高效率太陽能燈控制器的製作方法

2023-05-09 17:51:26 2

專利名稱：高效率太陽能燈控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能光伏技術領域中的太陽能燈控制器，特別是涉及一種具 有最大功率點跟蹤功能和智能充電管理的高效率太陽能燈控制器。
背景技術：
太陽能是一種清潔的可再生能源，是取之不盡的能源資源。太陽電池可以直接將太 陽能轉換為電能，不對環境產生任何汙染。近年來隨著光伏技術的飛速發展，太陽能在 照明燈具上的應用日益擴大，近幾年來，太陽能燈具產品由於安全、節能、方便、環保 等多重優勢，應用已經逐漸形成規模。太陽能燈控制器是太陽能照明系統中重要的部件之一，控制器的優劣不但決定蓄電 池的使用壽命，而且還直接影響光伏系統的電力輸出。獨立光伏系統中一般是根據儲能 蓄電池的額定電壓來選擇太陽電池輸出電壓，而對蓄電池的充放電控制，則是通過監控 蓄電池的電壓實現。控制工作電壓在一定程度上可以調節太陽電池的輸出，但太陽電池 的最大功率點是變化的，當太陽電池的最大功率點超出所控制的範圍時，就會浪費一部分能源。因此，為了有效利用太陽能，就必須跟蹤控制太陽電池的最大功率點來調節太 陽電池的輸出；同時將蓄電池充電電壓限制在一定的範圍，以保證蓄電池有穩定的電壓。 對於太陽能燈具的設計來說，成功的控制電路設計不但能增加燈具的工作穩定性，更能 延長蓄電池和燈具壽命，降低系統成本。因此控制器的設計是關鍵。目前市場上的小型太陽能燈控制器產品很不完善，國內的小型太陽能燈控制器中均 未發現有最大功率跟蹤技術，大多採用恆壓法來控制整個充電過程，雖然在一定程度上 簡化了控制器的結構，降低了一些成本，但這樣對太陽能電池的利用率大大降低，不利 於太陽能產業的研究和發展。發明內容本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種具有最大功率點跟蹤功能和智能充電 管理的高效率太陽能燈控制器。本實用新型所採用的技術方案是 一種高效率太陽能燈控制器，包括有太陽能電池、 蓄電池、單片機系統，兩個繼電器電路、DC-DC變換電路、以及兩路電流電壓採集電路， 其中，太陽能電池、 一個繼電器電路、DC-DC變換電路、蓄電池、另一個繼電器電路依次 相連；第一路電流電壓採集電路的輸入與太陽能電池相連，輸出與單片機系統相連；第 二路電流電壓採集電路的輸入與蓄電池相連，輸出與單片機系統相連；單片機系統還分 別與兩個繼電器電路、DC-DC變換電路相連接。
所述的DC-DC變換電路採用SEPIC拓撲電路結構。所述的兩路電流電壓採集電路是由雙運算放大器U2和電流檢測晶片U3和U6構成， 其中，雙運算放大器U2的左側運算放大器0UT1與電流檢測晶片U3組成第一路用於檢測 太陽電池的輸出電壓和電流的電壓電流檢測電路；雙運算放大器U2的右側運算放大器 0UT2與電流檢測晶片U6組成第二路用於檢測蓄電池的充電電壓和電流的電壓電流檢測 電路；雙運算放大器U2的腳3通過電阻R7的一端V1、腳5通過電阻Rll的一端V3、電 流檢測晶片U3的腳1和腳8、電流檢測晶片U6的腳1和腳8分別連接繼電器電路和繼電 器電路中的檢測電阻R2、 R3的兩端；雙運算放大器U2的腳1和腳2通過電阻R9的一端 outl、腳6和腳7通過電阻R10的一端out3、電流檢測晶片U3的腳5通過電阻R14的一 端ios、電流檢測晶片U6的腳5通過電阻R15的一端ioc與單片機系統中的晶片U5的四 個管腳即腳2和腳3、腳7和腳8相連進行AD轉換。所述的繼電器電路、DC-DC變換電路、繼電器電路包括有檢測電阻R2、 R3、繼電器 K1和繼電器K2、變壓器T1、 M0S管Q2、三極體Q1、 Q3、晶片U1，其中，電阻R2通過電 感Ll和保險絲Fl與繼電器K2的腳5相連；電阻R3通過電感L2與繼電器Kl的腳5相 連；繼電器Kl的腳4通過發光二極體D2電阻R5接地，腳1通過二極體Dl與腳2 —起 接三極體Ql的集電極，腳3連接變壓器Tl的輸入端，三極體Ql的基極通過電阻R4連 接單片機系統中的晶片U5的腳9，發射極接地；繼電器K2的腳4接負載，腳l通過二極 管D4與腳2 —起接三極體Q3的集電極，三極體Ql的基極通過電阻R6連接單片機系統 中的晶片U5的腳10,發射極接地；M0S管Q2的一端與變壓器T1相連， 一端接地，另一 端與晶片Ul的腳5和腳7相連，晶片U6的腳2和腳4接單片機系統中的晶片U5的腳17; 變壓器T1的輸出還與相併聯的兩個二極體D3的一端相連，相併聯的兩個二極體D3的另 一端通過電容C4、 C5的並聯接地，還連接保險絲F1。本實用新型的高效率太陽能燈控制器，具有最大功率點跟蹤功能和智能充電管理功 能，能明顯提高光伏系統的工作效率，間接的降低系統成本；更好的保護蓄電池，延長 蓄電池的壽命。


圖l是本實用新型的系統框圖；圖2是本實用新型的電流電壓採集電路的電路原理圖； 圖3是本實用新型的單片機系統的電路原理圖； 圖4是本實用新型的DC-DC變換電路和繼電器電路的電路原理圖。 其中1:太陽能電池 2:繼電器電路3: DC-DC變換電路 4:蓄電池5:繼電器電路 6:負載 7:電流電壓採集電路 8:單片機系統具體實施方式
以下結合附圖給出具體實施例，進一步說明本實用新型的高效率太陽能燈控制器。如圖l所示，高效率太陽能燈控制器，包括有太陽能電池l、蓄電難4、單片機系統 8，繼電器電路2、 DODC變換電路3、繼電器電路5、以及兩路電流電壓採集電路7，其 中，太陽能電池1、繼電器電路2、 DC-DC變換電路3、蓄電池4、繼電器電路5依次相連； 第一路電流電壓採集電路7的輸入與太陽能電池1相連，輸出與單片機系統8相連；第 二路電流電壓採集電路7的輸入與蓄電池4相連，輸出與單片機系統8相連；單片機系 統8還分別與繼電器電路2、繼電器電路5、 DC-DC變換電路3相連接。如圖3所示，單片機系統8是由晶片U5構成，本實施例中採用型號為PIC16F877的 心片。如圖2所示，所述的兩路電流電壓採集電路7是由雙運算放大器U2和電流檢測晶片 U3和U6構成，其中，雙運算放大器U2的型號為LM358，電流檢測晶片U3和U6的型號 為LT6100。雙運算放大器U2的左側運算放大器0UT1與電流檢測晶片U3組成第一路用於 檢測太陽電池的輸出電壓和電流的電壓電流檢測電路；雙運算放大器U2的右側運算放大 器0UT2與電流檢測晶片U6組成第二路用於檢測蓄電池的充電電壓和電流的電壓電流檢 測電路；雙運算放大器U2的腳3通過電阻R7的一端V1、腳5通過電阻Rll的一端V3、 電流檢測晶片U3的腳1和腳8、電流檢測晶片U6的腳1和腳8分別連接繼電器電路5 和繼電器電路2中的檢測電阻R2、 R3的兩端；雙運算放大器U2的腳1和腳2通過電阻 R9的一端outl、腳6和腳7通過電阻R10的一端wt3、電流檢測晶片U3的腳5通過電 阻R14的一端ios、電流檢測晶片U6的腳5通過電阻R15的一端ioc與單片機系統8中 的晶片U5的四個管腳即腳2和腳3、腳7和腳8相連進行AD轉換，單片機系統8中的芯 片U5根據檢測到的電壓電流值可以計算出當前的太陽電池的輸出功率，蓄電池的充電功 率。如圖4所示，所述的繼電器電路2、 DC-DC變換電路3、繼電器電路5包括有檢測電 阻R2、 R3、繼電器K1和繼電器K2、變壓器T1、 M0S管Q2、三極體Q1、 Q3、晶片U1，所 述的DC-DC變換電路3採用SEPIC拓撲電路結構。其中，電阻R2通過電感Ll和保險絲 Fl與繼電器K2的腳5相連；電阻R3通過電感L2與繼電器Kl的腳5相連；繼電器Kl 的腳4通過發光二極體D2電阻R5接地，腳1通過二極體Dl與腳2 —起接三極體Ql的 集電極，腳3連接變壓器Tl的輸入端，三極體Ql的基極通過電阻R4連接單片機系統8 中的晶片U5的腳9，發射極接地；繼電器K2的腳4接負載，腳1通過二極體D4與腳2 一起接三極體Q3的集電極，三極體Ql的基極通過電阻R6連接單片機系統8中的晶片U5 的腳IO，發射極接地；M0S管Q2的一端與變壓器T1相連， 一端接地，另一端與晶片U1 的腳5和腳7相連，晶片U6的腳2和腳4接單片機系統8中的晶片U5的腳17;變壓器 Tl的輸出還與相併聯的兩個二極體D3的一端相連，相併聯的兩個二極體D3的另一端通 過電容C4、 C5的並聯接地，還連接保險絲F1。其中，M0S管Q2的型號為IRF740;晶片U6的型號為TC4427。單片機系統8的晶片U5通過比較當前的太陽電池的輸出功率與上次的功率，由最大 功率跟蹤的算法來判斷PWM波佔空比的變化，並通過腳17輸出一個PWM波至圖4中晶片 U6的腳2和腳4，再通過晶片U6的腳5和腳7來控制圖4中M0S管Q2的導通和截止。 通過蓄電池的充電電壓和充電電流來判斷蓄電池當前的工作狀態，由工作狀態決定PWM 波佔空比的變化。MOS管Q2的導通和截止影響DC-DC變換電路3的等效阻抗，從而一方面改變太陽電 池的輸出電壓和輸出電流，達到最大功率跟蹤的目的， 一方面改變蓄電池的輸入電壓和 輸入電流，達到三階段充電的目的。當圖4中檢測電阻R2 —端v3點的電壓過高時，單片機系統8的晶片U5會控制繼電 器K1斷開，達到防過充的目的，當檢測電阻R2—端v3點的電壓值過低時，繼電器K2 斷開，達到防過放的目的。二極體D3防止蓄電池的向太陽電池反充電，自恢復性保險絲 Fl防止負載電流過大或短路。
權利要求1. 一種高效率太陽能燈控制器，包括有太陽能電池(1)、蓄電池(4)、單片機系 統(8)，其特徵在於，還設置有繼電器電路(2) 、 DC-DC變換電路(3)、繼電器電路(5)、以及兩路電流電壓採集電路(7)，其中，太陽能電池(1)、繼電器電路(2)、 DC-DC變換電路(3)、蓄電池(4)、繼電器電路(5)依次相連；第一路電流電壓採集 電路(7)的輸入與太陽能電池(1)相連，輸出與單片機系統(8)相連；第二路電流電 壓採集電路(7)的輸入與蓄電池(4)相連，輸出與單片機系統(8)相連；單片機系統(8)還分別與繼電器電路(2)、繼電器電路(5) 、 DC-DC變換電路(3)相連接。
2. 根據權利要求1所述的高效率太陽能燈控制器，其特徵在於，所述的DC-DC變換 電路(3)採用SEPIC拓撲電路結構。
3. 根據權利要求l所述的高效率太陽能燈控制器，其特徵在於，所述的兩路電流電 壓採集電路(7)是由雙運算放大器U2和電流檢測晶片U3和U6構成，其中，雙運算放 大器U2的左側運算放大器0UT1與電流檢測晶片U3組成第一路用於檢測太陽電池的輸出 電壓和電流的電壓電流檢測電路；雙運算放大器U2的右側運算放大器0UT2與電流檢測 晶片U6組成第二路用於檢測蓄電池的充電電壓和電流的電壓電流檢測電路；雙運算放大 器U2的腳3通過電阻R7的一端V1、腳5通過電阻R11的一端V3、電流檢測晶片U3的 腳1和腳8、電流檢測晶片U6的腳1和腳8分別連接繼電器電路(5)和繼電器電路(2) 中的檢測電阻R2、 R3的兩端；雙運算放大器U2的腳l和腳2通過電阻R9的一端outl、 腳6和腳7通過電阻R10的一端out3、電流檢測晶片U3的腳5通過電阻R14的一端ios、 電流檢測晶片U6的腳5通過電阻R15的一端ioc與單片機系統(8)中的晶片U5的四個 管腳即腳2和腳3、腳7和腳8相連進行AD轉換。
4. 根據權利要求l所述的高效率太陽能燈控制器，其特徵在於，所述的繼電器電路 (2) 、 DC-DC變換電路(3)、繼電器電路(5)包括有檢測電阻R2、 R3、繼電器Kl和繼電器K2、變壓器T1、 M0S管Q2、三極體Q1、 Q3、晶片Ul,其中，電阻R2通過電感L1 和保險絲Fl與繼電器K2的腳5相連；電阻R3通過電感L2與繼電器Kl的腳5相連；繼 電器Kl的腳4通過發光二極體D2電阻R5接地，腳1通過二極體Dl與腳2 —起接三極 管Ql的集電極，腳3連接變壓器Tl的輸入端，三極體Ql的基極通過電阻R4連接單片 機系統(8)中的晶片U5的腳9，發射極接地；繼電器K2的腳4接負載，腳l通過二極 管D4與腳2 —起接三極體Q3的集電極，三極體Ql的基極通過電阻R6連接單片機系統 (8)中的晶片U5的腳10，發射極接地；M0S管Q2的一端與變壓器T1相連， 一端接地， 另一端與晶片U1的腳5和腳7相連，晶片U6的腳2和腳4接單片機系統(8)中的晶片 U5的腳17;變壓器Tl的輸出還與相併聯的兩個二極體D3的一端相連，相併聯的兩個二 極管D3的另一端通過電容C4、 C5的並聯接地，還連接保險絲F1。
專利摘要本實用新型公開一種高效率太陽能燈控制器，包括有太陽能電池、蓄電池、單片機系統，兩個繼電器電路、DC-DC變換電路、以及兩路電流電壓採集電路，其中，太陽能電池、一個繼電器電路、DC-DC變換電路、蓄電池、另一個繼電器電路依次相連；第一路電流電壓採集電路的輸入與太陽能電池相連，輸出與單片機系統相連；第二路電流電壓採集電路的輸入與蓄電池相連，輸出與單片機系統相連；單片機系統還分別與兩個繼電器電路、DC-DC變換電路相連接。本實用新型具有最大功率點跟蹤功能和智能充電管理功能，能明顯提高光伏系統的工作效率，間接的降低系統成本；更好的保護蓄電池，延長蓄電池的壽命。
文檔編號H02J7/35GK201038819SQ200720095539
公開日2008年3月19日 申請日期2007年3月20日 優先權日2007年3月20日
發明者丁思唯, 劉大利, 王慶章, 許盛之, 趙二剛, 趙庚申 申請人:南開大學