二可控开关Q7、第二控制电路、第三输出端口；所述电池的正极分别连接第一供电电路的第二输出端口以及电阻R9、电容C3、电阻R10、变压器T2初级侧的一端，电阻R9的另一端分别连接所述第二驱动电路以及电容C7的一端、稳压二极管D6的阴极，所述电容C7的另一端、稳压二极管D6的阳极接地；所述第二驱动电路包括NPN三极管Q4、PNP三极管Q5、电阻R11，所述NPN三极管Q4的发射集和所述PNP三极管Q5的反射集的连接端连接所述电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端连接所述第二可控开关Q7的控制端，所述第二可控开关Q7的一非控制端连接变压器T2初级侧的另一端，所述第二可控开关Q7的另一非控制端连接电池的负极；所述第二控制电路通过输出端口输出控制信号到开关管Q6，通过控制开关管Q6控制所述第二驱动电路，所述第三输出端口连接所述直流母线，所述第三输出端口包括二极管D5、电容C4、电阻R12、电阻R13，所述二极管D5的阳极连接所述变压器次级侧的一端，所述二极管D5的阴极连接电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电阻R12的一端连接二极管D5的阴极，另一端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地，电阻R12的另一端连接第二控制电路的采样比较端口。
一种如上述任意一项所述太阳能供电电路的供电控制方法，包括如下步骤：
初始化，启动供电电路；
检测第一供电电路和第二供电电路之间的电压差值；
判断差值是否大于一预设差值；
如果是，则采集第一供电电路中太阳能电池的电压，进行模数转换，根据模数转换的结果进行计算处理，得出控制命令，控制第一供电电路中电压变换电路中的开关频率以维持输出电压的稳定；
如果否，则按照预设的开关频率控制电压输出。
所述的控制方法，所述初始化，启动供电电路具体包括：检测启动时的太阳能初始电压状态，根据所述太阳能初始电压状态生成开关频率初始控制值，并根据所述开关频率初始控制值控制第二输出端口的输出电压值。
所述的控制方法，所述直流母线连接直流负载。
本发明所取得的有益技术效果是：本发明能够进行多路直流供电，及时存储太阳能的电能，并根据存储的电能和输出值稳定太阳能的输出值，能够稳定的提供直流输出。本发明能够根据进行多路输出，并根据输出到后一级的电压值与太阳能电池之间的电压差值，确定是否启动调整开关频率，解决了现有技术中一直进行开关频率调节，缓解了控制电路一直计算带来的发热，以及开关电路不断变换控制频率带来的开关损耗；作为本发明的主要改进点之一是，通过太阳能实现两级供电，既能够直接进行直流供电，由能够通过变换电路给后一级的电路充电，通过充电实现电能存储实现间接供电，能够及时调节太阳能发电过程中电能过多的情况，在电能过多时进行存储，在电能不足时，通过电池进行供电；作为本发明的另一改进点是，通过输入与输出之间的电压差值，确定是否启动太阳能电池的电压采集与检测，以此来减少开关频率的调节次数，延长电路的使用寿命。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明的一种太阳能供电电路的示意图。
图2是本发明的太阳能供电电路控制方法的示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明 ，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它***、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的***、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
如图1所示，为本发明提出了一种太阳能供电电路，包括：第一供电电路、第二供电电路、直流母线，所述第一供电电路连接直流母线和第二供电电路，以给所述直流母线供电以及给第二供电电路充电，所述第二供电电路连接直流母线，以给直流母线供电；所述第一供电电路与所述第二供电电路之间还设置检测电路，所述检测电路分别检测第一供电电路的第一供电电压和所述第二供电电路的第二供电电压，确定所述第一供电电压和第二供电电压之间差值，根据所述差值控制所述第一供电电路的输出电压。
所述的太阳能供电电路，所述第一供电电路包括太阳能电池、第一输出端口、第二输出端口、电压变换电路、第一控制电路；所述第一输出端口连接所述第二供电电路的输出端，所述第二输出端口连接所述直流母线；所述电压变换电路包括变压器T1、第一可控开关Q5、第一驱动电路，所述第一控制电路通过所述第一驱动电路控制所述第一可控开关，以调节变压器的开关频率，控制第二输出端口的电压保持稳定。
所述的太阳能供电电路，所述太阳能电池一输出端连接电感L1的一端，另一输出端接地，电感L1的另一端连接电容C1、电阻R3、变压器T1初级侧的一端，所述电容C1、电阻R3的另一端连接后与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极连接变压器T1初级侧的另一端，变压器T1的初级侧的另一端通过所述第一可控开关Q5连接可变电阻R4的一端，可变电阻R4的另一端接地；第一可控开关Q5的控制端连接所述第一驱动电路，所述第一驱动电路包括NPN三极管Q1、PNP三极管Q2。
所述的太阳能供电电路，所述检测电路包括比较器AR1、光耦U1、电阻R1、可变电阻R2、电阻R21、可变电阻R22；所述电阻R1一端连接太阳能电池的正端，电阻R1的另一端连接可变电阻R2的一端，可变电阻R2的另一端接地，所述电阻R1的另一端分别连接比较器AR1的负输入端和光耦U1输出侧的正极，所述电阻R21的一端连接比较器AR1的正输入端，电阻R21的另一端连接可变电阻R22的一端，可变电阻R22的另一端接地；比较器AR1的输出端连接光耦U1输出侧的正极，光耦U1的输入侧的负极接地，光耦U1的输出侧的负极连接所述第一控制电路的AD模数转换接口；所述检测电路通过调节可变电阻R2和可变电阻R22，控制第一供电电路和第二供电电路的分压比例，并将分压输入到比较器AR1中进行第一供电电路和第二供电电路的电压差值比较，当超过预设差值时，比较器AR1输出高电平给光耦U1，所述光耦U1发出信号控制输出侧导通，所述电阻R1的另一端连通道所述第一控制电路的AD模数转换接口，进行AD采样，所述第一控制电路根据AD采样的结果进行计算，并输出PWM信号到所述第一可控开关Q5。
所述的太阳能供电电路，所述第二供电电路包括电池、第二驱动电路、变压器T2、第二可控开关Q7、第二控制电路、第三输出端口；所述电池的正极分别连接第一供电电路的第二输出端口以及电阻R9、电容C3、电阻R10、变压器T2初级侧的一端，电阻R9的另一端分别连接所述第二驱动电路以及电容C7的一端、稳压二极管D6的阴极，所述电容C7的另一端、稳压二极管D6的阳极接地；所述第二驱动电路包括NPN三极管Q4、PNP三极管Q5、电阻R11，所述NPN三极管Q4的发射集和所述PNP三极管Q5的反射集的连接端连接所述电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端连接所述第二可控开关Q7的控制端，所述第二可控开关Q7的一非控制端连接变压器T2初级侧的另一端，所述第二可控开关Q7的另一非控制端连接电池的负极；所述第二控制电路通过输出端口输出控制信号到开关管Q6，通过控制开关管Q6控制所述第二驱动电路，所述第三输出端口连接所述直流母线，所述第三输出端口包括二极管D5、电容C4、电阻R12、电阻R13，所述二极管D5的阳极连接所述变压器次级侧的一端，所述二极管D5的阴极连接电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电阻R12的一端连接二极管D5的阴极，另一端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地，电阻R12的另一端连接第二控制电路的采样比较端口。
第一控制电路、第二控制电路优选为DSP、ARM等控制器，包括ADC模数转换接口，能够输出PWM等控制信号，第二控制电路还包括电压比较单元，能够接收外部的信号，根据外部信号以及内部预设的参考电压进行电压比较。第一控制电路的第1脚为电源脚，能够通过电压变换电路VR1、VR2的输出的电压信号，电压变换电路VR1接收第一输出端口的高电压信号，转换为中电压信号分别输入到电压变换电路VR2和第一驱动电路，电压变换电路VR2输出给第一控制电路的第1脚，以给第一控制电路提供电源。所述中电压信号还给开关管Q3提供上拉电压，通过电阻R8对开关管Q3进行电压上拉。
所述第一控制电路第1脚为电源端，第3脚为AD采样端，第5脚为PWM信号输出端，第8脚为接地端，图中只是展示了部分引脚功能，可以选择具备上述功能的任意DSP或者ARM或者其他具备控制功能的控制芯片或者控制电路。其中，引脚只是示意方式，并不是一定需要按照上述引脚关系选择控制电路。
所述第二控制电路第1脚为输出端，能够提供输出控制信号，第2脚为电源端，第三脚为外部信号输入端，第4脚为参考电压设置端，第5脚和第8脚为接地端，第6脚和第7脚是偏置设置端。图中只是展示了部分引脚功能，可以选择具备上述功能的任意DSP或者ARM或者其他具备控制功能的控制芯片或者控制电路。可优选的是，第一控制电路和第二控制电路可以是同一控制芯片，如控制引脚较多的FPGA等。
所述电池BT1为锂离子电池。
如图2所示，是本发明的太阳能供电电路控制方法的示意图。
一种如上述任意一项所述太阳能供电电路的供电控制方法，包括如下步骤：
初始化，启动供电电路；
检测第一供电电路和第二供电电路之间的电压差值；
判断差值是否大于一预设差值；
如果是，则采集第一供电电路中太阳能电池的电压，进行模数转换，根据模数转换的结果进行计算处理，得出控制命令，控制第一供电电路中电压变换电路中的开关频率以维持输出电压的稳定；
如果否，则按照预设的开关频率控制电压输出。
所述的控制方法，所述初始化，启动供电电路具体包括：检测启动时的太阳能初始电压状态，根据所述太阳能初始电压状态生成开关频率初始控制值，并根据所述开关频率初始控制值控制第二输出端口的输出电压值。
所述的控制方法，所述直流母线连接直流负载。所述直流负载包括电动汽车，电池等，本发明可以优选使用在电动汽车的换电站，能够为电动汽车换点站提供稳定的直流供电电源。
本发明所取得的有益技术效果是：本发明能够进行多路直流供电，及时存储太阳能的电能，并根据存储的电能和输出值稳定太阳能的输出值，能够稳定的提供直流输出。本发明能够根据进行多路输出，并根据输出到后一级的电压值与太阳能电池之间的电压差值，确定是否启动调整开关频率，解决了现有技术中一直进行开关频率调节，缓解了控制电路一直计算带来的发热，以及开关电路不断变换控制频率带来的开关损耗；作为本发明的主要改进点之一是，通过太阳能实现两级供电，既能够直接进行直流供电，由能够通过变换电路给后一级的电路充电，通过充电实现电能存储实现间接供电，能够及时调节太阳能发电过程中电能过多的情况，在电能过多时进行存储，在电能不足时，通过电池进行供电；作为本发明的另一改进点是，通过输入与输出之间的电压差值，确定是否启动太阳能电池的电压采集与检测，以此来减少开关频率的调节次数，延长电路的使用寿命。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (8)
1.一种太阳能供电电路，其特征在于，包括：第一供电电路、第二供电电路、直流母线，所述第一供电电路连接直流母线和第二供电电路，以给所述直流母线供电以及给第二供电电路充电，所述第二供电电路连接直流母线，以给直流母线供电；所述第一供电电路与所述第二供电电路之间还设置检测电路，所述检测电路分别检测第一供电电路的第一供电电压和所述第二供电电路的第二供电电压，确定所述第一供电电压和第二供电电压之间差值，根据所述差值控制所述第一供电电路的输出电压。
2.如权利要求1所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述第一供电电路包括太阳能电池、第一输出端口、第二输出端口、电压变换电路、第一控制电路；所述第一输出端口连接所述第二供电电路的输出端，所述第二输出端口连接所述直流母线；所述电压变换电路包括变压器T1、第一可控开关Q5、第一驱动电路，所述第一控制电路通过所述第一驱动电路控制所述第一可控开关，以调节变压器的开关频率，控制第二输出端口的电压保持稳定。
3.如权利要求2所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述太阳能电池一输出端连接电感L1的一端，另一输出端接地，电感L1的另一端连接电容C1、电阻R3、变压器T1初级侧的一端，所述电容C1、电阻R3的另一端连接后与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极连接变压器T1初级侧的另一端，变压器T1的初级侧的另一端通过所述第一可控开关Q5连接可变电阻R4的一端，可变电阻R4的另一端接地；第一可控开关Q5的控制端连接所述第一驱动电路，所述第一驱动电路包括NPN三极管Q1、PNP三极管Q2。
4.如权利要求2所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述检测电路包括比较器AR1、光耦U1、电阻R1、可变电阻R2、电阻R21、可变电阻R22；所述电阻R1一端连接太阳能电池的正端，电阻R1的另一端连接可变电阻R2的一端，可变电阻R2的另一端接地，所述电阻R1的另一端分别连接比较器AR1的负输入端和光耦U1输出侧的正极，所述电阻R21的一端连接比较器AR1的正输入端，电阻R21的另一端连接可变电阻R22的一端，可变电阻R22的另一端接地；比较器AR1的输出端连接光耦U1输出侧的正极，光耦U1的输入侧的负极接地，光耦U1的输出侧的负极连接所述第一控制电路的AD模数转换接口；所述检测电路通过调节可变电阻R2和可变电阻R22，控制第一供电电路和第二供电电路的分压比例，并将分压输入到比较器AR1中进行第一供电电路和第二供电电路的电压差值比较，当超过预设差值时，比较器AR1输出高电平给光耦U1，所述光耦U1发出信号控制输出侧导通，所述电阻R1的另一端连通道所述第一控制电路的AD模数转换接口，进行AD采样，所述第一控制电路根据AD采样的结果进行计算，并输出PWM信号到所述第一可控开关Q5。
5.如权利要求1所述的太阳能供电电路，其特征在于，所述第二供电电路包括电池、第二驱动电路、变压器T2、第二可控开关Q7、第二控制电路、第三输出端口；所述电池的正极分别连接第一供电电路的第二输出端口以及电阻R9、电容C3、电阻R10、变压器T2初级侧的一端，电阻R9的另一端分别连接所述第二驱动电路以及电容C7的一端、稳压二极管D6的阴极，所述电容C7的另一端、稳压二极管D6的阳极接地；所述第二驱动电路包括NPN三极管Q4、PNP三极管Q5、电阻R11，所述NPN三极管Q4的发射集和所述PNP三极管Q5的反射集的连接端连接所述电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端连接所述第二可控开关Q7的控制端，所述第二可控开关Q7的一非控制端连接变压器T2初级侧的另一端，所述第二可控开关Q7的另一非控制端连接电池的负极；所述第二控制电路通过输出端口输出控制信号到开关管Q6，通过控制开关管Q6控制所述第二驱动电路，所述第三输出端口连接所述直流母线，所述第三输出端口包括二极管D5、电容C4、电阻R12、电阻R13，所述二极管D5的阳极连接所述变压器次级侧的一端，所述二极管D5的阴极连接电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电阻R12的一端连接二极管D5的阴极，另一端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地，电阻R12的另一端连接第二控制电路的采样比较端口。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述太阳能供电电路的供电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
初始化，启动供电电路；
检测第一供电电路和第二供电电路之间的电压差值；
判断差值是否大于一预设差值；
如果是，则采集第一供电电路中太阳能电池的电压，进行模数转换，根据模数转换的结果进行计算处理，得出控制命令，控制第一供电电路中电压变换电路中的开关频率以维持输出电压的稳定；
如果否，则按照预设的开关频率控制电压输出。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述初始化，启动供电电路具体包括：检测启动时的太阳能初始电压状态，根据所述太阳能初始电压状态生成开关频率初始控制值，并根据所述开关频率初始控制值控制第二输出端口的输出电压值。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述直流母线连接直流负载。
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