一种基于共阳极充电器的太阳能充电检测电路及检测方法与流程

本发明涉及一种基于共阳极充电器的太阳能充电检测电路及检测方法。

背景技术：

共阳极太阳能充电器由于采用共阳极接法，即太阳能、蓄电池、负载输出的正极全部接在一起，该充电方式比起共阴极充电可减少设计所需开关管，有效降低产品成本。由于采用共阳极接法，缺少地极公共端，太阳能板与蓄电池无法采用同一地极参考进行采样，无法简单的对太阳能输入量与电池端输出量进行采集，因而无法对充电效率及充电电量进行统计测试。

充电测试主要是测量输入电压、输入电流、输出电压及输出电流，通过电压与电流计算功率，通过功率对时间进行积分计算电能量。而采用把阳极作为参考电压的方式进行电压、电流采样，这样会引入一个问题，采用阳极做为参考，所有信号将会变成负极性，这对于都是正极性工作的mcu来说，是无法进行ad检测的。

因此本发明采用正负极性工作的运算放大器对信号进行放大及反向操作，从而实现共阳极充电器的太阳能充电的检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于共阳极充电器的太阳能充电检测电路及检测方法，采用正负极性工作的运算放大器对信号进行放大及反向操作，从而实现共阳极充电器的太阳能充电的检测。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于共阳极充电器的太阳能充电检测电路，包括电压电流采样电路、太阳能板电流采样放大电路、蓄电池电流采样放大电路、反向电路、计算模块；所述电压电采样电路包括太阳能电池、蓄电池、共阳极太阳能充电器、负载、第一至第六电阻，所述太阳能电池的正极、蓄电池的正极、负载的正极与共阳极太阳能充电器的com+端相连接至gnd端，太阳能电池的负极经第三电阻与共阳极太阳能充电器的solar-端相连接，蓄电池的负极经第六电阻与共阳极太阳能充电器的bat-端相连接，负载的负极与共阳极太阳能充电器的load-gnd端相连接，第一电阻的一端与gnd端相连接，第一电阻的另一端经第二电阻与太阳能电池的负极相连接并作为vsolar端，第四电阻的一端与gnd端相连接，第四电阻的另一端经第五电阻与蓄电池的负极相连接并作为vbat端；所述太阳能板电流采样放大电路由两级放大电路组成，用于采样流过第三电阻的电流信号，并传输给计算模块；所述蓄电池电流采样放大电路由两级放大电路及加法电平抬升电路组成，用于采样流过第六电阻的电流信号，并传输给计算模块；所述反向电路用于采样第一电阻和第二电阻连接点的信号以及第四电阻和第五电阻连接点的信号，并传输给计算模块；所述计算模块用于根据太阳能板电流采样放大电路、蓄电池电流采样放大电路、反向电路传输信号，计算得出太阳能板电流、蓄电池电流、充电电压。

在本发明一实施例中，所述太阳能板电流采样放大电路包括第一级放大电路、第二级放大电路；所述第一级放大电路包括第一放大芯片ina146、第一至第四电容、第七至第十一电阻，第七电阻的一端与太阳能电池和第三电阻的连接点连接，第七电阻的另一端与第三电容的一端相连接至第一放大芯片ina146的vin-端，第八电阻的一端与共阳极太阳能充电器solar-端和第三电阻的连接点连接，第八电阻的另一端与第三电容的另一端相连接至第一放大芯片ina146的vin+端，第一放大芯片ina146的ref端连接至gnd端，第一放大芯片ina146的v-端连接至-v5电源端，第一放大芯片ina146的vol端经第一电容与gnd端连接，第一放大芯片ina146的v+端经第二电容与gnd端连接，第一放大芯片ina146的v+端还连接至+v5电源端，第一放大芯片ina146的vo端与第九电阻的一端、第十电阻的一端相连接，第一放大芯片ina146的gain端与第九电阻的另一端、第十一电阻的一端相连接，第十电阻的另一端经第四电容与第十一电阻的另一端相连接至gnd端，第十电阻的另一端连接至所述第二级放大电路、计算模块；所述第二级放大电路包括第一放大器芯片tp2121-tr、第十二至第十四电阻、第五电容，第一放大器芯片tp2121-tr的同相输入端与第十电阻的另一端相连接，第一放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第十二电阻连接至gnd端，第一放大器芯片tp2121-tr的反相输入端还经第十三电阻与第一放大器芯片tp2121-tr的输出端、第十四电阻的一端连接，第一放大器芯片tp2121-tr的负极连接至-v5电源端，第一放大器芯片tp2121-tr的正极经第五电容连接至gnd端，第一放大器芯片tp2121-tr的正极还与+v5电源端连接，第十四电阻的另一端与所述计算模块连接。

在本发明一实施例中，所述蓄电池电流采样放大电路包括第一级放大电路、第二级放大电路、加法电平抬升电路；所述第一级放大电路包括第二放大芯片ina146、第六至第九电容、第十五至第十八电阻，第十五电阻的一端与蓄电池电池和第六电阻的连接点连接，第十五电阻的另一端与第八电容的一端相连接至第二放大芯片ina146的vin-端，第十六电阻的一端与共阳极太阳能充电器bat-端和第六电阻的连接点连接，第十六电阻的另一端与第八电容的另一端相连接至第二放大芯片ina146的vin+端，第二放大芯片ina146的ref端连接至gnd端，第二放大芯片ina146的v-端连接至-v5电源端，第二放大芯片ina146的vol端经第六电容与gnd端连接，第二放大芯片ina146的v+端经第七电容与gnd端连接，第二放大芯片ina146的v+端还连接至+v5电源端，第二放大芯片ina146的vo端与第十七电阻的一端、第九电容的一端相连接，第二放大芯片ina146的gain端与第十七电阻的另一端、第十八电阻的一端相连接，第九电容的另一端与第十八电阻的另一端相连接至gnd端，第十八电阻的一端连接至所述第二级放大电路、加法电平抬升电路；所述第二级放大电路包括第二放大器芯片tp2121-tr、第十九至第二十一电阻，第二放大器芯片tp2121-tr的同相输入端经第二十一电阻与第十八电阻的一端相连接，第二放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第十九电阻连接至gnd端，第二放大器芯片tp2121-tr的反相输入端还经第二十电阻与第二放大器芯片tp2121-tr的输出端连接，第二放大器芯片tp2121-tr的负极连接至-v5电源端，第二放大器芯片tp2121-tr的正极与+v5电源端连接，第二放大器芯片tp2121-tr的输出端与与所述加法电平抬升电路连接；所述加法电平抬升电路包括第三放大器芯片tp2121-tr、第四放大器芯片tp2121-tr、第二十二至第三十一电阻，第三放大器芯片tp2121-tr的同相输入端经第二十二电阻与第九电容的一端连接，第三放大器芯片tp2121-tr的同相输入端还经第二十三电阻与+v1.5电源端连接，第三放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第二十四电阻连接至gnd端，第三放大器芯片tp2121-tr的反相输入端还经第二十五电阻连接至第三放大器芯片tp2121-tr的输出端、第二十六电阻的一端，第三放大器芯片tp2121-tr的负极连接至-v5电源端，第三放大器芯片tp2121-tr的正极连接至+v5电源端，第二十六电阻的另一端连接至所述计算模块，第四放大器芯片tp2121-tr的同相输入端经第二十七电阻连接至+v1.5电源端，第四放大器芯片tp2121-tr的同相输入端还经第二十八电阻与第二放大器芯片tp2121-tr的输出端连接，第四放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第二十九电阻连接至gnd端，第四放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第三十电阻连接至第四放大器芯片tp2121-tr的输出端、第三十一电阻的一端，第四放大器芯片tp2121-tr的正极连接至+v5电源端，第四放大器芯片tp2121-tr的负极连接至+v5电源端，第三十一电阻的另一端连接至所述计算模块。

在本发明一实施例中，所述反向电路包括第五放大器芯片tp2121-tr、第六放大器芯片tp2121-tr、第三十二至第三十七电阻、第十至第十一电容，第五放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第三十二电阻与第一电阻和第二电阻连接点连接，第五放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第三十三电阻与第五放大器芯片tp2121-tr的输出端、第三十四电阻的一端连接，第五放大器芯片tp2121-tr的负极连接至-v5电源端，第五放大器芯片tp2121-tr的正极经第十电容与第五放大器芯片tp2121-tr的同相输入端相连接至gnd端，第五放大器芯片tp2121-tr的正极还连接至+v5电源端，第三十四电阻的另一端连接至所述计算模块，第六放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第三十五电阻与第四电阻和第五电阻连接点连接，第六放大器芯片tp2121-tr的反相输入端还经第三十六电阻与第六放大器芯片tp2121-tr的输出端、第三十七电阻的一端连接，第六放大器芯片tp2121-tr的负极连接至-v5端，第六放大器芯片tp2121-tr的正极经第十一电容与第六放大器芯片tp2121-tr的同相输入端连接至gnd端，第六放大器芯片tp2121-tr的正极还连接至+v5电源端，第三十七电阻的另一端连接至所述计算模块。

本发明还提供了一种基于上述所述电路的检测方法，

（1）太阳能板电流计算公式如下：

vis1=(v1+-v1-)*0.1*(1+r13/r14)

vis2=(v1+-v1-)*0.1*(1+r13/r14)/r8*(r7+r8)

is1=(v1+-v1-)/r3=vis1/(0.1*(1+r13/r14))/r3

is2=(v1+-v1-)/r3=vis2/(0.1*(1+r13/r14)/r8*(r7+r8))/r3

其中，vis1、vis2是太阳能板电流在计算模块的mcu上采样值，即太阳能板电流采样放大电路的第一级放大电路、第二级放大电路分别输出的值，is1、is2是实测太阳能板输电电流；r3、r7、r8、r13、r14分别为第三电阻、第十三电阻、第十二电阻、第九电阻、第十电阻的阻值，(v1+-v1-)为第三电阻两端电压差值；

（2）蓄电池电流计算公式如下：

由于蓄电池存在充放电问题，所以其采样电流也存在正负方式，因此需采用加法器将电平进行抬升；具体计算公式如下：

vib1=(v2+-v2-)*0.1*(1+r29/r31)+v1.5

vib2=(v2+-v2-)*0.1*(1+r29/r31)/r22*(r21+r22)+v1.5

若vib1>=v1.5，蓄电池处于放电状态，若vib1<v1.5，蓄电池处于充电状态

ib1=(v2+-v2-)/r6=(v1.5-vib1)/(0.1*(1+r29/r31))/r6

若vib2>=v1.5，蓄电池处于放电状态，若vib2<v1.5，蓄电池处于充电状态

ib2=(v1.5-vib2)/(0.1*(1+r29/r31)/r22*(r21+r22))/r6

其中，vib1、vib2是蓄电池电流在计算模块的mcu上采样值，即加法电平抬升电路第二十六电阻的另一端、第三十一电阻的另一端分别输出的值，ib1、ib2是实测蓄电池电流；r6、r21、r22、r29、r31分别为第六电阻、第二十五电阻、第二十四电阻、第十七电阻、第十八电阻的阻值，(v2+-v2-)为第六电阻两端电压差值；当vib1、vib2大于等于v1.5时，测量的电流为放电电流，当vib1、vib2小于v1.5时，测量的电流为充电电流；

（3）电压计算公式如下：

vs1=-vs*r32/r33

vs1=-vb*r35/r36

vsolar=vs1/r1*(r1+r2)

vbat=vb1/r4*(r4+r5)

其中，vsolar为太阳能板电压，vbat为蓄电池电压，vs为太能板在计算模块的mcu上采样电压，即第一电阻和第二电阻连接点输出的值，vb为蓄电池在计算模块的mcu上采样电压，即第四电阻和第五电阻连接点输出的值，vs1为第三十四电阻另一端输出的值，vb1为第三十七电阻另一端输出的值；r1、r2、r4、r5、r32、r33、r35、r36分别为第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第三十三电阻、第三十二电阻、第三十六电阻、第三十五电阻的阻值；

（4）充电效率计算公式如下：

取负载rll为固定负载，当有负载输出时，负载两端电压与蓄电池电压相同，通过电压、电流采样后，根据功率计算公式p=u*i可得：

ps=vsolar*is

pb=vbat*ib

pll=vbat*vbat/rll

其中，ps为太阳能板输出功率，pb为蓄电池的输入功率，当蓄电池充电时pb为正值，当蓄电池放电时pb为负值，pll为负载消耗功率；

由此可计算出太阳能充电器充电效率η为：

η=(pb+pll)/ps

（5）充电电量计算公式如下：

充电电量e的测量，是通过对测量功率p在时间间隔t上进行积分，其计算公式如下：

e=p1*t1+p2*t2+p3*t3+....

其中，p1、p2、p3、……是分别在t1、t2、t3、……时间间隔上的功率采样值，t1、t2、t3、……是每次功率采样的时间间隔，即p1是在t1时刻的采样值，p2是在t1+t2时刻的采样值，p3是在t1+t2+t3时刻的采样值，以此类推；

电量的测量是一个持续的过程，考虑到太阳能板受阳光影响较大，电压、电流也随着波动。综合考虑mcu的计算能力及电压、电流的波动情况，电压、电流采样间隔取0.1秒，即功率采样间隔为0.1秒，太阳能板的输出电量es是采样功率ps对时间间隔0.1秒进行积分，其计算如下：

es=ps1*0.1+ps2*0.1+ps3*0.1+....

其中，es即为太阳能板的输电电量统计值，ps1、ps2、ps3、……是每间隔0.1秒的太阳能功率采样值。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过不断采集电压、电流，可连续记录太阳能充电器的充电状态，并不间段的统计太阳能板输出，有利于分析不同的太阳能板在不同的时间段的充电特性，为实际的生产过程中设备的选型提供实用的指导意义。

附图说明

图1为共阳极太阳能充电器接线原理。

图2为本发明电压电流采样电路原理图。

图3为本发明太阳能板电流采样放大电路原理图。

图4为本发明蓄电池电流采样放大电路原理图。

图5为本发明反向电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种基于共阳极充电器的太阳能充电检测电路，包括电压电流采样电路、太阳能板电流采样放大电路、蓄电池电流采样放大电路、反向电路、计算模块；所述电压电采样电路包括太阳能电池、蓄电池、共阳极太阳能充电器（采用cis10）、负载、第一至第六电阻，所述太阳能电池的正极、蓄电池的正极、负载的正极与共阳极太阳能充电器的com+端相连接至gnd端，太阳能电池的负极经第三电阻与共阳极太阳能充电器的solar-端相连接，蓄电池的负极经第六电阻与共阳极太阳能充电器的bat-端相连接，负载的负极与共阳极太阳能充电器的load-gnd端相连接，第一电阻的一端与gnd端相连接，第一电阻的另一端经第二电阻与太阳能电池的负极相连接并作为vsolar端，第四电阻的一端与gnd端相连接，第四电阻的另一端经第五电阻与蓄电池的负极相连接并作为vbat端；所述太阳能板电流采样放大电路由两级放大电路组成，用于采样流过第三电阻的电流信号，并传输给计算模块；所述蓄电池电流采样放大电路由两级放大电路及加法电平抬升电路组成，用于采样流过第六电阻的电流信号，并传输给计算模块；所述反向电路用于采样第一电阻和第二电阻连接点的信号以及第四电阻和第五电阻连接点的信号，并传输给计算模块；所述计算模块用于根据太阳能板电流采样放大电路、蓄电池电流采样放大电路、反向电路传输信号，计算得出太阳能板电流、蓄电池电流、充电电压。

所述太阳能板电流采样放大电路包括第一级放大电路、第二级放大电路；所述第一级放大电路包括第一放大芯片ina146、第一至第四电容、第七至第十一电阻，第七电阻的一端与太阳能电池和第三电阻的连接点连接，第七电阻的另一端与第三电容的一端相连接至第一放大芯片ina146的vin-端，第八电阻的一端与共阳极太阳能充电器solar-端和第三电阻的连接点连接，第八电阻的另一端与第三电容的另一端相连接至第一放大芯片ina146的vin+端，第一放大芯片ina146的ref端连接至gnd端，第一放大芯片ina146的v-端连接至-v5电源端，第一放大芯片ina146的vol端经第一电容与gnd端连接，第一放大芯片ina146的v+端经第二电容与gnd端连接，第一放大芯片ina146的v+端还连接至+v5电源端，第一放大芯片ina146的vo端与第九电阻的一端、第十电阻的一端相连接，第一放大芯片ina146的gain端与第九电阻的另一端、第十一电阻的一端相连接，第十电阻的另一端经第四电容与第十一电阻的另一端相连接至gnd端，第十电阻的另一端连接至所述第二级放大电路、计算模块；所述第二级放大电路包括第一放大器芯片tp2121-tr、第十二至第十四电阻、第五电容，第一放大器芯片tp2121-tr的同相输入端与第十电阻的另一端相连接，第一放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第十二电阻连接至gnd端，第一放大器芯片tp2121-tr的反相输入端还经第十三电阻与第一放大器芯片tp2121-tr的输出端、第十四电阻的一端连接，第一放大器芯片tp2121-tr的负极连接至-v5电源端，第一放大器芯片tp2121-tr的正极经第五电容连接至gnd端，第一放大器芯片tp2121-tr的正极还与+v5电源端连接，第十四电阻的另一端与所述计算模块连接。

所述蓄电池电流采样放大电路包括第一级放大电路、第二级放大电路、加法电平抬升电路；所述第一级放大电路包括第二放大芯片ina146、第六至第九电容、第十五至第十八电阻，第十五电阻的一端与蓄电池电池和第六电阻的连接点连接，第十五电阻的另一端与第八电容的一端相连接至第二放大芯片ina146的vin-端，第十六电阻的一端与共阳极太阳能充电器bat-端和第六电阻的连接点连接，第十六电阻的另一端与第八电容的另一端相连接至第二放大芯片ina146的vin+端，第二放大芯片ina146的ref端连接至gnd端，第二放大芯片ina146的v-端连接至-v5电源端，第二放大芯片ina146的vol端经第六电容与gnd端连接，第二放大芯片ina146的v+端经第七电容与gnd端连接，第二放大芯片ina146的v+端还连接至+v5电源端，第二放大芯片ina146的vo端与第十七电阻的一端、第九电容的一端相连接，第二放大芯片ina146的gain端与第十七电阻的另一端、第十八电阻的一端相连接，第九电容的另一端与第十八电阻的另一端相连接至gnd端，第十八电阻的一端连接至所述第二级放大电路、加法电平抬升电路；所述第二级放大电路包括第二放大器芯片tp2121-tr、第十九至第二十一电阻，第二放大器芯片tp2121-tr的同相输入端经第二十一电阻与第十八电阻的一端相连接，第二放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第十九电阻连接至gnd端，第二放大器芯片tp2121-tr的反相输入端还经第二十电阻与第二放大器芯片tp2121-tr的输出端连接，第二放大器芯片tp2121-tr的负极连接至-v5电源端，第二放大器芯片tp2121-tr的正极与+v5电源端连接，第二放大器芯片tp2121-tr的输出端与与所述加法电平抬升电路连接；所述加法电平抬升电路包括第三放大器芯片tp2121-tr、第四放大器芯片tp2121-tr、第二十二至第三十一电阻，第三放大器芯片tp2121-tr的同相输入端经第二十二电阻与第九电容的一端连接，第三放大器芯片tp2121-tr的同相输入端还经第二十三电阻与+v1.5电源端连接，第三放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第二十四电阻连接至gnd端，第三放大器芯片tp2121-tr的反相输入端还经第二十五电阻连接至第三放大器芯片tp2121-tr的输出端、第二十六电阻的一端，第三放大器芯片tp2121-tr的负极连接至-v5电源端，第三放大器芯片tp2121-tr的正极连接至+v5电源端，第二十六电阻的另一端连接至所述计算模块，第四放大器芯片tp2121-tr的同相输入端经第二十七电阻连接至+v1.5电源端，第四放大器芯片tp2121-tr的同相输入端还经第二十八电阻与第二放大器芯片tp2121-tr的输出端连接，第四放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第二十九电阻连接至gnd端，第四放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第三十电阻连接至第四放大器芯片tp2121-tr的输出端、第三十一电阻的一端，第四放大器芯片tp2121-tr的正极连接至+v5电源端，第四放大器芯片tp2121-tr的负极连接至+v5电源端，第三十一电阻的另一端连接至所述计算模块。

所述反向电路包括第五放大器芯片tp2121-tr、第六放大器芯片tp2121-tr、第三十二至第三十七电阻、第十至第十一电容，第五放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第三十二电阻与第一电阻和第二电阻连接点连接，第五放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第三十三电阻与第五放大器芯片tp2121-tr的输出端、第三十四电阻的一端连接，第五放大器芯片tp2121-tr的负极连接至-v5电源端，第五放大器芯片tp2121-tr的正极经第十电容与第五放大器芯片tp2121-tr的同相输入端相连接至gnd端，第五放大器芯片tp2121-tr的正极还连接至+v5电源端，第三十四电阻的另一端连接至所述计算模块，第六放大器芯片tp2121-tr的反相输入端经第三十五电阻与第四电阻和第五电阻连接点连接，第六放大器芯片tp2121-tr的反相输入端还经第三十六电阻与第六放大器芯片tp2121-tr的输出端、第三十七电阻的一端连接，第六放大器芯片tp2121-tr的负极连接至-v5端，第六放大器芯片tp2121-tr的正极经第十一电容与第六放大器芯片tp2121-tr的同相输入端连接至gnd端，第六放大器芯片tp2121-tr的正极还连接至+v5电源端，第三十七电阻的另一端连接至所述计算模块。

本发明还提供了一种基于上述所述电路的检测方法，

（1）太阳能板电流计算公式如下：

vis1=(v1+-v1-)*0.1*(1+r13/r14)

vis2=(v1+-v1-)*0.1*(1+r13/r14)/r8*(r7+r8)

is1=(v1+-v1-)/r3=vis1/(0.1*(1+r13/r14))/r3

is2=(v1+-v1-)/r3=vis2/(0.1*(1+r13/r14)/r8*(r7+r8))/r3

其中，vis1、vis2是太阳能板电流在计算模块的mcu上采样值，即太阳能板电流采样放大电路的第一级放大电路、第二级放大电路分别输出的值，is1、is2是实测太阳能板输电电流；r3、r7、r8、r13、r14分别为第三电阻、第十三电阻、第十二电阻、第九电阻、第十电阻的阻值，(v1+-v1-)为第三电阻两端电压差值；

（2）蓄电池电流计算公式如下：

由于蓄电池存在充放电问题，所以其采样电流也存在正负方式，因此需采用加法器将电平进行抬升；具体计算公式如下：

vib1=(v2+-v2-)*0.1*(1+r29/r31)+v1.5

vib2=(v2+-v2-)*0.1*(1+r29/r31)/r22*(r21+r22)+v1.5

若vib1>=v1.5，蓄电池处于放电状态，若vib1<v1.5，蓄电池处于充电状态

ib1=(v2+-v2-)/r6=(v1.5-vib1)/(0.1*(1+r29/r31))/r6

若vib2>=v1.5，蓄电池处于放电状态，若vib2<v1.5，蓄电池处于充电状态

ib2=(v1.5-vib2)/(0.1*(1+r29/r31)/r22*(r21+r22))/r6

其中，vib1、vib2是蓄电池电流在计算模块的mcu上采样值，即加法电平抬升电路第二十六电阻的另一端、第三十一电阻的另一端分别输出的值，ib1、ib2是实测蓄电池电流；r6、r21、r22、r29、r31分别为第六电阻、第二十五电阻、第二十四电阻、第十七电阻、第十八电阻的阻值，(v2+-v2-)为第六电阻两端电压差值；当vib1、vib2大于等于v1.5时，测量的电流为放电电流，当vib1、vib2小于v1.5时，测量的电流为充电电流；

（3）电压计算公式如下：

vs1=-vs*r32/r33

vs1=-vb*r35/r36

vsolar=vs1/r1*(r1+r2)

vbat=vb1/r4*(r4+r5)

其中，vsolar为太阳能板电压，vbat为蓄电池电压，vs为太能板在计算模块的mcu上采样电压，即第一电阻和第二电阻连接点输出的值，vb为蓄电池在计算模块的mcu上采样电压，即第四电阻和第五电阻连接点输出的值，vs1为第三十四电阻另一端输出的值，vb1为第三十七电阻另一端输出的值；r1、r2、r4、r5、r32、r33、r35、r36分别为第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第三十三电阻、第三十二电阻、第三十六电阻、第三十五电阻的阻值；

（4）充电效率计算公式如下：

取负载rll为固定负载，当有负载输出时，负载两端电压与蓄电池电压相同，通过电压、电流采样后，根据功率计算公式p=u*i可得：

ps=vsolar*is

pb=vbat*ib

pll=vbat*vbat/rll

其中，ps为太阳能板输出功率，pb为蓄电池的输入功率，当蓄电池充电时pb为正值，当蓄电池放电时pb为负值，pll为负载消耗功率；

由此可计算出太阳能充电器充电效率η为：

η=(pb+pll)/ps

（5）充电电量计算公式如下：

充电电量e的测量，是通过对测量功率p在时间间隔t上进行积分，其计算公式如下：

e=p1*t1+p2*t2+p3*t3+....

其中，p1、p2、p3、……是分别在t1、t2、t3、……时间间隔上的功率采样值，t1、t2、t3、……是每次功率采样的时间间隔，即p1是在t1时刻的采样值，p2是在t1+t2时刻的采样值，p3是在t1+t2+t3时刻的采样值，以此类推；

电量的测量是一个持续的过程，考虑到太阳能板受阳光影响较大，电压、电流也随着波动。综合考虑mcu的计算能力及电压、电流的波动情况，电压、电流采样间隔取0.1秒，即功率采样间隔为0.1秒，太阳能板的输出电量es是采样功率ps对时间间隔0.1秒进行积分，其计算如下：

es=ps1*0.1+ps2*0.1+ps3*0.1+....

其中，es即为太阳能板的输电电量统计值，ps1、ps2、ps3、……是每间隔0.1秒的太阳能功率采样值。

以下为本发明的具体实施过程。

充电测试主要是测量输入电压、输入电流、输出电压及输出电流，通过电压与电流计算功率，通过功率对时间进行积分计算电能量。本发明主要是采用一种把阳极作为参考电压的方式进行电压、电流采样，这样会引入一个问题，采用阳极做为参考，所有信号将会变成负极性，这对于都是正极性工作的mcu来说，是无法进行ad检测的。本发明提出的解决方法是采用正负极性工作的运算放大器对信号进行放大及反向操作。充电器共阳极接线如图1所示。

1、电流采样

100w太阳能板输出电流为0-5a，考虑到小电流情况下，测量误差较大，若最小测量电流取10ma，以0.05欧电阻为电流采样电阻计算，输出电压为0.0005-0.25v，以3.3v电压对测量系统进行供电，其采样极限值为3.3v，将电流采样信号放大10倍后，解决了大电流的测试问题，由于电流较小时，测量精度较差，因此，在一极放大电路的基础上还需将信号再进行二极放大10倍。当电流小于500ma，将信号放大100倍，可有效解决小电流采样不准问题。考虑到电源的纹波会影响采集精度，本发明采用的蓄电池进行供电，有效解决纹波问题。

电流采样主要采用差分运放对电流采样信号进行放大，其原理图如图2、3所示。

太阳能电流计算公式如下：

vis1=(v1+-v1-)*0.1*(1+r13/r14)

vis2=(v1+-v1-)*0.1*(1+r13/r14)/r8*(r7+r8)

is1=(v1+-v1-)/r3=vis1/(0.1*(1+r13/r14))/r3

is2=(v1+-v1-)/r3=vis2/(0.1*(1+r13/r14)/r8*(r7+r8))/r3

其中，vis1、vis2是太阳能板电流在mcu上采样值，is1、is2是实测太阳能板输电电流，is1与is2的取值是根据采样值大小取其中一个值做为当前太阳能板的电流值is。

由于蓄电池存在充放电问题，所以其采样电流也存在正负方式，因此需采用加法器将电平进行抬升，方便mcu进行采样，其抬升及放大电路如图4所示。

蓄电池电流计算公式如下：

vib1=(v2+-v2-)*0.1*(1+r29/r31)+v1.5

vib2=(v2+-v2-)*0.1*(1+r29/r31)/r22*(r21+r22)+v1.5

若vib1>=v1.5，蓄电池处于放电状态，若vib1<v1.5，蓄电池处于充电状态

ib1=(v2+-v2-)/r6=(v1.5-vib1)/(0.1*(1+r29/r31))/r6

若vib2>=v1.5，蓄电池处于放电状态，若vib2<v1.5，蓄电池处于充电状态

ib2=(v1.5-vib2)/(0.1*(1+r29/r31)/r22*(r21+r22))/r6

其中，vib1、vib2是蓄电池电流在mcu上采样值，ib1、ib2是实测蓄电池电流，ib1与ib2的取值是根据采样值大小取其中一个值做为当前蓄电池的电流值ib，当vib1、vib2大于等于v1.5时，测量的电流为放电电流，当vib1、vib2小于v1.5时，测量的电流为充电电流。

2、电压采样

电压的采集主要依靠电阻分压进行，其原理图如图2所示，由于采用共阳性做为参考，电路上vs、vb输出是负极性的，因此，需设计反向电路将其转换为正极性，方便mcu进行电压采集。其反向电路如图5所示。

电压计算公式如下：

vs1=-vs*r32/r33

vs1=-vb*r35/r36

vsolar=vs1/r1*(r1+r2)

vbat=vb1/r4*(r4+r5)

其中，vsolar为太阳板电压，vbat为蓄电池电压，vs1为太能板在mcu上采样电压，vb1为蓄电池在mcu上采样电压。

3、充电效率测量

本发明取负载rll为固定负载，当有负载输出时，负载两端电压与蓄电池电压相同，通过电压、电流采样后，根据功率计算公式p=u*i可得：

ps=vsolar*is

pb=vbat*ib

pll=vbat*vbat/rll

其中，ps为太阳能板输出功率，pb为蓄电池的输入功率，当蓄电池充电时pb为正值，当蓄电池放电时pb为负值，pll为负载消耗功率；

由此可计算出太阳能充电器充电效率η为：

η=(pb+pll)/ps

4、充电电量测量

充电电量e的测量，是通过对测量功率p在时间间隔t上进行积分，其计算公式如下：

e=p1*t1+p2*t2+p3*t3+....

其中，p1、p2、p3等是分别在t1、t2、t3等时间间隔上的功率采样值，t1、t2、t3等是每次功率采样的时间间隔，即p1是在t1时刻的采样值，p2是在t1+t2时刻的采样值，p3是在t1+t2+t3时刻的采样值，以此类推。

电量的测量是一个持续的过程，考虑到太阳能板受阳光影响较大，电压、电流也随着波动。综合考虑mcu的计算能力及电压、电流的波动情况，电压、电流采样间隔取0.1秒，即功率采样间隔为0.1秒，太阳能板的输出电量es是采样功率ps对时间间隔0.1秒进行积分，其计算如下：

es=ps1*0.1+ps2*0.1+ps3*0.1+....

其中，es即为太阳能板的输电电量统计值，ps1、ps2、ps3等是每间隔0.1秒的太阳能功率采样值。

5、测量分析

设备通过持续运行，不断采集电压、电流，可连续记录太阳能充电器的充电状态，并不间段的统计太阳能板输出，有利于分析不同的太阳能板在不同的时间段的充电特性，为实际的生产过程中设备的选型提供实用的指导意义。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。