太陽能光伏水泵電源電路的製作方法
2023-10-07 02:10:04
專利名稱：太陽能光伏水泵電源電路的製作方法
技術領域：
太陽能光伏水泵電源電路技術領域[0001]本實用新型屬於太陽能光伏水泵技術領域，涉及一種太陽能光伏水泵電源電路。
技術背景[0002]隨著常規能源如石油、煤炭等的大量消耗，面對日益惡化的生態環境，當今世界各 國都在積極尋找一條新的可持續發展的能源之路。太陽能作為一種清潔能源正逐漸受到人 類更多的重視。特別在我國大西北、西藏和內蒙古等遠離電網的偏遠地區，很多人喝不到潔 淨的飲用水，而這些地區卻是太陽能資源非常豐富的地區，因此，在這些地區廣泛推廣應用 太陽能光伏水泵技術，具有明顯的經濟效益和社會效益。[0003]在太陽能光伏水泵控制器應用中需要一路7-12V電源(給電機驅動部分供電)和一 路5V電源(給MCU部分供電)來滿足控制器供電需求。圖1為目前廣泛應用的太陽能光伏 水泵控制器的電源電路。其中二極體4D1實現防反接功能，太陽能電池板的正極必須接在 S+，太陽能電池板的負極必須接在S-，電路才可以工作。太陽能電源連接正確後，通過功率 電阻2R0和線性穩壓器U4輸出電壓Vl (7V)給電機驅動部分供電。由於線性穩壓器U4的 功耗為其引腳Vin和引腳Vout的壓差乘以輸出電流，且太陽能板輸出電壓變化範圍很寬， 標稱12V的太陽能板，輸出電壓範圍可從IOV左右到25V左右，故在引腳Vin和引腳Vout 上的壓差在某些工況下會過大，從而導致線性穩壓器U4上產生的功耗提高，大大的影響了 控制器的整機效率。這裡功率電阻2R0也承擔一部分功耗，降低輸入到線性穩壓器U4的引 腳Vin電壓，防止線性穩壓器U4承擔過大的功耗導致損壞。得到電壓Vl (7V)輸出後再通 過線性穩壓器U5輸出5V電源給MCU部分供電。電容4C1、4C2、4C3、5C1、5C2和5C3為線性 穩壓器U4和U5的輸入輸出電容，起到平滑輸入輸出電壓紋波的作用。[0004]這種應用於太陽能光伏水泵的電源電路的主要缺陷在於一是電路工作範圍不 寬，太陽能輸入電壓不能低於驅動要求的電壓(至少要7V以上)，並且隨著太陽能電壓的升 高，線性穩壓器U4的功耗上升，發熱嚴重，當設計餘量不夠時甚至有可能導致U4的損壞，對 系統造成災難性後果；二是由於是採用的線性穩壓方式，系統最佳工作點不易選取，並且系 統效率受到了極大的限制，特別在供電範圍寬的情況下更為明顯；三是當供電電壓過低時 (處於太陽能功率特別弱的狀態)，此時電路應該可以判斷到並進入低功耗模式，不啟動太 陽能光伏水泵，這種傳統的電路顯然無法實現這個功能。發明內容[0005]本實用新型的目的是針對目前廣泛應用的太陽能光伏水泵電源電路所存在的問 題和不足之處，提供一種太陽能光伏水泵電源電路，其電路簡單，輸入電壓範圍寬。[0006]解決所述技術問題的技術方案一種太陽能光伏水泵電源電路，具有進口端和出 口端，包括MCU (微處理器單元)，其特徵在於，進口端與MCU之間設有開關型降壓電路，MCU 與出口端之間設有開關型升壓電路，開關型降壓電路由低壓鎖定電路控制。[0007]本實用新型電路主要的特點包括一路開關型降壓電路和一路開關型升壓電路。[0008]本實用新型電路在實現工作時，首先將太陽能輸入電壓先降壓到5V給MCU (微處 理器單元)部分供電，然後採用開關型升壓電路將5V升壓到12V給電機驅動部分供電。[0009]開關型降壓電路主要由電連接的二極體2D1、肖特基二極體2D2、電容2C1、電容 2C2、電容2C3、電容2C4、電感2L1和開關型電源U2構成；開關型升壓電路主要由電連接的 肖特基二極體3D1、電容2C6、電容2C8、電容3C1、電容3C2、電容3C3、電容3C4、電感3L1、電 阻3R1、電阻3R2、電阻3R3和開關型電源U3構成。[0010]開關型降壓電路中，開關型電源U2通過引腳FB上的電壓值和自身的開關頻率來 控制內部的MOS管開或關，當內部MOS管開通時，太陽能輸入電壓通過引腳Vin輸出到引腳 Vout對電感2L1進行充電;當內部MOS管斷開時，引腳Vin和引腳Vout斷開，電感2L1放 電。電感2L1的輸出通過電容2C3和電容2C4的平滑濾波後可以得到穩定的5V電壓輸出 值。電容2C1和電容2C2給開關型電源U2開通MOS管時提供瞬態電流，減小開通迴路的電 感。[0011 ] 開關型升壓電路中，開關型電源U3通過引腳CII上的電壓值和自身的開關頻率來 控制內部的MOS管開或關，當內部MOS管開通時，5V輸入電壓通過電阻3R1、電感3L1和開 關型電源U3的引腳SC流到地，此時電感3L1放電；當內部MOS管關斷時，5V輸入電壓通過 電阻3R1、電感3L1和二極體3D1輸出，此時電感3L1充電。這裡電阻3R1還具有過流保護 的功能，當其流過電流過大時，開關型電源U3通過引腳VC和引腳IS的檢測到過高的電壓 差，強行關斷內部MOS管控制迴路電流。電感3L1的輸出通過電容3C3和電容3C4的平滑 濾波後可以得到穩定的V2 (12V)電壓輸出值，供給電機驅動部分使用。電容2C6、電容2C8 和電容3C1給開關型電源U3關斷MOS管時提供瞬態電流，減小關斷迴路的電感。通過調整 3C2可以調整開關型電源U3的開關頻率。電阻3R3和電阻3R4組成的分壓電路提供合適的 分壓值給開關型電源U3通過引腳CII，從而控制輸出電壓為12V。[0012]由於開關型電源的效率為輸出功率和輸入功率的比值，和輸入電壓與輸出電壓的 差值沒有關係，所以最高的輸入電壓值只與開關型電源U2的最高耐壓值有關。這裡開關 型電源U2的最高耐壓值為50V，同時通過選擇合適的工作參數，如開關頻率、電感和輸出電 容，本系統的實際轉換效率可達87%。[0013]所述低壓鎖定電路，主要由電連接的電阻2R1、電阻2R2、電阻2R3、電容2C9、穩壓 二極體2Z1、三極體2T1和開關型電源U2組成。當太陽能輸入電壓低於低壓鎖定設定值時， 穩壓二極體2Z1不能導通，三極體2T1也無法導通，此時開關型電源U2的引腳0N/0FF通過 電阻2R3連接到開關型電源U2的引腳Vin，使得開關型電源U2進入低功耗休眠模式，其引 腳Vout沒有輸出；當太陽能輸入電壓恢復到低壓鎖定設定值以上時，穩壓二極體2Z1導通， 電流通過電阻2R1開通三極體2T1，此時開關型電源U2的引腳0N/0FF從三極體2T1的C端 通過E端連接到地，使得開關型電源U2進入正常工作模式，其輸出5V電壓。[0014]本實用新型的有益效果是提供了一種低電壓寬電源輸入電路，其採用先降壓再 升壓的方式，只要太陽能輸入電壓大於6V以上就能正常工作，滿足了低電壓的輸入要求， 同時由於採用了開關型電源電路，拓寬了電源輸入工作範圍，並且工作效率也大大提高。 當供電電壓過低時(處於太陽能功率特別弱的狀態)，此時電路可以判斷到並進入低功耗模 式，不輸出5V和12V電壓，避免了這種狀況下太陽能光伏水泵的頻繁啟停，提高了系統的穩 定性。
[0015]圖1是目前廣泛應用的太陽能光伏水泵電源電路。[0016]圖2是為本實用新型太陽能光伏水泵電源電路。
具體實施方式
[0017]為了便於本領域普通技術人員理解和實施本實用新型，
以下結合附圖及具體實施 方式對本實用新型作進一步的詳細描述。[0018]圖2為本實用新型的太陽能光伏水泵電源電路，其具有輸入端和輸出端，結構包 括MCU、開關型降壓電路和開關型升壓電路，開關型降壓電路由低壓鎖定電路控制。開關型 降壓電路連接在輸入端與MCU之間，開關型升壓電路連接在MCU與輸出端之間。開關型降 壓電路，首先將自輸入端輸入的太陽能輸入電壓S+和S-降壓到5V給MCU部分供電，然後 採用開關型升壓電路將5V升壓到12V給電機驅動部分供電。[0019]開關型降壓電路主要由電連接的二極體2D1、肖特基二極體2D2、電容2C1、電容 2C2、電容2C3、電容2C4、電感2L1和開關型電源U2構成。開關型電源U2上具有五個引腳， 這些引腳具體為引腳Vin、引腳GND、引腳0N/0FF、引腳Vout，引腳FB，每個引腳與一支路 電連接。[0020]開關型電源U2根據開關頻率(內部固定56kHz)採樣引腳FB上的電壓值，當引腳 FB電壓高於5V時，內部MOS管斷開，電感2L1通過肖特基二極體2D2放電給負載提供能量； 當引腳FB電壓低於5V時，內部MOS管接通，太陽能輸入電壓通過引腳Vin輸出到引腳Vout 對電感2L1進行充電儲能，穩定輸出電壓。如此開關控制，實現輸出始終穩定在5V。電容 2C3和電容2C4起到對輸出5V平滑濾波的作用。電容2C1和電容2C2給開關型電源U2開 通MOS管時提供瞬態電流，減小開通迴路的電感。[0021 ] 開關型升壓電路主要由電連接的肖特基二極體3D1、電容2C6、電容2C8、電容3C1、 電容3C2、電容3C3、電容3C4、電感3L1、電阻3R1、電阻3R2、電阻3R3和開關型電源U3構 成。開關型電源U3上具有八個引腳，這些引腳具體為引腳D、引腳SC、引腳SE、引腳TC、引 腳GND、引腳CU、引腳VC、引腳IS，這八個引腳分別與一支路電連接。[0022]開關型升壓電路中，開關型電源U3的開關頻率由連接在引腳TC上的電容3C2決 定，根據開關型電源的特點，較高的開關頻率可得到波動更小電壓輸出，但同時輸出的開關 噪聲也變大，這裡我們折中選取開關頻率為133kHz，既滿足了輸出紋波的要求，開關噪聲 也不大。開關型電源U3根據開關頻率採樣引腳CII上的電壓值，這個電壓值為V2X3R2/ (3R2+3R3)，當其大於1. 25V時內部MOS管開通，5V輸入電壓通過電阻3R1、電感3L1和開關 型電源U3的引腳SC流到地，此時電感3L1放電給負載提供能量；當其大於1. 25V時內部 MOS管關斷，5V輸入電壓通過電阻3R1、電感3L1和二極體3D1輸出，此時對電感3L1進行 充電儲能，穩定輸出電壓。如此開關控制，實現輸出始終穩定在固定值的目的。通過選擇電 阻3R2和電阻3R3的比值，可以使得V2電壓為12V，電容3C3和電容3C4起到平滑濾波12V 輸出電壓作用。這裡電阻3R1具有過流保護的功能，當其流過電流過大時開關型電源U3通 過引腳VC和引腳IS檢測到的電壓差，強行關斷內部MOS管，控制迴路電流，實現過流保護。 電容2C6、電容2C8和電容3C1給開關型電源U3關斷MOS管時提供瞬態電流，減小關斷迴路的電感。[0023]本實用新型技術解決方案中所述低壓鎖定電路，由電阻2R1、電阻2R2、電阻2R3、 電容2C9、穩壓二極體2Z1、三極體2T1和開關型電源U2組成。當太陽能輸入電壓低於低壓 鎖定設定值時，穩壓二極體2Z1不能導通，三極體2T1也無法導通，此時開關型電源U2的引 腳0N/0FF通過電阻2R3連接到開關型電源U2的引腳Vin，使得開關型電源U2進入低功耗 休眠模式，其引腳Vout沒有輸出；當太陽能輸入電壓恢復到低壓鎖定設定值以上時，穩壓 二極體2Z1導通，電流通過電阻2R1開通三極體2T1，此時開關型電源U2的引腳0N/0FF從 三極體2T1的C端通過E端連接到地，使得開關型電源U2進入正常工作模式，其輸出5V電 壓。這裡穩壓二極體2Z1穩壓值決定了低壓鎖定的極限值，通常選擇5V的穩壓管，保證了 電源工作範圍足夠寬，同時也保證了電壓過低時系統進入低功耗模式，不啟動太陽能光伏 水泵。[0024]本實用新型的最大優點是提供了一種低電壓寬電源輸入電路，滿足了低電壓的 輸入要求；採用了開關型電源電路，擴寬了電源輸入工作範圍，提高了工作效率；具有低壓 鎖定功能，電路可以判斷低壓到並進入低功耗模式，不輸出5V和12V電壓，避免了這種狀況 下太陽能光伏水泵的頻繁啟停，提高了系統的穩定性。
權利要求1.一種太陽能光伏水泵電源電路，具有輸入端和輸出端，包括MCU,其特徵在於,輸入端與MCU之間設有開關型降壓電路，MCU與輸出端之間設有開關型升壓電路，開關型降壓電路由低壓鎖定電路控制。
專利摘要本實用新型屬於太陽能光伏水泵技術領域，涉及一種太陽能光伏水泵電源電路，具有進口端和出口端，包括MCU，進口端與MCU之間設有開關型降壓電路，MCU與出口端之間設有開關型升壓電路，開關型降壓電路由低壓鎖定電路控制。可有效滿足低電壓的輸入要求；採用了開關型降壓電路和開關型升壓電路，擴寬了電源輸入工作範圍，提高了工作效率；具有低壓鎖定功能，電路可以判斷是否為低壓，並進入低功耗模式，不輸出5V和12V電壓，避免了這種狀況下太陽能光伏水泵的頻繁啟停，提高了光伏系統的穩定性。
文檔編號H02M3/155GK202840943SQ201220470860
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者陳宜文 申請人:台州誼聚機電有限公司