专利名称：具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有最大功率点跟踪(MPPT)的太阳能充/放电控制电路，属 于太阳能光伏发电系统中的基本控制电路领域。
背景技术：
随着化石能源危机日益加剧，新能源的开发利用已提高到了国家战略层面。太阳 能是一种资源丰富又不会产生污染的可再生能源，随着电池转换率的提高，制造成本的降 低，太阳能光伏发电的利用取得了突破。目前，一般的太阳能充/放电控制多采用硬件方式 (模拟控制电路)直接对蓄电池充/放电进行控制。这种控制方式存在控制精度低的缺陷， 无法对电池充/放电参数进行精确控制。虽然有些充/放装置设有MCU控制电路，但是这 些电路结构仅仅是对充电方法进行控制，不能对太阳能电池板的输入功率进行采集、分析， 也缺乏对充电过程的电池进行有效保护，更不能对太阳能电池板的输入功率进行最优化控 制，利用效率不高。
实用新型内容本实用新型的目的，是为了克服现有技术充放电控制电路存在不能对太阳能电池 板的输入功率进行控制、不能对充电过程的电池进行有效保护的问题，提供一种具有最大 功率点跟踪的太阳能充放电控制电路。本实用新型的目的可以通过如下措施达到具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其结构特点是包括MCU控制单 元、太阳能电压采集电路、太阳能电流采集电路、PWM驱动电路、输出电压采集电路、充电电 流采集电路、电池电压采集电路、输出单元、温度采集电路、显示及按键设置电路和电源电 路;MCU控制单元各有一个输入端分别与太阳能电压采集电路、太阳能电流采集电路、输出 电压采集电路、充电电流采集电路、电池电压采集电路、温度采集电路、显示及按键设置电 路、电源电路的输出端连接；MCU控制单元的输出端分别与PWM驱动电路的输入端、显示及 按键设置电路的输入端、输出单元的控制端连接。实际应用中PWM驱动电路的输出端与MOS管相连接。太阳能电压采集电路采集 太阳能光电板的电压，太阳能电流采集电路采集太阳能光电板的电流;MCU控制单元通过 对太阳能电池电压、电流的采集、控制，实现对最大功率点的跟踪算法，实现对太阳能电池 板的利用效率最大化。所述输出电压采集电路、充电电流采集电路、电池电压采集电路分别用于采集输 出电压、充电电流、充电电压；通过采集输出电压、充电电压、充电电流来实现对储能电池的 充电参数的精确控制。所述输出单元用于连接负载。所述温度采集电路用于对温度的精度采集，添加温度补偿的充电策略，实现对储 能电池的保护和最优化控制。[0010]所述辅助电源的输入端与储能电池的输出端连接。MCU利用对输出电压和充电电流的采集，控制PWM驱动电路的占空比来实现恒流、 恒压、浮充的充电方式；MCU利用对太阳能电池的输入电压、电流的采集，控制PWM驱动电路 对输入功率进行调整，始终保持太阳能电池板的输入功率最大。本实用新型的目的还可以通过如下措施达到本实用新型的一种实施方式是该控制电路还包括防止反接电路，防止反接电路 由二极管Dl组成。本实用新型的一种实施方式是所述太阳能电压采集电路由放大芯片IC2A及电 容C4和电阻R3、R6组成；所述太阳能电流采集电路由电流处理芯片U2、康铜丝Rl和电容 C18组成。本实用新型的一种实施方式是所述PWM驱动电路包括三极管Q6、Q7和Q10、电 阻RlO和R12 R16、电容C8和电容EC4及二极管D4、D9 ；所述三极管Q7的基极通过电阻 R13、R15接地，三极管Q7的发射极经电阻R14到地，三极管Q7的集电极连接到三极管Q6 的基极，三极管Q6的发射极通过电阻R12连接到三极管Q7的集电极，三极管Q6的集电极 连接到三极管QlO的基极，电阻RlO与二极管D9串联后跨接在三极管QlO的发射极与基极 之间，电阻R16跨接在三极管QlO的集电极与基极之间，三极管QlO集电极通过电容EC4连 接Q6的发射极；三极管QlO的集电极外接MOS管的S极，三极管QlO发射极外接MOS管的 G极。本实用新型的一种实施方式是所述输出电压采集电路由放大芯片IClB及外围 电阻R4、R7、电容C6组成；所述充电电流采集电路由电流处理芯片U3及康铜丝R2、电容C17 组成；所述电池电压采集电路由放大芯片IClA及电阻R5、R8、电容C3、C7组成。本实用新型的一种实施方式是所述温度采集电路由电阻R9、与插口 C0N3连接的 热敏电阻和电容C5组成。本实用新型的一种实施方式是所述显示及按键设置电路主要由4位8字数码管， 三个LED灯组成。本实用新型的一种实施方式是所述辅助电源由两片电压转换控制芯片MC34063 及外围电路组成。本实用新型的一种实施方式是所述输出单元通过单片机控制继电器或MOS管与 负载连接，由单片机控制继电器或MOS管控制负载的开/关。本实用新型的一种实施方式是所述MCU控制单元由单片机芯片及其外围电路构 成；所述单片机芯片的型号为STC12CM10AD。本实用新型的有益效果是1、本实新型能够对储能电池进行充电参数的精确控制，针对蓄电池充电采用最好 的三段式充电，通过对温度的采集，可以选择温度补偿的充电策略；利用对太阳能电池的输 入电压、电流的采集，控制PWM的占空比可以实现对输入功率的最大跟踪，使太阳能电池板 的输入效率得到极大提高。2、本实用新型能够对储能电池进行充电参数的精确控制，针对蓄电池采用三段式 充电方式，MCU利用对输出电压和充电电流的采集，控制PWM驱动电路的占空比来实现恒 流、恒压、浮充的充电方式；MCU利用对太阳能电池的输入电压、电流的采集，控制PWM驱动电路对输入功率进行调整，始终保持太阳能电池板的输入功率最大。
图1是本实用新型的电路框图。图加是本实用新型的电路主回路的第一部分电路原理图。图2b是本实用新型的电路主回路的第二部分电路原理图。图2c是本实用新型的电路主回路的太阳能电流采集电路原理图。图2d是本实用新型的电路主回路的充电电流采集电路原理图。图2e是本实用新型的电路主回路的温度采集电路原理图。图3是本实用新型的PWM驱动电路原理图。图4是本实用新型的辅助电源电路原理图。图fe是本实用新型的显示及按键设置电路的第一部分电路原理图。图恥是本实用新型的显示及按键设置电路的第二部分电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述具体实施例1 参照图1，本实施例包括MCU控制单元1、太阳能电压采集电路2、太阳能电流采集 电路3、PWM驱动电路4、输出电压采集电路5、充电电流采集电路6、电池电压采集电路7、输 出单元8、温度采集电路9、显示及按键设置电路10和电源电路11 ；MCU控制单元1各有一 个输入端分别与太阳能电压采集电路2、太阳能电流采集电路3、输出电压采集电路5、充电 电流采集电路6、电池电压采集电路7、温度采集电路9、显示及按键设置电路10、电源电路 11的输出端连接；MCU控制单元1的输出端分别与PWM驱动电路4的输入端和显示及按键 设置电路10的输入端和输出单元8的控制端连接；PWM驱动电路4的输出端与MOS管的输 入端连接。所述辅助电源11的输入端与储能电池12的输出端连接。本实施例中图2a、图2b、图2c、图2d和图加构成电路主回路，图中包括电阻R1、R2、R3、R4、 R5、R6、R7、R8、R9、R45,电容 Cl、C2、C3、C4、C5、C17、C18,电解电容 EC1、EC2、EC3, 二极管 D1、D2、D3、D7、D8，三极管 Qll，MOS 管 Q8，芯片 Ul、U2、U3，熔断器 Fl、F2，压敏电阻 ZNR1，线 圈 Tl，放大电路 IC2A、IC1A、IC1B，继电器 REL1，以及接口 C0N1、C0N2、C0N3、C0N5。其中，接 口 C0N2接蓄电池，接口 C0N2接热敏电阻，接口 C0N5接负载。参照图2a、图2c，所述太阳能电压采集电路2由电阻R3、R6，放大电路IC2A，及电 容C4组成；太阳能电压采集由电阻R3、R6分压经过IC2A放大输出，电容C4滤波得到。所 述太阳能电流采集电路3由康铜丝R1，电流处理芯片U2，及电容C18组成；太阳能电流采集 由康铜丝Rl两端采集，经电流处理芯片U2 (MAX4080S)处理，电容C18滤波得到。参照图2b、图2d，所述输出电压采集电路5由电阻R4、R7，放大电路IC1B，电容C6 组成；输出电压采集由电阻R4、R7分压，经IClB放大输出，电容C6滤波得到。所述充电电 流采集电路6由康铜丝R2电流处理芯片U3，电容C17组成；充电电流采集由康铜丝R2两 端采集，经电流处理芯片U3(MAX4080Q处理，电容C17滤波得到。所述电池电压采集电路7由电阻R5、R8、电容C3，放大电路IC1A，电容C7组成；电池电压采集由电阻R5、R8分压、 电容C3滤波，经IClA放大输出，电容C7滤波得到。参照图2d，所述温度采集电路9由电阻R9、与插口 C0N3连接的热敏电阻，电容C5 组成；温度采集由5V电源经电阻R9、热敏电阻连接到地，热敏电阻与R9连接端经电容C5滤 波得到。参照图2a、图2b，该控制电路还包括防止反接电路，防止反接电路由二极管Dl组 成。所述输出单元8利用继电器RELl控制对负载的通断。参照图3，所述PWM驱动电路4包括三极管Q6、Q7和Q10、电阻RlO和R12 R16、 电容C8和电容EC4及二极管D4、D9 ；所述三极管Q7的基极通过电阻Rl3、Rl5接地，三极管 Q7的发射极经电阻R14到地，三极管Q7的集电极连接到三极管Q6的基极，三极管Q6的发 射极通过电阻R12连接到三极管Q7的集电极，三极管Q6的集电极连接到三极管QlO的基 极，电阻RlO与二极管D9串联后跨接在三极管QlO的发射极与基极之间，电阻R16跨接在 三极管QlO的集电极与基极之间，三极管QlO集电极通过电容EC4连接Q6的发射极；三极 管QlO的集电极外接MOS管的S极，三极管QlO发射极外接MOS管的G极。参照图4，所述辅助电源11由两片芯片MC34063组成BUCK、Boost电路。图中包 括电阻 R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27，电容 C12、C13、C14、C15、C16，电解电容 EC5、EC6、 EC8，二极管 D5、D6，电感 Li、L2，芯片 U4、U5。图5a、图恥构成显示及按键设置电路，所述显示及按键设置电路10主要由4位8 字数码管，三个LED灯LED1、LED2、LED3组成。图中包括电阻R11、似8…R44，电容C11、 C19、C20、C21、C22、C23，三极管 Ql、Q2、Q3、Q4、Q9,开关 SW1、SW2，LED 灯 LED1、LED2、LED3, 晶振Y1，接口 C0N4，数码管以及IC3和IC4。所述MCU控制单元1采用STC12CM10AD芯片对整个电路实现采集、显示、按键、 MPPT算法实现等功能。实际应用中所述太阳能电压采集电路2用于对太阳能光电板的电压进行采集； 所述太阳能电流采集电路3用于对太阳能光电板的电流进行采集；通过对太阳能电池电 压、电流的采集、控制，实现对最大功率点的跟踪算法，实现对太阳能电池板的利用效率最 大化。所述输出电压采集电路5、充电电流采集电路6、电池电压采集电路7分别用于采集 输出电压、充电电流、充电电压；通过采集输出电压、充电电压、充电电流来实现对储能电池 的充电参数的精确控制。所述温度采集电路9用于对温度的精度采集，添加温度补偿的充 电策略，实现对储能电池的保护和最优化控制。MCU利用对输出电压和充电电流的采集，控 制PWM驱动电路的占空比来实现恒流、恒压、浮充的充电方式；MCU利用对太阳能电池的输 入电压、电流的采集，控制PWM驱动电路对输入功率进行调整，始终保持太阳能电池板的输 入功率最大。其他实施例所述输出单元8还可以由MOS管或其他开关器件来实现对负载的开关控制。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施例，但本实用新型的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的范围内，根据本实用新型的 技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其特征是包括MCU控制单元 (1)、太阳能电压采集电路O)、太阳能电流采集电路(3)、PWM驱动电路G)、输出电压采集 电路(5)、充电电流采集电路(6)、电池电压采集电路(7)、输出单元⑶、温度采集电路(9)、 显示及按键设置电路(10)和电源电路(11) ；MCU控制单元(1)各有一个输入端分别与太阳 能电压采集电路O)、太阳能电流采集电路(3)、输出电压采集电路(5)、充电电流采集电路(6)、电池电压采集电路(7)、温度采集电路(9)、显示及按键设置电路(10)、电源电路(11) 的输出端连接；MCU控制单元(1)的输出端分别与PWM驱动电路(4)的输入端、显示及按键 设置电路(10)的输入端、输出单元(8)的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其特征是 该控制电路还包括防止反接电路，防止反接电路由二极管Dl组成。
3.根据权利要求1所述的具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其特征是 所述太阳能电压采集电路O)由放大芯片IC2A及电容C4和电阻R3、R6组成；所述太阳能 电流采集电路(3)由电流处理芯片U2、康铜丝Rl和电容C18组成。
4.根据权利要求1所述的具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其特征是 所述P丽驱动电路⑷包括三极管Q6、Q7和Q10、电阻RlO和R12 R16、电容C8和电容 EC4及二极管D4、D9 ；所述三极管Q7的基极通过电阻R13、R15接地，三极管Q7的发射极经 电阻R14到地，三极管Q7的集电极连接到三极管Q6的基极，三极管Q6的发射极通过电阻 R12连接到三极管Q7的集电极，三极管Q6的集电极连接到三极管QlO的基极，电阻RlO与 二极管D9串联后跨接在三极管QlO的发射极与基极之间，电阻R16跨接在三极管QlO的集 电极与基极之间，三极管QlO集电极通过电容EC4连接Q6的发射极；三极管QlO的集电极 外接MOS管的S极，三极管QlO发射极外接MOS管的G极。
5.根据权利要求1所述的具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其特征是 所述输出电压采集电路(5)由放大芯片IClB及外围电阻R4、R7、电容C6组成；所述充电 电流采集电路(6)由电流处理芯片U3及康铜丝R2、电容C17组成；所述电池电压采集电路(7)由放大芯片IClA及电阻R5、R8、电容C3、C7组成。
6.根据权利要求1所述的具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其特征是 所述温度采集电路(9)由电阻R9、与插口 C0N3连接的热敏电阻和电容C5组成。
7.根据权利要求1所述的具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其特征是 所述显示及按键设置电路(10)主要由4位8字数码管，三个LED灯组成。
8.根据权利要求1所述的具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其特征是 所述辅助电源(11)由两片电压转换控制芯片MC34063及外围电路组成。
9.根据权利要求1所述的具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其特征是 所述输出单元(8)通过单片机控制继电器或MOS管与负载连接、由单片机控制继电器或MOS 管控制负载的开/关。
10.根据权利要求1所述的具有最大功率点跟踪的太阳能充/放电控制电路，其特 征是所述MCU控制单元(1)由单片机芯片及其外围电路构成；所述单片机芯片的型号为 STCl 2C541 OAD。
专利摘要本实用新型涉及具有最大功率点跟踪结构的太阳能充/放电控制电路，其特征是包括MCU控制单元(1)、太阳能电压采集电路(2)、太阳能电流采集电路(3)、PWM驱动电路(4)、输出电压采集电路(5)、充电电流采集电路(6)、电池电压采集电路(7)、输出单元(8)、温度采集电路(9)、显示及按键设置电路(10)和电源电路(11)。本实新型能够对储能电池进行充电参数的精确控制，针对蓄电池充电采用最好的三段式充电，通过对温度的采集，可以选择温度补偿的充电策略；利用对太阳能电池的输入电压、电流的采集，控制PWM的占空比可以实现对输入功率的最大跟踪，使太阳能电池板的输入效率得到极大提高。
文档编号H02J7/00GK201854045SQ2010205142
公开日2011年6月1日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者姚长标, 汪军 申请人:佛山市顺德区瑞德电子实业有限公司