一种基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器的制作方法

专利名称：一种基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能充电控制器技术，特别是涉及一种基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器。
背景技术：
太阳能具有环保、无污染等优良特性，成为现代社会能源发展的方向。在太阳能技术中，最重要的技术之一就是太阳能充电控制器。现有技术中，市场上有很多太阳能充电控制器，但是都存在一些不足，一些简易型的太阳能充电控制器在蓄电池充满后，为保护蓄电池，对太阳能电池板的正负极进行短路， 这样会造成太阳能电池板阵列的节温过高，容易损坏太阳能电池板，降低太阳能电池板的使用寿命。一部分太阳能充电控制器没有太阳能电池的最大功率电跟踪(MPPT)功能，导致太阳能电池板的能量转换效率(发电功率)得不到有效的提高。也有太阳能充电控制器都采用微控制器和外围分立元件构成，造成系统电路结构复杂，同时，信号调理电路都是由外围的分立电路来实现，分立元器件存在一致性较差、存在温漂较大等缺点。针对现有技术不足，提供一种基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器以解决现有技术不足甚为必要。

发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种高效率、低成本、高集成度、保密性强、外设电路精简、电池管理更精确、系统更智能的基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器。本发明的目的通过以下技术措施实现。一种基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，设置有太阳能电池、蓄电池、保险丝、 电源转换电路、PWM驱动电路、PSoC中央处理器、充电回路、负载功率驱动电路、负载功率输出控制电路、太阳能电池电压采样电路、充电电流采样电路、蓄电池电压采样电路和负载电流采样电路；
太阳能电池的正极、太阳能电池电压采样电路的一端与充电电流采样电路的810端连接，太阳能电池采样电路的另一端与PSoC中央处理器的420端连接， 充电电流采样电路的830端与PSoC中央处理器的410端连接； 充电电流采样电路的820端与充电回路的510端连接，充电回路的520端、蓄电池电压采样电路的一端、保险丝的一端与输出负载的正极端连接；
蓄电池电压采样电路的另一端与PSoC中央处理器的430端连接； 太阳能电池的负极、电源转换电路的350端、蓄电池的负极与负载电流采样电路的 1310端连接；
蓄电池的正极与保险丝的另一端连接，电源转换电路的310端与负载功率驱动电路的 910端连接，电源转换电路的320端与PWM驱动电路的610端连接，电源转换电路的330端与PSoC中央处理器的450端连接；
PSoC中央处理器的440端与PWM驱动电路的630端连接，PWM驱动电路的620端与充电回路的530端连接；
负载电流采样电路的1330端与PSoC中央处理器的460端连接，负载电流采样电路的 1320端与负载功率输出控制电路的1110端连接；
PSoC中央处理器的470端与负载功率驱动电路的920端连接，负载功率驱动电路的 930端与负载功率输出控制电路的1120端连接，负载功率输出控制电路的1130端与输出负载的负极连接。所述PSoC中央处理器的型号为CY8CLED03D01。设置有防雷保护电路，所述防雷保护电路的一端与太阳能电池的正极连接，所述防雷保护电路的另一端与太阳能电池的负极连接。所述防雷保护电路设置为瞬态电压抑制二极管，所述瞬态电压抑制二极管一端与太阳能电池的正极连接，所述瞬态电压抑制二极管的另一端与太阳能电池的负极连接。设置有防倒流电路，所述防倒流电路的一端与所述充电回路的520端连接，所述防倒流电路的另一端与蓄电池电压采样电路的一端、输出负载正极端连接。设置有温度传感器，所述温度传感器与所述PSoC中央处理器的480端连接。所述温度传感器贴装于所述蓄电池。所述温度传感器的型号为LM75。设置有控制按键阵列，所述控制按键阵列与所述PSoC中央处理器的490端连接。设置有声光显示报警电路，所述声光显示报警电路与所述PSoC中央处理器的491 端连接。本发明的一种基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，设置有太阳能电池、蓄电池、保险丝、电源转换电路、PWM驱动电路、PSoC中央处理器、充电回路、负载功率驱动电路、 负载功率输出控制电路、太阳能电池电压采样电路、充电电流采样电路、蓄电池电压采样电路和负载电流采样电路；太阳能电池的正极、太阳能电池电压采样电路的一端与充电电流采样电路的810端连接，太阳能电池采样电路的另一端与PSoC中央处理器的420端连接， 充电电流采样电路的830端与PSoC中央处理器的410端连接；充电电流采样电路的820端与充电回路的510端连接，充电回路的520端、蓄电池电压采样电路的一端、保险丝的一端与输出负载的正极端连接；蓄电池电压采样电路的另一端与PSoC中央处理器的430端连接；太阳能电池的负极、电源转换电路的350端、蓄电池的负极与负载电流采样电路的1310 端连接；蓄电池的正极与保险丝的另一端连接，电源转换电路的310端与负载功率驱动电路的910端连接，电源转换电路的320端与PWM驱动电路的610端连接，电源转换电路的 330端与PSoC中央处理器的450端连接；PSoC中央处理器的440端与PWM驱动电路的630 端连接，PWM驱动电路的620端与充电回路的530端连接；负载电流采样电路的1330端与 PSoC中央处理器的460端连接，负载电流采样电路的1320端与负载功率输出控制电路的 1110端连接；PSoC中央处理器的470端与负载功率驱动电路的920端连接，负载功率驱动电路的930端与负载功率输出控制电路的1120端连接，负载功率输出控制电路的1130端与输出负载的负极连接。本发明采用PWM充电模式，具有12V44V电压等级自动识别功能， 应用最大功率点跟踪(MPPT)技术，智能调节太阳能电池工作点电压，使太阳能电池工作在最大功率输出状态，智能控制太阳能电池向蓄电池充电，并对直流负载进行供电。本发明采用基于PSoC的技术方案，通过对PSoC芯片的内部资源进行配置，充分利用PSoC片上可编程的数字和模拟外设资源，减少了外围硬件电路的元器件数量和PCB板尺寸，提高了系统的集成度和保密性，克服了分立元件存在的一致性差、存在温漂大的缺点，有利于降低产品本身的硬件成本和开发成本。


利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。图1是本发明的一种基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器的结构示意图。在图1中，包括
太阳能电池100、蓄电池200、电源转换电路300、PWM驱动电路600、 PSoC中央处理器400、充电回路500、负载功率驱动电路900、 负载功率输出控制电路1100、太阳能电池电压采样电路700、 充电电流采样电路800、蓄电池电压采样电路1200、 负载电流采样电路1300、防倒流电路1700、控制按键阵列1400、 声光显示报警电路1500、温度传感器1600。
具体实施例方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。见图1，一种基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，设置有太阳能电池100、蓄电池200、保险丝、电源转换电路300、PWM驱动电路600、PSoC中央处理器400、充电回路500、 负载功率驱动电路900、负载功率输出控制电路1100、太阳能电池电压采样电路700、充电电流采样电路800、蓄电池电压采样电路1200和负载电流采样电路1300，还设置有防雷保护电路、防倒流电路1700、温度传感器1600、控制按键阵列1400和声光显示报警电路1500。太阳能电池100的正极、太阳能电池电压采样电路700的一端与充电电流采样电路800的810端连接，太阳能电池电压采样电路700的另一端与PSoC中央处理器400的 420端连接，
充电电流采样电路800的830端与PSoC中央处理器400的410端连接， 充电电流采样电路800的820端与充电回路500的510端连接，充电回路500的520 端、蓄电池电压采样电路1200的一端、保险丝的一端与输出负载的正极端连接， 蓄电池电压采样电路1200的另一端与PSoC中央处理器400的430端连接， 太阳能电池100的负极、电源转换电路300的350端、蓄电池200的负极与负载电流采样电路1300的1310端连接，
蓄电池200的正极与保险丝的另一端连接，电源转换电路300的310端与负载功率驱动电路900的910端连接，电源转换电路300的320端与PWM驱动电路600的610端连接， 电源转换电路300的330端与PSoC中央处理器400的450端连接，
PSoC中央处理器400的440端与PWM驱动电路600的630端连接，PWM驱动电路600 的620端与充电回路500的530端连接，负载电流采样电路1300的1330端与PSoC中央处理器400的460端连接，负载电流采样电路1300的1320端与负载功率输出控制电路1100的1110端连接，
PSoC中央处理器400的470端与负载功率驱动电路900的920端连接，负载功率驱动电路900的930端与负载功率输出控制电路1100的1120端连接，负载功率输出控制电路 1100的1130端与输出负载的负极连接。所述PSoC中央处理器400的型号为CY8CLED03D01。防雷保护电路的一端与太阳能电池100的正极连接，所述防雷保护电路的另一端与太阳能电池100的另一端连接。防雷保护电路设置为瞬态电压抑制二极管，所述瞬态电压抑制二极管一端与太阳能电池100的正极连接，所述瞬态电压抑制二极管的另一端与太阳能电池100的负极连接。防倒流电路1700的一端与所述充电回路500的520端连接，所述防倒流电路1700 的另一端与蓄电池电压采样电路1200的一端、输出负载正极端连接。温度传感器1600与所述PSoC中央处理器400的480端连接，所述温度传感器1600 贴装于所述蓄电池200，温度传感器1600的型号为LM75。控制按键阵列1400与所述PSoC中央处理器400的490端连接。声光显示报警电路1500与所述PSoC中央处理器400的491端连接。本发明以PSoC中央处理器400单元作为系统控制的核心，采用最大功率点跟踪智能控制算法，通过调节充电回路500的PWM脉冲信号，通过PWM驱动电路600控制充电回路 500的开通与关断，智能调节太阳能电池100的工作点电压，使太阳能电池100的输出功率最大。PSoC中央处理器400能根据蓄电池200荷电状态(S0C)，采用分阶段充电控控制策略，包括涓充、均衡充电、直充和浮充，实现对蓄电池200充电的科学管理；同时，PSoC中央处理器400智能管理着对直流负载供电过程，可以实现对直流负载供电的自动控制和手动控制，具有欠压、过放保护功能和自动重连接功能。当蓄电池200电压在正常状态时，用户可以通过控制按键阵列1400手动控制向直流负载供电。当蓄电池200欠压时，PSoC中央处理器400发出报警指令，声光显示报警电路1500动作，提示用户及时充电；当蓄电池200 出现过放时，PSoC中央处理器400发出报警指令，声光显示报警电路1500动作，同时，PSoC 中央处理器400通过负载功率驱动电路900，及时切断负载通路，防止蓄电池200损坏。本发明采用共地结构电路拓扑，太阳能电池100的负极、蓄电池200的负极连在一起。电源转换电路300产生电压VDD1、VDD2和VDD3，其中VDDl给负载功率驱动电路900供电，VDD2给PWM驱动电路600供电，VDD3给PSoC中央处理器400和其他外围逻辑电路供 H1^ οPSoC中央处理器400采样太阳能电池100电压信号，当太阳能电池100电压出现过压时，PSoC中央处理器400将关闭PWM充电进程，实现充电控制器的输入过压保护。负载自动重连接功能由PSoC中央处理器400和负载功率回路来实现。负载过流、短路保护电路由集成在PSoC内部的可编程模拟和数字混合信号阵列来实现。如果负载电流超过了控制器1. 25倍的额定电流60秒时，或负载电流超过了控制器1. 5倍的额定电流30秒时，故障指示灯闪烁报警，控制器将切断输出回路。如果负载出现短路故障，控制器将立即切断输出回路，蜂鸣器急速报警，提示用户发生了短路故障。
本发明与现有的技术和产品相比，具有明显的优点和有益效果
1、本发明采用基于PS0C的技术方案，充分利用PSoC芯片上可编程的数字和模拟外设资源，减少了外围元器件数量和PCB板尺寸，提高了系统的集成度和保密性，克服了分立元件存在的一致性差、存在温漂大的缺点，有效地降低了成本。2、本发明的充电控制器采用共地结构电路拓扑，克服了共正极结构电路拓扑中太阳能电池100电压采样困难的缺点。3、PSoC中央处理器400采用自适应智能控制算法，实现“MPPT+S0C”双重智能优化充电控制。4、PSoC中央处理器400单元根据蓄电池200荷电状态(S0C)，采用分阶段充电控控制策略，包括涓充、均衡充电、直充和浮充，实现对蓄电池200充电的科学管理。5、负载过流保护单元由集成在PSoC内部的模拟和数字混合信号阵列来实现，降低了外围电路的复杂性，提高了信号处理电路的集成度和可靠性。6、保护功能完善。具有TVS防雷保护功能，具有过充保护、过放保护、负载过载保护、输入电压过压保护、电子短路保护、独特的防反接保护保护等保护机制，提高了系统运行的可靠性、安全性。最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
权利要求
1.一种基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，其特征在于设置有太阳能电池、蓄电池、保险丝、电源转换电路、PWM驱动电路、PSoC中央处理器、充电回路、负载功率驱动电路、 负载功率输出控制电路、太阳能电池电压采样电路、充电电流采样电路、蓄电池电压采样电路和负载电流采样电路；太阳能电池的正极、太阳能电池电压采样电路的一端与充电电流采样电路的810端连接，太阳能电池采样电路的另一端与PSoC中央处理器的420端连接， 充电电流采样电路的830端与PSoC中央处理器的410端连接； 充电电流采样电路的820端与充电回路的510端连接，充电回路的520端、蓄电池电压采样电路的一端、保险丝的一端与输出负载的正极端连接；蓄电池电压采样电路的另一端与PSoC中央处理器的430端连接； 太阳能电池的负极、电源转换电路的350端、蓄电池的负极与负载电流采样电路的 1310端连接;蓄电池的正极与保险丝的另一端连接，电源转换电路的310端与负载功率驱动电路的 910端连接，电源转换电路的320端与PWM驱动电路的610端连接，电源转换电路的330端与PSoC中央处理器的450端连接；PSoC中央处理器的440端与PWM驱动电路的630端连接，PWM驱动电路的620端与充电回路的530端连接；负载电流采样电路的1330端与PSoC中央处理器的460端连接，负载电流采样电路的 1320端与负载功率输出控制电路的1110端连接；PSoC中央处理器的470端与负载功率驱动电路的920端连接，负载功率驱动电路的 930端与负载功率输出控制电路的1120端连接，负载功率输出控制电路的1130端与输出负载的负极连接。
2.根据权利要求1所述的基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，其特征在于所述 PSoC中央处理器的型号为CY8CLED03D01。
3.根据权利要求1或2所述的基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，其特征在于 设置有防雷保护电路，所述防雷保护电路的一端与太阳能电池的正极连接，所述防雷保护电路的另一端与太阳能电池的负极连接。
4.根据权利要求3所述的基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，其特征在于所述防雷保护电路设置为瞬态电压抑制二极管，所述瞬态电压抑制二极管一端与太阳能电池的正极连接，所述瞬态电压抑制二极管的另一端与太阳能电池的负极连接。
5.根据权利要求1或2所述的基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，其特征在于 设置有防倒流电路，所述防倒流电路的一端与所述充电回路的520端连接，所述防倒流电路的另一端与蓄电池电压采样电路的一端、输出负载正极端连接。
6.根据权利要求1或2所述的基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，其特征在于 设置有温度传感器，所述温度传感器与所述PSoC中央处理器的480端连接。
7.根据权利要求6所述的基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，其特征在于所述温度传感器贴装于所述蓄电池。
8.根据权利要求7所述的基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，其特征在于所述温度传感器的型号为LM75。CN 102545287 A
9.根据权利要求1或2所述的基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，其特征在于 设置有控制按键阵列，所述控制按键阵列与所述PS0C中央处理器的490端连接。
10.根据权利要求1或2所述的基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，其特征在于 设置有声光显示报警电路，所述声光显示报警电路与所述PS0C中央处理器的491端连接。
全文摘要
一种基于PSoC的MPPT型太阳能充电控制器，设置有太阳能电池、蓄电池、保险丝、电源转换电路、PWM驱动电路、PSoC中央处理器、充电回路、负载功率驱动电路、负载功率输出控制电路、太阳能电池电压采样电路、充电电流采样电路、蓄电池电压采样电路和负载电流采样电路，还设置有防雷保护电路、防倒流电路、温度传感器、控制按键阵列和声光显示报警电路。本发明采用PWM充电模式，应用最大功率点跟踪(MPPT)技术，智能调节太阳能电池工作点电压，使太阳能电池工作在最大功率输出状态，智能控制太阳能电池向蓄电池充电，并对直流负载进行供电。
文档编号H02H7/18GK102545287SQ20101060723
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者何思模, 徐海波, 韩军良 申请人:广东易事特电源股份有限公司