CN202888907U - 光伏充放电控制器 - Google Patents

Abstract

光伏充放电控制器，涉及了一种能够根据光伏电池电压以及蓄电池的电压、温度等参数的变化，自动调节充电电流脉冲占空比的光伏充放电控制器。该充放电控制器能够有效的保护蓄电池，延长蓄电池的使用寿命。该充放电控制器包括：DC-DC变换电路及其驱动电路（A2）、负载状态检测及其负载通断控制模块（A3）、蓄电池电压检测模块（A4）、蓄电池温度检测模块（A5）、MOS管T2及其驱动电路（A6）、主控芯片Atmega48（A7）、光伏电池电压检测模块（A8）、稳压电源1（A10）。主控芯片Atmega48通过实时采集光伏电池电压、蓄电池电压和温度值，控制充电回路的充电电流脉冲占空比和放电回路的通断。

Description

光伏充放电控制器

技术领域

本实用新型涉及一种光伏充放电控制器，尤其是涉及一种能够根据光伏电池的电压以及蓄电池的电压、温度等参数的变化，自动调节充电电流脉冲占空比的充放电控制装置。 

背景技术

太阳能作为一种可再生的、清洁的新能源，正越来越受到人们的重视。光伏充放电控制器是独立型太阳能发电***的重要组成部分，也是太阳能LED照明的重要组成部分。 

光伏充放电控制器不仅为蓄电池充电和控制蓄电池的输出，而且能有效地保护蓄电池，避免其因为过充电和过放电造成寿命缩短。充放电控制器采用可控的脉冲充电电流为蓄电池充电，减轻了充电电流对蓄电池的冲击，提高了蓄电池的电流接受率，可延长蓄电池的使用寿命。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供了一种根据光伏电池电压、蓄电池电压和温度，自动调节充电电流的脉冲占空比对蓄电池进行充电，能够对蓄电池的充放电进行有效保护。 

本实用新型的技术方案 

光伏充放电控制器，该控制器包括：DC-DC变换电路及其驱动电路模块、负载电流检测及负载通断控制模块、蓄电池电压检测模块、蓄电池温度检测模块、MOS管T2及其驱动电路模块、主控芯片Atmega48、光伏电池检测模块。 

所述光伏充放电控制器的输入端接光伏电池组件；光伏充放电控制器的输出端连接蓄电池及负载。 

将光伏电池组件的一组模块中的输出端口，接入稳压电源2的输入端。 

稳压电源2输出端输出PV+12V，稳压电源2的输出作为光伏电池电压采集模块及其MOS管T1和MOS管T2驱动电路的工作电源。 

蓄电池的正极连接DC-DC变换电路的输出端，同时连接负载的正输入端；蓄电池的负极连接MOS管T2的漏极，同时连接主控芯片Atmega48的GND管脚。 

将蓄电池单元的一组作为稳压电源1的正输入端，稳压电源1输出+5V电压作为主控芯片Atmega48的工作电源，同时为MOS管T1和MOS管T2的驱动电路提供工作电源。 

光伏电池电压检测模块的正输入端连接光伏电池的正极，负输入端连接光伏电池的负极。 

光伏电池电压检测模块的正输出端接主控芯片Atmega48的PB0端口，光伏电池电压检测模块的负输出端接主控芯片Atmega48的GND管脚。 

蓄电池电压检测模块的正输入端接蓄电池的正极，负输入端接蓄电池的负极。 

蓄电池电压检测模块的正输出端接主控芯片Atmega48的ADC1端口，蓄电池电压检测模块的负输出端接主控芯片Atmega48的GND管脚。 

蓄电池温度检测模块的正输入端连接热敏电阻和电阻R9的分压点，负输入端连接主控芯片Atmega48的GND管脚。 

蓄电池温度检测模块的正输出端连接主控芯片Atmega48的ADC7端口，负输出端连接主控芯片Atmega48的GND管脚。 

DC-DC变换电路及其驱动电路模块，构成该模块的元件包括：起防反充作用的二极管D1、MOS管T1、电感L、二极管D2、电容C1、三极管Q1、电阻R1、光耦PC817(1)、电阻R2、二极管D3、MOS管驱动芯片IR2117(1)。 

MOS管T2及其驱动电路模块，构成该模块的元件包括：三极管Q2、电阻R4、光耦PC817(2)、电阻R3、MOS管驱动芯片IR2117(2)、二极管D4、MOS管T2。 

负载电流检测及负载通断控制模块的输入端连接主控芯片Atmega48的PC0端口，负载电流检测及负载通断控制模块的输出端连接主控芯片Atmega48的ADC6端口。 

主控芯片Atmega48的PC4端口连接二极管D6的正极，二极管D6的负极连接主控芯片Atmega48的地端。 

本实用新型和已有技术相比所具有的有益效果： 

本实用新型采用了脉冲和四阶段充电的方式对蓄电池进行充电，提高了蓄电池的充电电流接受率，达到了延长蓄电池使用寿命的目的。 

附图说明 

图1为光伏充放电控制器的整体框图； 

图2为DC-DC变换电路及其驱动电路、MOS管T2及其驱动[0027]电路原理图； 

图3为光伏电池电压检测模块框图； 

图4为蓄电池电压检测模块框图； 

图5为蓄电池温度检测模块框图； 

图6为负载状态检测电路及其负载通断控制模块框图。 

具体实施方式 

结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。 

光伏充放电控制器，如图1、2、3、4、5、6，该控制器包括：DC-DC变换电路及其驱动电路模块A2、负载电流检测及负载通断控制模块A3、蓄电池电压检测模块A4、蓄电池温度检测模块A5、MOS管T2及其驱动电路模块A6、主控芯片Atmega48 A7、光伏电池检测模块A8。 

光伏电池组件A1连接充电控制器的输入端。 

蓄电池模块A9及负载连接充电控制器的输出端。 

蓄电池A9的正极连接DC-DC变换电路的输出端，同时连接负载的正输入端LOAD+。蓄电池A9的负极连接MOS管T2的漏极，同时连接主控芯片Atmega48 A7的GND管脚。 

取蓄电池单元中的12V一组作为稳压电源1 A10的输入，稳压电源1 A10输出+5V的电压作为主控芯片Atmega48 A7的工作电源VCC。 

光伏电池电压检测模块A8的正输入端连接光伏电池的正极PV+和负输入端连接光伏电池A1的负极。如图3，光伏电池正极PV+经过电阻R5和电阻R6分压后，连接电压/频率转换模块，电压/频率转换模块的输出端口连接光耦隔离模块的输入端口，光耦隔离模块的输出端口连接主控芯片Atmega48 A7的PB0端口。 

蓄电池电压检测模块A4的正输入端接蓄电池A9的正极，负输入端接蓄电池A9的负极。如图4，蓄电池电压检测模块A4的正输入端B+经过电阻R7和电阻R8分压，分压点通过并联的二极管D5和电容C2后连接主控芯片Atmega48 A7的ADC1端口，蓄电池电压检测模块A4的负输出端接主控芯片Atmega48 A7的GND管脚。 

蓄电池温度检测模块A5，如图5，其正输入端连接热敏电阻R10和电阻R9的分压点，负输入端连接主控芯片Atmega48 A7的GND管脚。 

蓄电池温度检测模块A5的正输出端连接主控芯片Atmega48 A7的ADC7端口，负输出端连接主控芯片Atmega48 A7的GND管脚。 

DC-DC变换电路及其驱动电路A2，如图2，构成该模块的元件包括：起防反充作用的二极管D1、MOS管T1、电感L、二极管D2、电容C1、三极管Q1、电阻R1、光耦PC817(1)、电阻R2、二极管D3、MOS管驱动芯片IR2117(1)。 

上述构成器件的连接为： 

二极管D1的正极与光伏电池组件A1的正极相连，二极管D1的负极与DC-DC变换电路的输入端、MOS管T1的漏极相连，MOS管T1的源极与二极管D2的负极、电感L的一端相连，电感L的另一端与电容C1的一端、蓄电池A9的正极相连，光伏电池组件A1的负极与二极管D2的正极、电容C2的另一端、MOS管T2的源极相连。主控芯片Atmega48 A7的PB2端口与DC-DC变换电路及其驱动电路的输入端相连，同时连接三极管Q1的基极。三极管Q1的集电极与电阻R1的一端、光耦PC817(1)的正输入端相连；三极管Q1的发射极与光耦PC817(1)的负输入端相连，同时连接GND管脚。电阻R1的另一端连接+5V电源。光耦PC817(1)的集电极输出端与电阻R2的一端、MOS管T1驱动芯片IR2117(1)的IN端口相连。光耦PC817(1)的发射极输出端与光伏电池组件A8的负极相连。稳压电源2的输出端PV+12V与MOS管T1驱动芯片IR2117(1)的VC端口、电阻R2的另一端、二极管D3的正极相连。二极管D3的负极与MOS管T1驱动芯片IR2117(1)的VB端口相连。MOS管T1驱动芯片IR2117(1)的HO端口和VS端口分别连接MOS管T1的栅极和源极。MOS管T1驱动芯片IR2117(1)的VSS端口与光伏电池A1的负极相连。 

MOS管T2及其驱动电路模块A6，如图2，构成该模块的元件包括：三极管Q2、电阻R4、光耦PC817(2)、电阻R3、MOS管T2驱动芯片IR2117(2)、二极管D4、MOS管T2。 

上述构成元件的连接为： 

主控芯片Atmega48 A7的PB1端口与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的集电极与电阻R4的一端、光耦PC817(2)的正输入端相连。三极管Q2的发射极与光耦PC817(2)的负输入端、管脚GND相连。电阻R4的另一端连接+5V电源。光耦PC817(2)的集电极输出端与电阻R3的一端、MOS管T2驱动芯片IR2117(2)的IN端口相连。光耦PC817(2)的发射极输出端与光伏电池A1的负极相连。稳压电源2的输出端PV+12V连接MOS管T2驱动芯片IR2117(2)的VC端口、电阻R3的另一端及其二极管D4的正极。二极管D4的负极与MOS管T2驱动芯片IR2117(2)的VB端口相连。MOS管T2驱动芯片IR2117(2)的HO端口与MOS管T2的栅极相连。光伏电池A1的负极与MOS管T2驱动芯片IR2117(2)的VSS端口、VS端口同时相连。 

负载电流检测及负载通断控制模块A3的输入端与主控芯片Atmega48 A7的PC0端口相连，负载电流检测及负载通断控制模块A3的输出端与主控芯片Atmega48 A7的ADC6端口相连。 

主控芯片Atmega48 A7的PC4端口与二极管D6的正极相连，二极管D6的负极与Atmega48 A7的GND管脚相连。 

光伏充放电控制器工作原理如下：

该实用新型描述的光伏充放电控制器由DC-DC变换电路及其驱动电路模块A2、负载电流检测及负载通断控制模块A3、蓄电池电压检测模块A4、蓄电池温度检测模块A5、MOS管T2及其驱动电路模块A6、主控芯片Atmega48 A7、光伏电池检测模块A8组成。主控芯片A7通过光伏电池检测模块A8采集光伏电池开路电压大小，通过蓄电池电压检测模块A4采集蓄电池开路电压大小，并结合蓄电池温度检测模块采集的温度参数，判断光照强度和蓄电池容量，当蓄电池电压在正常范围时，主控芯片Atmega48 A7输出PWM脉冲控制充电电流的脉冲宽度。温度检测模块A5，对电阻R9和热敏电阻R10的分压点进行采样，对蓄电池的当前温度进行判断，并进行相应的温度补偿，结合检测模块A4、A5、A8的输出参数，采用充电控制算法，主控芯片Atmega48 A7输出PWM脉冲，通过驱动电路，控制DC-DC变换电路的输出电压保持恒定，为蓄电池A9充电。 

在放电电流采样模块A33中，采样电阻将流过负载的电流信号转换为电压信号，经过信号调理电路，输入到主控芯片Atmega48 A7的ADC6端口，判断流过负载的电流大小。若负载电流超过额定电流1.2倍，并持续超过软件设定的延时时间，主控芯片Atmega48 A7的PC0端口输出关断信号关断负载。故障解除，放电电流恢复正常一段时间后，主控芯片Atmega48 A7的PC0端口输出恢复信号，恢复放电回路的正常工作。当负载短路时，熔断器F1熔断，保护蓄电池A9。主控芯片Atmega48 A7 根据蓄电池电压检测模块A4采集到的蓄电池开路电压判断蓄电池是否欠压，当蓄电池欠压时，通过主控芯片Atmega48 A7的PC0端口输出关断信号，关断负载放电回路。负载出现过载或短路现象时，主控芯片Atmega48 A7的PC4端口控制故障警示LED灯D6点亮，实现故障告警，对蓄电池进行有效保护。 

本实用新型光伏充放电控制器，提供了一种利用脉冲和四阶段充电电流对蓄电池进行充电的方式，实现了对蓄电池的有效保护，从而影响蓄电池使用寿命的问题。通过主控芯片Atmega48和各检测、控制模块的配合，有效地保护了蓄电池，延长了其使用寿命。本实用新型的设计具有很好的实际意义。

Claims (2)

1.光伏充放电控制器，其特征在于：

该光伏充放电控制器包括：DC-DC变换电路及其驱动电路（A2）、负载电流检测及负载通断控制模块（A3）、蓄电池电压检测模块（A4）、蓄电池温度检测模块（A5）、MOS管T2及其驱动电路（A6）、主控芯片Atmega48（A7）、光伏电池电压检测模块（A8）、稳压电源1（A10）；

所述蓄电池（A9）的正极连接DC-DC变换电路及其驱动电路（A2）的输出端，同时连接负载的正输入端LOAD+；蓄电池（A9）的负极连接MOS管（T2）的漏极，同时连接主控芯片Atmega48 （A7）的GND管脚；

DC-DC变换电路及其驱动电路(A2)和MOS管(T2)及其驱动电路(A6)组成了该控制器的充电电路部分；负载电流检测及负载通断控制模块（A3）的输入端与主控芯片Atmega48（A7）的PC0端口相连；负载电流检测及负载通断控制模块（A3）的输出端与主控芯片Atmega48（A7）的ADC6端口相连；主控芯片ATmega48(A7)的PC4端口与二极管（D6）的正极相连，主控芯片Atmega48（A7）的GND管脚与二极管（D6）的负极相连。

2.根据权利要求1所述的光伏充放电控制器，其特征在于：

负载电流检测及其负载通断控制模块（A3），该模块包括：放电MOS管驱动电路（A31）、放电主回路（A32）、放电电流采样模块（A33）、运放1（A34）、运放2（A35）；

上述构成部分之间的连接：

主控芯片Atmega48（A7）的PC0端口连接放电MOS管驱动电路（A31），放电MOS管驱动电路（A31）的输出端连接放电主回路（A32），放电主回路（A32）经过放电电流采样模块（A33）得到对应的电压，电压经过运放1（A34）得到放大的电压信号，该电压信号输入到主控芯片Atmega48（A7）的ADC6端口，同时连接到运放2（A35）的输入端，运放2（A35）的输出端反馈控制放电MOS管驱动电路（A31）。

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