CN204156567U - 一种数字控制式太阳能充电控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字控制式太阳能充电控制器，包括太阳能电池板、防雷击模块、PWM电流控制模块、电压采样模块A、电压采样模块B、单片机控制模块、电流采样模块、蓄电池。本实用新型通过电压采样模块分别对太阳能电池板的输出电压和蓄电池电压信号实时监测、采样，通过电流采样模块对充电电流实时监测、采样，并将上述多点电路参数的采样信号传入单片机控制模块进行分析，进而通过PWM电流控制模块控制充电电流，可调节充电电流的大小，进而保护蓄电池并延长其使用寿命，降低生产和安装成本，还可防止蓄电池电流倒灌，进而提高充电效率。同时，防雷击模块可防止雷电天气对太阳能充电***的损坏。

Description

一种数字控制式太阳能充电控制器

技术领域

本实用新型涉及一种蓄电池充电装置，尤其是一种数字控制式太阳能充电控制器。

背景技术

太阳能作为一种可再生的清洁能源，在人类生产和生活中已经得到了广泛应用，如太阳能热水器、太阳能发电等。当前，以“光生伏特效应”为原理的太阳能电池的开发应用已逐步走向商业化、产业化，小功率小面积的太阳能电池已大批量出现并开始广泛应用，这种太阳能电池由光伏板、控制器和蓄电池组成，通过光伏板将太阳能转化为电能并储存到蓄电池中，同时通过控制器对充电过程进行控制。

但由于太阳能资源具有不稳定性，如以重庆为例的西南地区处于东南暖湿气流与西北冷空气的交汇地带，四季潮湿多雨且多雷电天气，是全国日照时间最短、光照强度最差、太阳能资源最不稳定的地区，若使用普通的太阳能充电器，太阳能电池板电压、电流都极不稳定，因此充电效率极低，且会因为过冲而发生蓄电池电流倒灌现象，在频繁的雷雨天气下也容易遭雷电击中而被烧毁。为了使太阳能电池能够满足我国西南地区典型气候条件的需求，不仅首先需要有防雷击设计，还对太阳能电池的输出能力和蓄电池的存储能力提出了更高的要求，因此需要设计一款转换效率高、生产成本低、使用更安全的的太阳能充电控制装置，才能解决在复杂气候条件下有效利用太阳能的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种数字控制式太阳能充电控制器。

本实用新型所采用的技术方案包括太阳能电池板、防雷击模块、PWM电流控制模块、电压采样模块A、电压采样模块B、单片机控制模块、电流采样模块、蓄电池，其中：

所述太阳能电池板通过PWM电流控制模块、电流采样模块对蓄电池进行充电；

所述防雷击模块一端连接太阳能电池板、另一端接地，用于避免电路遭受高于正常工作电压的瞬时过电压冲击；

所述电压采样模块A一端连接太阳能电池板、另一端连接单片机控制模块，用于对太阳能电池板的电压进行采样并将信号传送到单片机控制模块；

所述电压采样模块B一端连接蓄电池、另一端连接单片机控制模块，用于对蓄电池的电压进行采样并将信号传送到单片机控制模块；

所述电流采样模块一端连接PWM电流控制模块、另一端连接蓄电池，对进入蓄电池的充电电流进行采样，并将采样信号传输到单片机控制模块；

所述单片机控制模块接收太阳能电池板、蓄电池的电压采样信号和流入蓄电池的电流信号，并将相应的控制信号输入PWM电流控制模块，进而控制充电电流的通、断。

所述PWM电流控制模块包括电阻R1、N沟道增强型MOS管Q1、电感L1、电解电容C1和驱动模块U2、光电耦合器U7，其中：电阻R1一端连接太阳能电池板和MOS管的S极、另一端连接MOS管G极H和光电耦合器U7的输出极PWM1，电感L1一端连接MOS管Q1的D极、另一端连接电解电容C1的正极和电流采样模块，电解电容C1的负极接地，驱动模块U2的PWM2输出极连接一个N沟道增强型MOS管Q3的G极，该MOS管Q3的S极接地、D极接MOS管Q1的D极，电解电容C1的正极经过电流采样模块连接蓄电池的输入端；所述PWM电流控制模块可接收单片机控制模块的控制信号，并通过光电耦合器对控制信号进行隔离处理后传输到MOS管Q1的G极，进而对充电电流进行控制和调节，其电感L1可进一步对充电电流进行稳定调节，避免电流出现大幅振荡。

本实用新型通过电压采样模块分别对太阳能电池板和蓄电池的两端电压信号进行实时监测、采样并传入单片机控制模块，同时通过电流采样模块对流入蓄电池的充电电流值进行实时监测、采样并传入单片机控制模块，单片机控制模块对信号进行分析后，根据不同的结果向PWM电流控制模块发出相应的控制信号，进而控制充电回路中的充电电流，不仅可保证充电电流更加稳定，还可防止蓄电池电流倒灌。

进一步地，所述驱动模块U2为TC4469芯片。

进一步地，所述防雷击模块包括两个串联的陶瓷气体放电管D4、D5，当太阳能电池板遭到雷击时，瞬时过高压使其中气体被击穿，由高阻抗变成低阻抗，将雷电产生的巨大电流通过短路的方式直接导入到地面，避免电路烧毁。

进一步地，所述电压采样模块A包括电阻R2、电阻R5和由电阻R11、电容C6、运算放大器U1C组成的电压跟随器，其中：电阻R2一端连接太阳能电池板、另一端与电阻R5串联后接地，运算放大器U1C的同相输入端通过R11连接到R2与R5之间、反相输入端连接到其输出端和单片机控制模块，电容C6一端连接运算放大器U1C的同相输入端、另一端接地；

所述电压采样模块B包括电阻R3、电阻R4和由电阻R12、电容C7、运算放大器U1D组成的电压跟随器，其中：电阻R3一端连接电解电容C1的正极、另一端与电阻R4串联后接地，运算放大器U1D的同相输入端通过R12连接到R3与R4之间、反相输入端连接到其输出端和单片机控制模块，电容C7一端连接运算放大器U1D的同相输入端、另一端接地。

进一步地，所述电流采样模块包括电阻R7、电阻R13、电阻R14、电阻R9、电阻R34和运算放大器U1B,其中：R7一端连接PWM电流控制模块、另一端连接蓄电池；运算放大器U1B的反相输入端通过R14连接到电阻R7和PWM电流控制模块之间、同时通过R9接到输出端，其正向输入端通过R13连接到电阻R7与蓄电池之间、同时通过R34接地，其输出端连接单片机控制模块的输入端，所述电流采样模块可将流经R7的电流信号转化为电压信号，并输出到单片机控制模块中进行分析。

进一步地，所述单片机控制模块为AT91SAM7S32单片机；

本实用新型的有益效果为：

可有效防止频繁雷电天气下太阳能充电***被烧毁的情况；

可以实时监测、采样太阳能电池板和蓄电池的电压，并自动控制、调节充电电流，保证了充电电流的稳定，实现了过充电保护，使得蓄电池充电更为安全、高效，也延长了其使用寿命；

可对流入蓄电池的电流进行实时采样、分析，并快速反应、自动控制电流的通断，从而有效防止蓄电池电流倒灌，保证了充电效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型主电路结构图。

图3为本实用新型电压采样模块A的电压跟随器电路结构图。

图4为本实用新型电压采样模块B的电压跟随器电路结构图。

图5为板实用新型电流采样模块部分电路结构图。

图6为本实用新型PWM电流控制模块部分电路结构图。

具体实施方式

结合附图及实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括太阳能电池板、防雷击模块、PWM电流控制模块、电流采样模块、电压采样模块A、电压采样模块B、单片机控制模块、蓄电池：所述防雷击模块一端连接太阳能电池板、另一端接地；所述PWM电流控制模块一端连接太阳能电池板、另一端连接电流采样模块；所述电流采样模块一端连接PWM电流控制模块、另一端连接蓄电池；所述电压采样模块A一端连接太阳能电池板、另一端连接单片机控制模块，用于对太阳能电池板的电压进行采样并将信号传送到单片机控制模块；所述电压采样模块B一端连接蓄电池、另一端连接单片机控制模块。所述单片机控制模块为AT91SAM7S32单片机，可接收电压采样模块A、电压采样模块B的电压采样信号和电流采样模块的电流采样信号，并将相应的控制信号输入PWM电流控制模块。

所述太阳能电池为大功率多晶硅电池板，蓄电池为大容量胶体电池。

如图2所示，所述防雷击模块包括两个串联的陶瓷气体放电管D4、D5,当遭受雷击时由高阻抗变为低阻抗，将雷击产生的瞬时巨大电流短路导入地面，保护其他元件不受损坏。

如图2、图3所示，所述电流采样模块包括电阻R7、电阻R13、电阻R14、电阻R9、电阻R34和运算放大器U1B,其中R7一端连接电感L1、另一端连接蓄电池；运算放大器U1B的反相输入端通过R14连接到电阻R7和电感L1之间、并通过R9接到输出端，其正向输入端通过R13连接到电阻R7与蓄电池之间、并通过R34接地，其输出端连接单片机控制模块的输入端。

如图2、图4所示，所述电压采样模块B包括电阻R3、电阻R4和由电阻R12、电容C7、运算放大器U1D组成的电压跟随器，电阻R3一端连接电解电容C1的正极、另一端与电阻R4串联后接地，运算放大器U1D的同相输入端通过R12连接到R3与R4之间、反相输入端连接到其输出端和单片机控制模块，电容C7一端连接运算放大器U1D的同相输入端、另一端接地。

如图2、图6所示，所述PWM电流控制模块包括电阻R1、N沟道增强型MOS管Q1、电感L1、电解电容C1和驱动模块U2、光电耦合器U7，所述驱动模块U2为TC4469驱动芯片，电阻R1一端连接太阳能电池板和MOS管的S极、另一端连接MOS管G极H和光电耦合器U7的输出极PWM1，MOS管Q1的D极连接电感L1，电感L1另一端连接电解电容C1的正极和电阻R7，电解电容C1的负极接地，驱动模块U2的PWM2输出极连接一个N沟道增强型MOS管Q3的G极，该MOS管Q3的S极接地、D极接MOS管Q1的D极。

如图2、图5所示，所述电流采样模块包括电阻R7、电阻R13、电阻R14、电阻R9、电阻R34和运算放大器U1B,其中R7一端连接电感L1、另一端连接蓄电池；运算放大器U1B的反相输入端通过R14连接到电阻R7和电感L1之间、同时通过R9接到输出端，其正向输入端通过R13连接到电阻R7与蓄电池之间、同时通过R34接地，其输出端连接单片机控制模块的输入端，可将流经R7的电流信号转化为电压信号，并经运算放大器U1B放大之后传送到AT91SAM7S32单片机AD3输入端进行分析。

本实用新型通过电压采样模块分别对太阳能电池板的输出电压和蓄电池电压信号进行实时监测、采样，并将电压信息传入单片机控制模块进行分析计算，当太阳能电池板输出电压满足充电条件时，则单片机控制模块向PWM电流控制信号输出充电信号，则开始充电；当太阳能电池板输出电压不满足充电条件时，则断开充电电流，避免因过冲导致的过热和缺水，从而保护电池。同时，通过电流采样模块对充电电流进行实时监测、采样，并将采样信号传入单片机控制模块进行分析，进而通过PWM电流控制模块对充电电流进行控制，防止蓄电池电流倒灌。

Claims (6)

1.一种数字控制式太阳能充电控制器，其特征在于：包括太阳能电池板、防雷击模块、PWM电流控制模块、电压采样模块A、电压采样模块B、单片机控制模块、电流采样模块、蓄电池，其中：太阳能电池板通过PWM电流控制模块、电流采样模块对蓄电池进行充电；防雷击模块一端连接太阳能电池板输入端、另一端接地；电压采样模块A一端连接太阳能电池板输入端、另一端连接单片机控制模块；电压采样模块B一端连接蓄电池输入端、另一端连接单片机控制模块；电流采样模块一端连接PWM电流控制模块、另一端连接蓄电池输入端；

所述PWM电流控制模块包括电阻R1、N沟道增强型MOS管Q1、电感L1、电解电容C1和驱动模块U2、光电耦合器U7，其中：电阻R1一端连接太阳能电池板输入端和MOS管的S极、另一端连接MOS管G极H和光电耦合器U7的输出极PWM1，电感L1一端连接MOS管Q1的D极、另一端连接电解电容C1的正极，电解电容C1的正极经过电流采样模块接蓄电池、负极接地，驱动模块U2的PWM2输出极连接N沟道增强型MOS管Q3的G极，该MOS管Q3的S极接地、D极接MOS管Q1的D极，电解电容C1的正极经过电流采样模块连接蓄电池的输入端；

所述单片机控制模块接收电压采样模块A、电压采样模块B的电压采样信号和电流采样模块的电流采样信号，将控制信号输入PWM电流控制模块。

2.如权利要求1所述的一种数字控制式太阳能充电控制器，其特征在于：所述防雷击模块包括两个串联的陶瓷气体放电管D4、D5。

3.如权利要求1所述的一种数字控制式太阳能充电控制器，其特征在于：

所述电压采样模块A包括电阻R2、电阻R5和由电阻R11、电容C6、运算放大器U1C组成的电压跟随器，其中：电阻R2一端连接太阳能电池板输入端、另一端与电阻R5串联后接地，运算放大器U1C的同相输入端通过R11连接到R2与R5之间、反相输入端连接到其输出端和单片机控制模块，电容C6一端连接运算放大器U1C的同相输入端、另一端接地；

所述电压采样模块B包括电阻R3、电阻R4和由电阻R12、电容C7、运算放大器U1D组成的电压跟随器，其中：电阻R3一端连接电解电容C1的正极、另一端与电阻R4串联后接地，运算放大器U1D的同相输入端通过R12连接到R3与R4之间、反相输入端连接到其输出端和单片机控制模块，电容C7一端连接运算放大器U1D的同相输入端、另一端接地。

4.如权利要求1所述的一种数字控制式太阳能充电控制器，其特征在于：所述驱动模块U2为TC4469芯片。

5.如权利要求1所述的一种数字控制式太阳能充电控制器，其特征在于：所述电流采样模块包括电阻R7、电阻R13、电阻R14、电阻R9、电阻R34和运算放大器U1B,其中：电阻R7串接在PWM电流控制模块和蓄电池输入端之间；运算放大器U1B的反相输入端通过R14连接到电阻R7和PWM电流控制模块之间、同时通过R9接到输出端，其正向输入端通过R13连接到电阻R7与蓄电池输入端之间、同时通过R34接地，其输出端连接单片机控制模块的输入端。

6.如权利要求1所述的一种数字控制式太阳能充电控制器，其特征在于：所述单片机控制模块为AT91SAM7S32单片机。