专利名称：一种风光互补供电系统的制作方法
技术领域：
一种风光互补供电系统
技术领域：
本实用新型涉及一种供电系统，特别涉及一种风光互补供电系统。背景技术：
在全球能源日趋紧张的今天，太阳能供电及风能发电正在逐步普及。目前国内和国际所 流行的太阳能光伏供电系统利用太阳能电池板的光伏效应将太阳能转化成电能，再利用包括 蓄电池在内的控制系统来实现灯光照明。然而，虽然上述方案利用太阳能源局部缓解了电力 紧张，但也存在其技术瓶颈问题，例如在持续几天的阴雨天气条件下，太阳能板将无法供 电，蓄电池的电量将逐步耗尽，最后要切换至常规电力系统。
风能发电系统则是通过风能发电机将自然风能转换为电能，再利用包括蓄电池在内的控 制系统来实现灯光照明。风能发电系统的不足在于当遇到无风的天气时将无法供电。
国内外的一些企业已开始尝试将太阳能供电和风能发电二者进行结合，以相互取长补短 ，来提供持续的电力。然而，目前现有的风光互补供电系统多采用逆变系统，其缺陷是在目 前的逆变过程中所损耗的电能约为50%，使风电互补系统的成本居高不下。
实用新型内容
为了克服现有技术的风光互补供电系统中采用的逆变系统效率低下的技术问题，本实用 新型提供了一种采取低压直流输出的高效风光互补供电系统。
本实用新型为实现上述目的而采用的技术方案是提供一种风光互补供电系统，包括 太阳能电池板输入控制电路，用于连接太阳能电池板，并将输入的第一输入电压转换成第一 直流充电电压；风能发电机输入控制电路，用于连接风能发电机，并将输入的第二输入电压 转换成第二直流充电电压；充电控制电路，用于连接太阳能电池板输入控制电路和风能发电 机输入控制电路，并控制太阳能电池板输入控制电路和风能发电机输入控制电路对电池的充 电过程；以及输出控制电路，用于连接电池，并将电池的直流输出电压转换成直流供电电压
根据本实用新型的一种优选实施方式，太阳能电池板输入控制电路包括用于将第一输入 电压降压成第一直流充电电压的第一脉宽调制降压电路，风能发电机输入控制电路包括用于 将第二输入电压降压成第二直流充电电压的第二脉宽调制降压电路。
根据本实用新型的一种优选实施方式，太阳能电池板输入控制电路还包括用于检测第一输入电压且基于第一输入电压的检测结果控制第一脉宽调制降压电路的第一输入电压检测电 路，风能发电机输入控制电路包括用于检测第二输入电压且基于第二输入电压的检测结果控 制第二脉宽调制降压电路的第二输入电压检测电路。
根据本实用新型的一种优选实施方式，太阳能电池板输入控制电路还包括用于检测第一 脉宽调制降压电路的第一输出电流且基于第一输出电流的检测结果控制第一脉宽调制降压电 路的第一输出电流检测电路，风能发电机输入控制电路还包括用于检测第二脉宽调制降压电 路的第二输出电流且基于第二输出电流的检测结果控制第二脉宽调制降压电路的第二输出电 流检测电路。
根据本实用新型的一种优选实施方式，充电控制电路包括用于检测电池的充电电流且基 于充电电流的检测结果控制第一脉宽调制降压电路和第二脉宽调制降压电路的充电电流检测 电路以及用于检测电池的充电电压或直流输出电压且基于充电电压或直流输出电压的检测结 果控制第一脉宽调制降压电路、第二脉宽调制降压电路或输出控制电路的电池电压检测电路
根据本实用新型的一种优选实施方式，当充电电压高于第一阈值时，电池电压检测电路 控制第一脉宽调制降压电路和第二脉宽调制降压电路关闭，当直流输出电压低于第二阈值时 ，电池电压检测电路控制输出控制电路关闭。
根据本实用新型的一种优选实施方式，输出控制电路包括用于将直流输出电压升压成直 流供电电压的脉宽调制升压电路。
根据本实用新型的一种优选实施方式，输出控制电路进一步包括用于检测直流供电电压 以使脉宽调制升压电路基于直流供电电压的检测结果来进行脉宽调节的反馈电路。
根据本实用新型的一种优选实施方式，输出控制电路进一步连接太阳能电池板输入控制 电路和风能发电机输入控制电路，并将第一直流充电电压和第二直流充电电压转换成直流供 电电压。
根据本实用新型的一种优选实施方式，风光互补供电系统包括多个并联连接的风能发电 机输入控制电路。
通过上述结构，风光互补供电系统可以产生低压直流输出，避免了使用逆变系统所带来 的损耗，并且电路简单可靠。此外，本实用新型充分考虑了各种极端的情况，提供了过压、 欠压、过流保护，并且利用脉宽调制升压及降压技术，效率高，可以实现最大限度的能量转 换。
图l是根据本实用新型的风光互补供电系统的方框示意图； 图2是根据本实用新型一具体实施例的风光互补供电系统的方框示意图； 图3是根据本实用新型一具体实施例的输入控制电路的电路图； 图4是图3所示的输入控制电路中的输入电压检测电路的电路图； 图5是图3所示的输入控制电路中的输出电流检测电路的电路图； 图6是根据本实用新型一具体实施例的充电控制电路的电路图； 图7是图6所示的充电控制电路中的电池电压检测电路的电路图； 图8是根据本实用新型一具体实施例的输出控制电路的电路图； 图9是图8所示的输出控制电路中的反馈电路的电路图。
具体实施方式
如图1所示，图l是根据本实用新型的风光互补供电系统的方框示意图。在本实用新型中 ，风光互补供电系统主要包括如下电路模块太阳能电池板输入控制电路、风能发电机输入 控制电路、充电控制电路以及输出控制电路。太阳能电池板输入控制电路连接太阳能电池板 ，并将从太阳能电池板直接输入或经其它元件转换后输入的输入电压转换成第一直流充电电 压。风能发电机输入控制电路连接风能发电机，并将从风能发电机直接输入或经其它元件转 换后输入的输入电压转换成第二直流充电电压。充电控制电路连接上述两个输入控制电路， 并控制二者对电池的充电过程。输出控制电路连接电池，并将电池的直流输出电压转换成直 流供电电压，以对负载进行直流供电。负载可以是结合LED灯或直流无极灯的公共照明系统 ，例如路灯、庭院灯、楼道灯、指示灯及地下停车场等公共照明。
在本实用新型中，输出控制电路还可进一步连接太阳能电池板输入控制电路和风能发电 机输入控制电路，并将二者的直流输出电压直接转换成直流供电电压，以供负载使用。
如图2所示，图2是根据本实用新型一具体实施例的风光互补供电系统的方框示意图。在 图2中，太阳能电池板输入控制电路U1的接口J1可连接到充电控制电路U5的接口J2，并经接 口J9连接至太阳能电池板。风能发电机输入控制电路U2、 U3、 U4的接口J3、 J5、 J7分别连接 到充电控制电路U5的接口J4、 J6、 J8，以使风能发电机输入控制电路U2、 U3、 U4并联连接到 充电控制电路U5。风能发电机输入控制电路U2、 U3、 U4进一步经接口J10连接至风能发电机 。充电控制电路U5对电池BT1进行充电。输出控制电路U6将电池BT1的直流输出电压转换成直 流供电电压后经接口J11输出，以供负载使用。
如图3所示，图3是根据本实用新型一具体实施例的输入控制电路的电路图。在图3中， 太阳能电池板输入控制电路U1采用脉宽调制降压电路，将来自太阳能电池板的输入电压直流降压成16V，经接口J1输出到充电控制电路U5给电池BT1充电或直接经过输出控制电路U6升压 成24V供给负载使用。在本实施例中，脉宽调制降压电路是基于LM2596芯片，其中电阻R1、 R2用于设定LM2596的输出电压。
如图4所示，太阳能电池板输入控制电路U1则进一步包括用于检测来自太阳能电池板的 输入电压且基于检测结果控制脉宽调制降压电路的输入电压检测电路。其中当输入电压高于 设定值(通过可调电阻VR1设定检测值)时，比较器C1的引脚12上的电压大于引脚13上的电 压4. 7V，比较器C1的引脚11输出低电平。该低电平经取反变成高电平后输入LM2596的控制引 脚，从而使得LM2596不工作，以保护输入设备。当输入电压低于设定值时，比较器C1输出高 电平，经取反变成低电平后输入LM2596的控制引脚，从而开启LM2596工作。
如图5所示，太阳能电池板输入控制电路U1则进一步包括用于检测脉宽调制降压电路的 输出电流且基于检测结果控制脉宽调制降压电路的输出电流检测电路。其中电阻R3的阻值为 0. l欧姆，当大约3A的电流经过电阻R3向充电控制电路U5供电时，在电阻R3上的压降V4. IX 3=0. 3V。晶体管Q1和晶体管Q2为相同的晶体管，其导通压降相同。晶体管Q2的基极和晶体管 Ql的基极连接在一起，由此电阻R4上的压降等于电阻R3上的压降，所以电阻R4上的压降也约 为O. 3V。电阻R4上的压降经过Q1放大15倍(R5/R4=15)后，电阻R5上的电压就达到O. 3X 15=4. 5V左右，从而使得比较器C2的引脚22上的电压接近比较器C2的引脚23的电压4. 7V。由 此，当输出电流变大时，比较器C2的引脚21输出变成低电平，使LM2596停止工作，从而保护 LM2596。
风能发电机输入控制电路U2、 U3、 U4的电路结构与太阳能电池板输入控制电路U1结构一 致，在此不再赘述。风能发电机输入控制电路U2、 U3、 U4三者并联连接，每个输入控制电路 中的LM2596可以提供3A的输出电流，三者组合可以提供9A左右的电流，从而满足电路电流要 求。
图6是根据本实用新型一具体实施例的充电控制电路的电路图。在图6中，充电控制电路 U5中的晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管Q5、 二极管D1等元件组成充电电流检测电路，以对电池 BT1的充电电流进行检测，并基于检测结果控制输入控制电路U1、 U2、 U3、 U4的脉宽调制降 压电路。其中当充电电流大于10A时，电阻R6上的压降等于电阻R7和电阻R8上的压降为0.05 X10=0.5V，该压降经过Q3的放大，然后经过晶体管Q5的电压跟随后可以使二极管D1和晶体 管Q6导通，从而使输入控制电路U1、 U2、 U3、 U4的LM2596芯片的控制引脚为高电平，从而使 LM2596不工作，所以关闭所有的输入电源，避免充电电流过大损坏电池。
如图7所示，在充电控制电路U5进一步包括电池电压检测电路。比较器C3构成电池充电
8电压检测电路，其中当充电电压等于16V的时候，比较器C3的引脚32的电压为16VXR9/R10^ 6.8V，约等于引脚33的电压。当充电电压变高时，会使比较器C3的引脚31产生高电平信号 VI，从而使晶体管Q3导通，然后经过晶体管Q5的电压跟随后可以使二极管D1和晶体管Q6导通 ，从而使输入控制电路U1、 U2、 U3、 U4中的LM2596芯片的控制引脚均为高电平，使所有 LM2596不工作，关闭所有的输入控制电路，从而避免电池过充。
此外，比较器C4构成另一电池电压检测电路，其结构与比较器C3所构成的电压检测电路 类似。当电池BT1的直流输出电压低于9V时，比较器C4输出低电平信号V2，关闭输出控制电 路U6。其中输出控制电路U6的控制引脚连到比较器C4的输出引脚，当输出控制电路U6的控制 引脚为低电平时，内部不振荡，停止升压，以防止电池因为过放电而损坏。
图8是根据本实用新型一具体实施例的输出控制电路的电路图。在图8中，输出控制电路 U6采用脉宽调制升压电路，以将电池BT1或者输入控制模块U1、 U2、 U3、 U4输出的变化较大 的直流电压(9V-—16V)直流升压到稳定的24V直流供电电压，以供负载使用。在本实施例 中，电感L1、电感L2、晶体管Q7和晶体管Q8组成电感升压电路，其中通过先向电感L1、 L2充 电，并在充电后利用电感L1、 L2储能的原理，和该电感串联，类似串联一个电压源，从而实 现升压。
如图9所示，电阻Rll、 R12组成反馈电路，用来检测输出控制电路U6输出的直流供电电 压是不是24V。当大于24V或是小于24V的时候，脉宽调制升压电路根据反馈信号FBK进行脉宽 调制，改变脉宽从而得到稳定的直流供电电压。
通过上述结构，风光互补供电系统可以产生低压直流输出，避免了使用逆变系统所带来 的较大的转换损耗，并且电路简单可靠。此外，本实用新型充分考虑了各种极端的情况，提 供了过压、欠压、过流保护，并且利用脉宽调制升压及降压技术，效率高，可以实现最大限 度的能量转换。
在上述实施例中，仅对本实用新型进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专 利申请后可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下对本实用新型进行各种修改。
权利要求1.一种风光互补供电系统，其特征在于所述风光互补供电系统包括太阳能电池板输入控制电路，用于连接太阳能电池板，并将输入的第一输入电压转换成第一直流充电电压；风能发电机输入控制电路，用于连接风能发电机，并将输入的第二输入电压转换成第二直流充电电压；充电控制电路，用于连接所述太阳能电池板输入控制电路和所述风能发电机输入控制电路，并控制所述太阳能电池板输入控制电路和所述风能发电机输入控制电路对电池的充电过程；以及输出控制电路，用于连接所述电池，并将所述电池的直流输出电压转换成直流供电电压。
2.根据权利要求l所述的风光互补供电系统，其特征在于，所述太阳 能电池板输入控制电路包括用于将所述第一输入电压降压成所述第一直流充电电压的第一脉 宽调制降压电路，所述风能发电机输入控制电路包括用于将所述第二输入电压降压成所述第 二直流充电电压的第二脉宽调制降压电路。
3.根据权利要求2所述的风光互补供电系统，其特征在于，所述太阳 能电池板输入控制电路还包括用于检测所述第一输入电压且基于所述第一输入电压的检测结 果控制所述第一脉宽调制降压电路的第一输入电压检测电路，所述风能发电机输入控制电路 包括用于检测所述第二输入电压且基于所述第二输入电压的检测结果控制所述第二脉宽调制 降压电路的第二输入电压检测电路。
4 根据权利要求2所述的风光互补供电系统，其特征在于，所述太阳 能电池板输入控制电路还包括用于检测所述第一脉宽调制降压电路的第一输出电流且基于所 述第一输出电流的检测结果控制所述第一脉宽调制降压电路的第一输出电流检测电路，所述 风能发电机输入控制电路还包括用于检测所述第二脉宽调制降压电路的第二输出电流且基于 所述第二输出电流的检测结果控制所述第二脉宽调制降压电路的第二输出电流检测电路。
5 根据权利要求2所述的风光互补供电系统，其特征在于，所述充电 控制电路包括用于检测所述电池的充电电流且基于所述充电电流的检测结果控制所述第一脉 宽调制降压电路和所述第二脉宽调制降压电路的充电电流检测电路以及用于检测所述电池的 充电电压或所述直流输出电压且基于所述充电电压或所述直流输出电压的检测结果控制所述 第一脉宽调制降压电路、所述第二脉宽调制降压电路或所述输出控制电路的电池电压检测电 路。
6 根据权利要求5所述的风光互补供电系统，其特征在于，当所述充 电电压高于第一阈值时，所述电池电压检测电路控制所述第一脉宽调制降压电路和所述第二 脉宽调制降压电路关闭，当所述直流输出电压低于第二阈值时，所述电池电压检测电路控制 所述输出控制电路关闭。
7 根据权利要求1一6任意一项所述的风光互补供电系统，其特征在 于，所述输出控制电路包括用于将所述直流输出电压升压成所述直流供电电压的脉宽调制升 压电路。
8 根据权利要求7所述的风光互补供电系统，其特征在于，所述输出 控制电路进一步包括用于检测所述直流供电电压以使所述脉宽调制升压电路基于所述直流供 电电压的检测结果来进行脉宽调节的反馈电路。
9 根据权利要求l所述的风光互补供电系统，其特征在于，所述输出控制电路进一步连接所述太阳能电池板输入控制电路和所述风能发电机输入控制电路，并将 所述第一直流充电电压和所述第二直流充电电压转换成所述直流供电电压。
10.根据权利要求l所述的风光互补供电系统，其特征在于，所述风 光互补供电系统包括多个并联连接的所述风能发电机输入控制电路。
专利摘要本实用新型提供了一种风光互补供电系统，包括太阳能电池板输入控制电路，用于连接太阳能电池板，并将输入的第一输入电压转换成第一直流充电电压；风能发电机输入控制电路，用于连接风能发电机，并将输入的第二输入电压转换成第二直流充电电压；充电控制电路，用于连接太阳能电池板输入控制电路和风能发电机输入控制电路，并控制太阳能电池板输入控制电路和风能发电机输入控制电路对电池的充电过程；以及输出控制电路，用于连接电池，并将电池的直流输出电压转换成直流供电电压。通过上述结构，风光互补供电系统直接产生低压直流输出供负载使用，避免了使用逆变系统所带来的损耗。
文档编号H02J7/00GK201403059SQ20092030262
公开日2010年2月10日 申请日期2009年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者李县开, 李国庭, 蔡志和 申请人:李国庭;蔡志和;李县开