具有充电和放电功能的太阳能控制系统的制作方法

本发明涉及太阳能空调领域，特别涉及一种具有充电和放电功能的太阳能控制系统。

背景技术：

太阳能空调系统由太阳能电池、控制器、蓄电池和变频空调器等部分组成。现有的太阳能空调系统存在如下缺陷：控制器防雷保护措施不力，影响系统安全性能；蓄电池的多个单体蓄电池之间的容量和自放电不可避免的存在不一致的情形，影响蓄电池寿命。

另外，当出现连续的几个阴雨天时，蓄电池的电力不足以维持被供电设备工作的需要，这将会影响被供电设备的正常工作，要解决该问题，可以加大蓄电池和太阳能电池板的容量，这样就不可避免需要敷设电源线，就会带来大量施工和高额成本，其成本会大幅度上升。另外，电磁干扰也会影响太阳能空调系统，其使用时可靠性不高。

逆变器通常用于将直流电转换为交流电，其在直流侧通常包括有直流侧储能电容。当逆变器停止工作时，储存在直流侧储能电容上的电能需要快速的释放掉。尤其是转换电压较高的逆变器，其在停止工作时，储存在直流侧储能电容上的电能的危险性更大。故在断开逆变器的电源使其停止工作时，需要极快的将其直流侧储能电容上的电能释放掉。

传统的放电电路通常直接在直流侧储能电容的正负极间接上一个电阻，通过该电阻来消耗掉该流侧储能电容上的电能。当逆变器正常运行时，电阻一直并联于直流侧储能电容的两端，由于直流侧储能电容是直接并联于逆变器的直流侧的输入端上，即逆变器的直流侧的正极端和负极端之间的电压直接加载于电阻上，所以电阻一直消耗着电能，这种电容放电方式使得能量损耗较大。同时，由于电阻长期在高压下工作，电阻容易温度过高且容易损坏，故其不仅缩短了电阻的寿命，同时也降低了逆变器工作的安全可靠性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可以有效防雷、提高系统安全性能、安装方便、成本较低、可靠性较高、能耗较低的具有充电和放电功能的太阳能控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有充电和放电功能的太阳能控制系统，包括太阳能电池、太阳能控制器、蓄电池和变频空调器，所述太阳能控制器包括充电电路、控制电路、防雷电路和放电电路，所述变频空调器包括逆变电路和压缩机，所述太阳能电池与所述充电电路连接，所述充电电路通过所述控制电路与所述放电电路连接，所述充电电路和放电电路还均与所述蓄电池连接，所述控制电路通过所述防雷电路与所述蓄电池连接，所述放电电路还通过所述逆变电路与所述压缩机连接；

所述充电电路包括第二十一二极管、第二十二二极管、第二十三发光二极管、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第二十六电阻、第二十七电阻、第二十八电阻、第二十一热敏电阻、第二十二热敏电阻、第二十一三极管、第二十一电容、第二十二电容和第二十一充电管理芯片，所述第二十一二极管的阳极与所述太阳能电池的正极连接，所述第二十一二极管的阴极分别与所述第二十一电容的一端、第二十电阻的一端、第二十一电阻的一端、第二十三电阻的一端、第二十一热敏电阻的一端连接，所述第二十一电容的另一端接地并与所述充电管理芯片的第六引脚连接，所述第二十电阻的另一端与所述充电管理芯片的第三引脚连接，所述第二十一电阻的另一端分别与所述第二十二电阻的一端和充电管理芯片的第八引脚连接，所述第二十二电阻的另一端与所述充电管理芯片的第一引脚连接，所述第二十三电阻的另一端分别与所述第二十四电阻的一端和第二十一三极管的发射极连接，所述第二十四电阻的另一端与所述充电管理芯片的第一引脚连接，所述第二十一三极管的基极通过所述第二十五电阻与所述充电管理芯片的第七引脚连接，所述第二十一三极管的集电极通过所述第二十六电阻与所述第二十二二极管的阳极连接，所述第二十二二极管的阴极分别与所述充电管理芯片的第二引脚、第二十二电容的一端和蓄电池的正极连接，所述第二十二电容的另一端接地，所述第二十一热敏电阻的另一端分别与所述第二十八电阻的一端和第二十二热敏电阻的一端连接，所述第二十八电阻的另一端与所述充电管理芯片的第四引脚连接，所述第二十二热敏电阻的另一端接地，所述充电管理芯片的第五引脚通过所述第二十七电阻与所述第二十三发光二极管的阳极连接，所述第二十三发光二极管的阴极接地；

所述逆变电路的直流侧包括第四十一储能电容，所述第四十一储能电容的一端与所述逆变电路的直流侧的正极输入端连接，所述第四十一储能电容的另一端与所述逆变电路的直流侧的负极输入端连接，所述逆变电路的直流侧的负极输入端接地，所述放电电路包括与所述第四十一储能电容并联的放电控制单元和放电支路，所述放电控制单元包括第四十一电阻、第四十二电阻、第四十四电阻、第四十二电容和第四十一三极管，所述放电支路包括第四十五放电电阻和第四十二MOS管，所述第四十一三极管的基极通过所述第四十一电阻连接所述逆变电路的电源信号输出端，所述第四十一三极管的集电极分别与所述第四十二电阻的一端、第四十四电阻的一端和第四十二电容的一端连接，所述第四十二电阻的另一端与所述逆变电路的直流侧的正极输入端连接，所述第四十一三极管的发射极和第四十四电阻的另一端均接地，所述第四十二MOS管的栅极与所述第四十二电容的另一端连接，所述第四十二MOS管的漏极通过所述第四十五放电电阻与所述逆变电路的直流侧的正极输入端连接，所述第四十二MOS管的源极接地。

在本发明所述的具有充电和放电功能的太阳能控制系统中，所述放电控制单元还包括第四十三电阻，所述第四十一三极管的发射极通过所述第四十三电阻接地。

在本发明所述的具有充电和放电功能的太阳能控制系统中，所述放电控制单元还包括第四十三电容，所述第四十三电容与所述第四十三电阻并联。

在本发明所述的具有充电和放电功能的太阳能控制系统中，所述放电支路还包括第四十六电阻，所述第四十二MOS管的源极通过所述第四十六电阻接地。

在本发明所述的具有充电和放电功能的太阳能控制系统中，所述第四十一三极管为NPN型三极管。

在本发明所述的具有充电和放电功能的太阳能控制系统中，所述第四十二MOS管为N沟道MOS管。

实施本发明的具有充电和放电功能的太阳能控制系统，具有以下有益效果：由于设有防雷电路，这样就可以有效防雷，提高系统安全性能；太阳能电池将太阳能转换为电能，充电管理芯片对整个充电电路进行管理，保证空调能量需要，同时可以避免敷设电源线带来的大量施工和高额成本，还能减少电磁干扰对系统的影响，放电电路主要通过第四十一三极管及第四十二MOS管的通断来控制放电支路在需要的时候进行工作，从而提高放电电路工作的安全可靠性及减少能量的损耗；所以其可以有效防雷、提高系统安全性能、安装方便、成本较低、可靠性较高、能耗较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具有充电和放电功能的太阳能控制系统一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中充电电路的电路原理图；

图3为所述实施例中放电电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明具有充电和放电功能的太阳能控制系统实施例中，该具有充电和放电功能的太阳能控制系统的结构示意图如图1所示。图1中，该具有充电和放电功能的太阳能控制系统包括太阳能电池PV、太阳能控制器1、蓄电池BAT和变频空调器2，其中，太阳能控制器1包括充电电路11、控制电路12、防雷电路14和放电电路13，变频空调器2包括逆变电路21和压缩机22，太阳能电池PV与充电电路11连接，充电电路11通过控制电路12与放电电路13连接，充电电路11和放电电路13还均与蓄电池BAT连接，控制电路12通过防雷电路14与蓄电池BAT连接，放电电路13还通过逆变电路21与压缩机22连接。太阳能电池PV是将太阳的辐射转换为电能，或送往蓄电池BAT中存储起来，或推动变频空调器2工作。太阳能控制器1的作用是控制整个具有充电和放电功能的太阳能控制系统的工作状态，并对蓄电池BAT起到过充电保护和过放电保护的作用。蓄电池BAT的作用是在有光照时将太阳能电池PV所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。变频空调器2作为交流负载，可以方便地调速。

太阳能控制器1通过其防雷电路14可以有效防雷，增强系统的防雷能力，提高系统的安全性能，蓄电池BAT在不损失太阳能转换能量的前提下，提高了蓄电池组3的充电效率及太阳能电源的实际使用效率，蓄电池BAT进行充电的同时又可以保证蓄电池BAT的活性，避免了蓄电池BAT发生沉积，从而较大程度的延长了蓄电池BAT的寿命。

图2为本实施例中充电电路的电路原理图，图2中，充电电路11包括第二十一二极管D21、第二十二二极管D22、第二十三发光二极管LED23、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十一热敏电阻RT21、第二十二热敏电阻RT22、第二十一三极管Q21、第二十一电容C21、第二十二电容C22和第二十一充电管理芯片U21，其中，第二十电阻R20、第二十四电阻R24、第二十六电阻R26和第二十八电阻R28均为限流电阻，用于进行过流保护，提高系统的安全性能。

其中，第二十一二极管D21的阳极与太阳能电池的正极PV+连接，第二十一二极管D21的阴极分别与第二十一电容C21的一端、第二十电阻R20的一端、第二十一电阻R21的一端、第二十三电阻R23的一端、第二十一热敏电阻RT21的一端连接，第二十一电容C21的另一端接地并与充电管理芯片U21的第六引脚连接，第二十电阻R20的另一端与充电管理芯片U21的第三引脚连接，第二十一电阻R21的另一端分别与第二十二电阻R22的一端和充电管理芯片U21的第八引脚连接，第二十二电阻R22的另一端与充电管理芯片U21的第一引脚连接，第二十三电阻R23的另一端分别与第二十四电阻R24的一端和第二十一三极管Q21的发射极连接，第二十四电阻R24的另一端与充电管理芯片U21的第一引脚连接。

本实施例中，第二十一三极管Q21的基极通过第二十五电阻R25与充电管理芯片U21的第七引脚连接，第二十一三极管Q21的集电极通过第二十六电阻R26与第二十二二极管D22的阳极连接，第二十二二极管D22的阴极分别与充电管理芯片U21的第二引脚、第二十二电容C22的一端和蓄电池的正极BAT+连接，第二十二电容C22的另一端接地，第二十一热敏电阻RT21的另一端分别与第二十八电阻R28的一端和第二十二热敏电阻RT22的一端连接，第二十八电阻R28的另一端与充电管理芯片U21的第四引脚连接，第二十二热敏电阻RT22的另一端接地，充电管理芯片U21的第五引脚通过第二十七电阻R27与第二十三发光二极管LED23的阳极连接，第二十三发光二极管LED23的阴极接地。

本实施例中，充电管理芯片U21的第一引脚为充电电流感测输入，第二引脚为蓄电池电压输入，第三引脚为工作电源输入，第四引脚为温度感测输入，第五引脚为充电状态输出，第六引脚为工作电源地输入，第七引脚为充电控制输出，第八引脚为充电速率补偿输入。太阳能电池板PV为该充电电路11提供充电电压，第二十一二极管D21用于反向截止，防止充电电路11反向送电，第二十一电容C21是充电管理芯片U21的滤波电容，第二十二电容C22是输出充电电压的滤波电容，第二十二二极管D21用于反向截止，防止因为第二十一三极管Q21存在漏电流而导致蓄电池BAT的电量损耗。

本实施例中，充电管理芯片U21的第一引脚能够检测第二十三电阻R23的压降，从而控制充电电流大小，第二引脚用于检测充电电压和电池电压，第三引脚和第六引脚用于接入工作电源，第四引脚可以通过第二十一热敏电阻RT11和第二十二热敏电阻RT22检测蓄电池BAT的温度，防止在蓄电池BAT的温度过高时充电，由于该充电电路11不需检测蓄电池BAT的温度，故将第二十一热敏电阻RT11和第二十二热敏电阻RT22设为相同阻值，第五引脚为充电状态输出，在充电时第二十三发光二极管LED23亮，充满后第二十三发光二极管LED23灭，第七引脚通过第二十五电阻R25控制第二十一三极管Q21通过的电流大小，从而起到控制充电电流的作用，第八引脚通过检测第二十一电阻R21和第二十二电阻R22之间的分压，以补偿蓄电池BAT的内部阻抗和电路中的压降，从而提高充电速率。

该充电电路11能够利用太阳能电池PV向蓄电池BAT补充电能，其中太阳能电池PV把太阳能转化为电能，充电管理芯片U21对整个充电电路11进行管理，保证空调的能量需要，同时可避免敷设电源线带来的大量施工和高额成本，还可减少电磁干扰对该具有充电控制的太阳能空调系统的影响。因此该充电电路11具有安装方便、成本低廉和使用可靠的优点。

图3为本实施例中放电电路的电路原理图。图3中，逆变电路的直流侧包括第四十一储能电容C41，第四十一储能电容C41的一端与逆变电路的直流侧的正极输入端BUS+连接，第四十一储能电容C41的另一端与逆变电路的直流侧的负极输入端BUS-连接，逆变电路的直流侧的负极输入端BUS-接地。图3中，第四十一电阻R41、第四十二电阻R42、第四十四电阻R44、第四十二电容C42和第四十一三极管Q41构成放电控制单元，第四十五放电电阻R45和第四十二MOS管Q42构成放电支路，该放电电路13包括放电控制单元和放电支路，放电控制单元和放电支路均与第四十一储能电容C41并联。其中，第四十一电阻R41为限流电阻，用于进行过流保护。第四十一电容为耦合电容，用于防止第四十一三极管和第四十二MOS管之间的干扰。

本实施例中，第四十一三极管Q41的基极通过第四十一电阻R41连接逆变电路21的电源信号输出端VCC，第四十一三极管Q41的集电极分别与第四十二电阻R42的一端、第四十四电阻R44的一端和第四十二电容C42的一端连接，第四十二电阻R42的另一端与逆变电路的直流侧的正极输入端BUS+连接，第四十一三极管Q41的发射极和第四十四电阻R44的另一端均接地，第四十二MOS管Q42的栅极与第四十二电容C42的另一端连接，第四十二MOS管Q42的漏极通过第四十五放电电阻R45与逆变电路的直流侧的正极输入端BUS+连接，第四十二MOS管Q42的源极接地。

当逆变电路21正常工作时，其开关电源就能正常的工作，故逆变电路21的电源信号输出端VCC就会输出电压，此时第四十一三极管Q41就处于导通状态，第四十一三极管Q41的集电极处的电压V1被拉低(通常此处的V1≈0)，所以第四十二MOS管Q42的栅极的电压V2被拉低，故第四十二MOS管Q42截止。所以，第四十五放电电阻R45处于悬空状态，故逆变电路21工作时，即第四十一储能电容C41不需要放电时，避免了第四十五放电电阻R45带来的能量损耗及长时间高压工作对第四十五放电电阻R45的损伤。

当逆变电路21停机时，此时逆变电路21内部的第四十一储能电容C41上仍然储存大量的电能。此时由于逆变电路21已经停机，所以开关电源没有启动，故电源信号输出端VCC的电压约为0，所以第四十一三极管Q41的基极的电压约为0，故第四十一三极管Q41截止。则第四十一三极管Q41的集电极处的电压V1＝R44/(R44+R42)*V_BUS，V2≈R44/(R44+R42)*V_BUS，其中，V_BUS为第四十一储能电容C41两端的电压值。所以当V2＞Vth(Vth为第四十二MOS管Q42的门限电压)时第四十二MOS管Q42导通，故放电支路开始工作，即第四十一储能电容C41里面的电能通过第四十五放电电阻R45和第四十二MOS管Q42开始放电，随即V_BUS就会降低，直至V_BUS降低至V2小于Vth时，即V_BUS<Vth*(R44+R42)/R44时，第四十二MOS管Q42截止，则放电支路停止放电。

本实施例中，放电控制单元根据逆变电路21的开关机来控制放电支路的第四十二MOS管Q42的通断，从而控制第四十五放电电阻R45是否与第四十一储能电容C41接通，以使第四十一储能电容C41上的电能释放至第四十五放电电阻R45上，即放电控制单元中的第四十一三极管Q41的通断受控于电源信号输出端VCC，进而放电控制单元控制放电支路中第四十二MOS管Q42的通断，从而有效的控制第四十五放电电阻R45的工作，故第四十五放电电阻R45可以避免长期在高压下工作，第四十五放电电阻R45可以根据逆变电路21的启停来安全可靠的工作，从而使放电电路13及逆变电路21的工作安全可靠，且减少了第四十五放电电阻R45上能量的损耗。

也就是说，第四十一三极管Q41及第四十二MOS管Q42能快速的根据逆变电路21的启停(即电源信号输出端VCC的变化)来控制第四十一储能电容C41的电能是否能通过第四十五放电电阻R45释放至安全电位。故放电电路13能在逆变电路21工作时不放电，在逆变电路21不工作时立即使第四十一储能电容C41放电，从而使放电电路13在需要的时候合理的放电，进而保证了第四十五放电电阻R45及逆变电路21工作的安全性及可靠性，且大大减少了第四十五放电电阻R45带来的能耗。

值得一提的是，本实施例中，第四十一三极管Q41为NPN型三极管，第四十二MOS管Q42为N沟道MOS管。当然，在本实施例的一些情况下，第四十一三极管Q41也可以为PNP型三极管，第四十二MOS管Q42也可以为P沟道MOS管，但这时放电电路13的电路结构也会相应发生变化。

本实施例中，放电控制单元还包括第四十三电阻R43，第四十一三极管Q41的发射极通过第四十三电阻R43接地。第四十三电阻R43为限流电阻，用于进行过流保护。该放电控制单元还包括第四十三电容C43，第四十三电容C43与第四十三电阻C43并联。第四十三电容C43为旁路电容，用于将交流信号旁路掉。

本实施例中，放电支路还包括第四十六电阻R46，第四十二MOS管Q12的源极通过第四十六电阻R46接地。第四十六电阻R46为限流电阻，用于进行过流保护。

总之，本发明由于设有防雷电路14，这样就可以有效防雷，提高系统安全性能；另外，充电电路11具有安装方便、成本低廉和使用可靠的优点，放电电路13相比现有技术，其采用第四十一三极管Q41、第四十二MOS管Q42及第四十五放电电阻R45代替了原有独立的放电电阻，这样可以根据逆变电路21的启停控制放电电路13在适当的时间里工作，从而提高了第四十五放电电阻R45及放电电路13工作的安全性及可靠性，且能够减少第四十五放电电阻R45上的热损耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。