太陽能光伏控制器用的過流保護及啟動恢復電路的製作方法

2023-05-11 16:40:56

太陽能光伏控制器用的過流保護及啟動恢復電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種太陽能光伏控制器用的過流保護及啟動恢復電路，電路採用的技術方案是蓄電池對負載的放電線路上串上一個電流採樣電阻，採用運算放大器和若干電阻構成的同相比例放大電路對採樣電阻上的電壓信號進行放大，然後交給由運算放大器和若干電阻構成的電壓比較器進行比較輸出高低電平，電壓比較器與驅動控制電路的控制端相連，控制開關管導通和截止；同時本電路在電壓比較器運放的同相輸入端設置有恢復控制電路，可通過單片機I/O口進行智能恢復控制；在電壓比較器的輸出端設置有監測狀態電路。通過上述這樣一種電路設計，提高了太陽能光伏控制器的工作穩定性和遇到障礙後自動恢復工作的能力。
【專利說明】太陽能光伏控制器用的過流保護及啟動恢復電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能光伏控制器技術，具體的說是一種太陽能光伏控制器用的過流保護及啟動恢復電路。
【背景技術】
[0002]太陽能光伏控制器是太陽能光伏發電系統的核心部件，應用非常廣泛。由於太陽能光伏控制器應用環境的複雜性，經常會受到沙塵或雨露的侵襲，使得容易發生負載輸入端或放電線路短路、蓄電池放電電流突然過大的情況，傳統的解決方法是在蓄電池放電線路上串一個保險絲，若蓄電池放電電流超過保險絲的額定電流，保險絲斷開，蓄電池不再對負載放電。雖然有效的保護了太陽能光伏控制器，但負載不能正常工作。為了重新使太陽能光伏控制器恢復工作，需要人工更換保險絲。這種情況給用戶帶了很多不方便。

【發明內容】

[0003]本實用新型為了解決傳統太陽能光伏控制器過流保護後不能自動恢復工作的缺陷，提供一種太陽能光伏控制器用的過流保護及啟動恢復電路，具備過流保護功能、監測過流保護狀態和智能啟動恢復功能。
[0004]本實用新型包括蓄電池對負載放電控制電路、信號放大及電流採集電路、電壓比較器和恢復控制電路、狀態監測電路。所採用的技術方案在於:所述的蓄電池對負載放電控制電路有兩條主線路分別為正極主線路和負極主線路。蓄電池正極通過正極主線路直接與負載正極相連，蓄電池負極通過負極主線路串上一個電流採樣電阻和一個N溝道MOSFET開關管與負載負極相連，N溝道MOSFET開關管採用單片機I/O 口通過驅動控制電路來進行開關控制。所述的驅動控制電路採用兩個NPN三級管、一片二極體和若干個電阻組成單片機I/O 口驅動放大電路，二極體設置在開關管柵極和漏極之間，當I/O為高電平時，二極體兩端有電壓，開關管導通，蓄電池對負載放電。當I/O 口為低電平時，二極體兩端無電壓，開關管截止，負載斷電不工作。
[0005]所述的信號放大及電流採集電路採用運算放大器晶片和若干個電阻電容構成同相比例放大器，輸入端接在負極主線路上的電流採樣電阻兩端，用於對電流採樣電阻兩端的電壓小信號進行放大處理。信號放大及電流採集電路設置有兩個輸出端，一個輸出端通過電阻網絡進行放大倍數調整後送給單片機A/D進行處理；一個輸出端通過電阻分壓調整後送給電壓比較器進行判斷。
[0006]所述的電壓比較器和恢復控制電路採用運算放大器晶片和若干個電阻電容構成電壓比較器，運算放大器的同相輸入端接信號放大電路的輸出端，反相輸入端接一個由兩個分壓電阻構成基準闕值電壓，當輸入的信號電壓大於闕值電壓時，電壓比較器輸出高電平，電壓比較器輸出端與驅動控制電路的控制端相連，導致開關管截止，蓄電池停止對負載放電。當輸入的信號電壓小於闕值電壓時，電壓比較器輸出低電平，開關管導通，蓄電池恢復對負載放電。所述的恢復控制電路包括一個NPN三極體、一個二極體和若干個電阻，通過利用單片機I/O 口控制三極體使運放同相端接地，從而使電壓比較器輸出低電平，開關管導通，重新啟動蓄電池對負載放電。
[0007]所述的狀態監測電路包括一個NPN三極體和兩個電阻，電壓比較器的輸出端通過限流電阻與三極體的基極相連，三極體的集電極與單片機的I/o 口相連，當電壓比較器的輸出端為高電平時，三極體基極導通，三極體集電極接地，單片機I/o 口感測到低電平，表明蓄電池對負載停止放電。當電壓比較器的輸出端為低電平時，三極體集電極處在高電位，單片機I/o感測到高電平，表明蓄電池對負載重啟放電。
[0008]本實用新型由於採用上述這樣一種電路設計，太陽能光伏控制器具備了過流保護功能、監測過流保護狀態和智能啟動恢復功能。很大程度提高了太陽能光伏控制器面對複雜氣候環境時的工作穩定性和遇到障礙後自動恢復工作的能力；同時提供的各單元電路都是用基本元器件和通用運放晶片構成的，結構簡單、廉價且可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳述。
[0010]圖1為本實用新型電路結構圖。
[0011]圖2為本實用新型實施例的電路圖
[0012]圖中:1、蓄電池對負載放電控制電路，2、信號放大及電流採集電路，3、電壓比較器和恢復控制電路，4、狀態監測電路，5、蓄電池，6、正極主線路，7、負極主線路，8、電流採樣電阻，9、N溝道MOSFET開關管，10、負載，11、驅動控制電路，12、單片機。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示:本實用新型由蓄電池對負載放電控制電路1、信號放大及電流採集電路2、電壓比較器和恢復控制電路3和狀態監測電路4組成。所採用的技術方案在於:蓄電池5正極通過正極主線路6與負載10正極相連，蓄電池5負極通過負極主線路7串上一個電流採樣電阻8和一個N溝道MOSFET開關管9與負載10負極相連，N溝道MOSFET開關管9採用單片機12的I/O 口通過驅動控制電路11來進行開關控制。信號放大及電流採集電路2的輸入端接在電流採樣電阻8兩端，用於對電流採樣電阻8兩端上的電壓信號進行放大。信號放大及電流採樣電路2有兩個輸出端，一端與電壓比較器和恢復控制電路3相連接，一端接至單片機12的A/D 口，用於電流採集。電壓比較器和恢復控制電路3有一個輸入端、一個控制端和兩個輸出端，輸入端與信號放大及電流採樣電路2輸出端相連，控制端與單片機12的I/O 口相連，輸出端一端與驅動控制電路11控制端相接，另一端與狀態監測電路4相連。狀態檢測電路4的輸出端與單片機12的I/O 口相連。
[0014]圖2中虛線框內的電路是圖1中相對應電路模塊的具體實施例，圖2中帶有標號的元器件是圖1中相對應元器件的具體實施例，標號一致。
[0015]如圖2所示:所述的信號放大及電流採樣電路2的輸入端一端連接在電流採樣電阻8的右側，一端與電流採樣電阻8的左側相連，電流採樣電阻8與蓄電池地端同電位。所述的信號放大及電流採樣電路2包括一片運算放大器集成晶片U1A、八個電阻和兩個電容。其中電阻R21、R22和電容C21構成濾波限流電路，用來對輸入信號進行濾波抗幹擾處理；電阻R23、R25和運算放大器UlA構成了同相比例放大電路，對輸入信號進行放大處理；電阻R26、R27和電容C22構成了分壓電阻網絡，用來對放大倍數進行調整，送至單片機12的A/D 口進行處理。電阻R28、R29和電容C23也構成了分壓電阻網絡，用來對放大倍數調整，送至電壓比較器和恢復控制電路3進行處理。本實施例所採用的運放放大器晶片UlA型號為LM258。
[0016]所述的電壓比較器和恢復控制電路3包括一片運算放大器集成晶片U1B、五個電阻、兩個二極體和一個NPN型三極體。其中，電阻R31、R32和運算放大器UlB組成了電壓比較器，電阻R31和R32構成了電壓比較器的闕值基準電壓電路連接至運算放大器UlB的反向輸入端。電阻R33、R34、二極體D31和三極體Q31構成恢復控制電路，R34為限流電阻，一端與單片機12的I/O 口相連接，另一端連接至三極體Q31的基極端，三極體Q31的發射極接蓄電池地端，集電極連接至運算放大器UlB的同向輸入端，運算放大器UlB的輸出端與二極體D31相連，二極體D31與電阻R34相連接至三極體Q31的集電極。運算放大器UlB的輸出端通過限流電阻R35和二極體D32連接至驅動控制電路11的控制端。本實施例中所採用的運放放大器晶片UlB型號為LM258，所採用的NPN型三極體Q31型號為9013，所採用的二極體D31和D32型號為IN4148。
[0017]所述的狀態監測電路4包括一片NPN型三極體Q41、兩個電阻R41和R42。限流電阻R41的一端與運算放大器UlB的輸出端相連，另一端連接至三極體Q41的基極端，限流電阻R42的一端接電源，一端連接至三極體Q41的集電極端，三極體Q41的集電極連接至單片機12的I/O 口，發射極接蓄電池地端。本實施例中所採用的NPN型三極體Q41型號為9013o
[0018]所述的驅動控制電路11包括兩個NPN型三極體、兩個二極體和三個電阻。其中二極體D12的負極和三極體Q12的集電極接在N溝道MOSFET開關管9的柵極處，二極體D12的正極和三極體Q12的發射極接在蓄電池地端。三極體Q12的集電極與限流電阻R13—端相連，電阻R13的另一端接在正極主線路6上，三極體Q12的基極與二極體Dll的負極相連，二極體Dll的正極與三極體Qll和限流電阻R12的一端相連，限流電阻R12的另一端接在正極主線路6上。三極體Qll的基極與電阻Rll的一端相連接，電阻Rll的另一端與單片機12的I/O 口相連接。本實施例中所採用的NPN型三極體Qll和Q12型號為9013，所採用的二極體Dll和D12型號為ΙΝ4148。
[0019]通過上述電路設計，本實用新型的工作原理為:太陽能光伏控制器正常工作時，蓄電池5通過正極主線路6和負極主線路7為負載10供電，在負極主線路7上串有一個採樣電阻8和一個N溝道MOSFET開關管9，當蓄電池5電壓低於過放門限電壓時，單片機12可通過驅動控制電路11控制N溝道MOSFET開關管9斷開負極主線路，蓄電池5停止對負載10供電，從而有效對蓄電池5進行過放保護。
[0020]當太陽能光伏控制器受到惡劣複雜環境影響發生負載10輸入端或放電線路短路，導致蓄電池5放電電流突然過大時，此時會在負極主線路7上的採樣電阻8上形成一個大電壓降信號，這個大電壓降信號通過信號放大和電流採集電路2進行放大後一方面交給單片機12內部A/D轉換器進行處理，單片機12通過運算處理可以實時計算出負極主線路上的電流大小，另一方面交給電壓比較器和恢復控制電路3進行電壓比較，大電壓降信號比闕值基準電壓大，電壓比較器輸出高電平，而電壓比較器輸出端與驅動控制電路11的控制端相連，當驅動控制電路11的控制端為高電平時，驅動控制電路11會控制N溝道MOSFET開關管9斷開負極主線路，從而有效防止蓄電池和放電線路因放電電流過大而被燒壞。
[0021]同時單片機12開啟內部計時，在過流保護間隔一段固定時間後，採用I/O 口控制恢復控制電路使得電壓比較器輸出端為低電平，電壓比較器輸出端與驅動控制電路11的控制端相連，當驅動控制電路11的控制端為低電平時，驅動控制電路11會控制N溝道MOSFET開關管9導通，蓄電池5恢復對負載10供電，負極主線路7上重新有電流流過，在採樣電阻8上形成電壓降信號，電壓降信號通過信號放大和電流採集電路2進行放大後交給電壓比較器和恢復控制電路3進行電壓比較，當電壓降信號大於闕值基準電壓時，表明負極主線路7上的電流仍然過大，超過了額定電流值，電壓比較器輸出高電平，驅動控制電路11仍舊會控制N溝道MOSFET開關管9斷開負極主線路，防止蓄電池和放電線路因放電電流過大而被燒壞。單片機12再次間隔一定固定時間後，採用I/O 口控制恢復控制電路使得電壓比較器輸出端為低電平，使得N溝道MOSFET開關管9再次導通，再次進行電壓比較來確定主線路上的電流是否超過額定電流。
[0022]當電壓降信號小於闕值基準電壓時，表明負極主線路7上的電流沒有超過額定電流值，電壓比較器輸出低電平，驅動控制電路11會控制N溝道MOSFET開關管9導通，蓄電池5恢復對負載10供電。此時，單片機12撤銷內部計時。太陽能光伏控制器恢復正常工作。單片機12可通過狀態監測電路4感測電壓比較器的輸出電平，從而確定太陽能光伏控制器是否處於過流保護狀態。
【權利要求】
1.一種太陽能光伏控制器用的過流保護及啟動恢復電路，包括蓄電池(5)和負載(10)，其特徵在於:蓄電池(5)的正極主線路(6)與負載(10)正極連接，蓄電池(5)負極主線路(7 )串連電流採樣電阻(8 )和N溝道MOSFET開關管(9 )連接負載(IO )的負極，信號放大及電流採集電路(2 )的輸入端連接電流採樣電阻(8 )的兩端，信號放大及電流採集電路(2 )的兩個輸出端其中一端與電壓比較器和恢復控制電路(3)連接，另一端連接單片機(12)的A/D埠，單片機(12)的兩個I/O端分別通過線路與電壓比較器和恢復控制電路(3)以及驅動控制電路(11)串連構成循環連接，狀態監測電路(4)的兩端分別連接電壓比較器和恢復控制電路(3)和單片機(12)的I/O埠。
2.根據權利要求1所述的太陽能光伏控制器用的過流保護及啟動恢復電路，其特徵在於:所述的電壓比較器和恢復控制電路(3)由一片運算放大器集成晶片U1B、五個電阻、兩個二極體和一個NPN型三極體組成，電阻R31、R32和運算放大器UlB組成了電壓比較器，電阻R31和R32構成了電壓比較器的闕值基準電壓電路，並連接至運算放大器UlB的反向輸入端，電阻R33、R34、二極體D31和三極體Q31構成恢復控制電路，R34電阻的一端與單片機(12)的I/O 口相連接，另一端連接至三極體Q31的基極端，三極體Q31的發射極接蓄電池地端，集電極連接至運算放大器UlB的同向輸入端，運算放大器UlB的輸出端與二極體D31相連，二極體D31與電阻R34相連接至三極體Q31的集電極，運算放大器UlB的輸出端通過限流電阻R35和二極體D32連接至驅動控制電路(11)的控制端。
3.根據權利要求1所述的太陽能光伏控制器用的過流保護及啟動恢復電路，其特徵在於:所述的狀態監測電路(4)由一片NPN型三極體Q41、兩個電阻R41和R42組成，限流電阻R41的一端與運算放大器UlB的輸出端相連，另一端連接至三極體Q41的基極端，限流電阻R42的一端接電源，一端連接至三極體Q41的集電極端，三極體Q41的集電極連接至單片機(12)的I/O 口，發射極接蓄電池地端。
4.根據權利要求1所述的太陽能光伏控制器用的過流保護及啟動恢復電路，其特徵在於:所述的驅動控制電路(11)由兩個NPN型三極體、兩個二極體和三個電阻組成，其中二極體D12的負極和三極體Q12的集電極接在N溝道MOSFET開關管(9)的柵極處，二極體D12的正極和三極體Q12的發射極接在蓄電池地端，三極體Q12的集電極與限流電阻R13 —端相連，電阻R13的另一端接在正極主線路(6)上，三極體Q12的基極與二極體Dll的負極相連，二極體Dll的正極與三極體Qll和限流電阻R12的一端相連，限流電阻R12的另一端接在正極主線路(6)上，三極體Qll的基極與電阻Rll的一端相連接，電阻Rll的另一端與單片機(12)的I/O 口相連接。
【文檔編號】H02H7/00GK203608156SQ201320840893
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】盛榮 申請人:湖北歌潤新能源有限責任公司