一种光伏系统及其高端充电电流采样装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及光伏系统领域，具体涉及一种光伏系统及其高端充电电流采样装置。


背景技术：

[0002]
高端电流采样：指电流采样电路在电源的正极端；低端电流采样：指电流采样电路在电源的负极端。
[0003]
其中，低端电流采样因负极地线干扰会导致测量波动，测量精度不高等问题。常规的高端电流采样电路主要采用电流霍尔传感器或高压高精密运放差分采样，但是，其缺点是成本高，普及性难度高。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光伏系统及其高端充电电流采样装置，解决常规的高端电流采样电路成本高、普及性难度高的问题。
[0005]
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光伏系统的高端充电电流采样装置，包括：
[0006]
第一运算放大器电路，包括第一运算放大器；
[0007]
降压电路，设置在光伏输入端和蓄电池之间，所述蓄电池的正极端串联有采样电阻，所述采样电阻并联在光伏控制器第一运算放大器的同相输入和反相输入端中；
[0008]
偏置电压电路，包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入接入基准电压，其输出端接入第一运算放大器的同相输入；
[0009]
镜像电流源电路，所述镜像电流源电路的输入端与第一运算放大器的输出端连接，其输出端输出充电电流的电压信号。
[0010]
其中，较佳方案是：所述降压电路包括电容c1，以及串联设置且与第一电容并联的mos管q1和mos管q2，接入mos管q1和mos管q2之间节点的电感l1，所述电感l1的另一端接入蓄电池的正极端，所述采样电阻串联在电感l1与蓄电池的正极端之间，所述降压电路还包括与串联设置的采样电阻和蓄电池并联的电容c2。
[0011]
其中，较佳方案是：所述第一运算放大器的同相输入与采样电阻之间串联有电阻r5，所述第一运算放大器的反相输入与采样电阻之间串联有电阻r6；以及，所述电阻r5和电阻r6的阻值相同。
[0012]
其中，较佳方案是：所述mos管q1和mos管q2的栅极受光伏控制器控制，所述mos管q1的源极和mos管q2的漏极连接，所述mos管q1的漏极和mos管q2的源极分别并联在电容c1的两端。
[0013]
其中，较佳方案是：所述基准电压包括vddbat输入端和bat输入端，所述vddbat输入端和bat输入端之间串联有电阻r1和精密基准电压源ic2，所述第二运算放大器的同相输
入接入电阻r1和精密基准电压源ic2之间的节点，其输出端经过电阻r2接入至第一运算放大器的同相输入；其中，所述bat输入端为蓄电池电压，所述vddbat输入端的电压高于bat输入端的电压。
[0014]
其中，较佳方案是：所述镜像电流源电路包括三极管q3、三极管q4和三极管q5，所述三极管q3和三极管q4的发射极均与vddbat输入端连接，所述三极管q3的和三极管q4的基极相互连接，且与三极管q5的集电极和三极管q3的集电极连接，所述三极管q5的基极与第一运算放大器的输出端连接，所述三极管q4的集电极经过电阻r7接地，且作为输出充电电流电压信号的输出端；其中，vddbat输入端的电压高于蓄电池正极电压的电压。
[0015]
其中，较佳方案是：所述三极管q5的发射极经过电阻r9接入蓄电池正极电压，且经过电阻r8与第一运算放大器的反相端连接。
[0016]
其中，较佳方案是：所述三极管q3和三极管q4为pnp三极管，所述三极管q5为npn三极管。
[0017]
其中，较佳方案是：所述第一运算放大器的供电负极接入bat输入端，其供电正极接入vddbat输入端，所述bat输入端为蓄电池电压，所述vddbat输入端的电压高于蓄电池正极电压的电压。
[0018]
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光伏系统，包括光伏太阳能板、蓄电池、光伏控制器和高端充电电流采样装置，所述高端充电电流采样装置的充电电流电压信号输入光伏控制器中，并根据高端充电电流采样装置的已知参数，获取光伏太阳能板经过降压电路为蓄电池充电的充电电流。
[0019]
本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型通过普通元器件的搭建，实现高端电流采样的功能，电路简单，成本低，从而克服了现有高端电流采样电路的成本较高的缺点。
附图说明
[0020]
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
[0021]
图1是本实用新型高端充电电流采样装置的电路示意图；
[0022]
图2是本实用新型光伏系统的结构示意图。
具体实施方式
[0023]
现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。
[0024]
如图1和图2所示，本实用新型提供光伏系统及其高端充电电流采样装置的优选实施例。
[0025]
高端充电电流采样装置包括第一运算放大器电路300、降压电路200、偏置电压电路400和镜像电流源电路500，所述第一运算放大器电路300包括第一运算放大器ic1b，所述降压电路200设置在光伏输入端vin和蓄电池20之间，所述蓄电池20的正极端串联有采样电阻100，所述采样电阻100并联在光伏控制器第一运算放大器ic1b的同相输入和反相输入端中，所述偏置电压电路400包括第二运算放大器ic1a，所述第二运算放大器ic1a的同相输入接入基准电压，其输出端接入第一运算放大器ic1b的同相输入，所述镜像电流源电路500，所述镜像电流源电路500的输入端与第一运算放大器ic1b的输出端连接，其输出端输出充
电电流的电压信号。通过计算输出的充电电流的电压信号，获取处于高端并经过采样电阻100充电电流，及为蓄电池20充电的电流具体数值。
[0026]
具体地，并参考图2，所述光伏系统包括光伏太阳能板10、蓄电池20、光伏控制器30和高端充电电流采样装置40，所述高端充电电流采样装置40的充电电流的电压信号传输至光伏控制器30中，并根据高端充电电流采样装置40的已知元器件参数，获取光伏太阳能板10经过降压电路200为蓄电池20充电的充电电流，从而实现对蓄电池20的充电监控。光伏太阳能板10的输入电能经过降压电路200降压后，为蓄电池20充电，采样电阻100设置在蓄电池20的正极端处，从而获取充电电流；并且，通过第一运算放大器ic1b获取采样电阻100的电压值，通过镜像电流源电路500输出充电电流的电压信号，根据充电电流的电压信号的电压值，从而计算出流经采样电阻100的充电电流。上述电路简单，成本低，从而克服了现有高端电流采样电路的成本较高的缺点。其中，镜像电流源电路500为了向放大级提供合适的偏置电流，确定静态工作点。
[0027]
在本实施例中，所述降压电路200包括电容c1，以及串联设置且与第一电容并联的mos管q1和mos管q2，接入mos管q1和mos管q2之间节点的电感l1，所述电感l1的另一端接入蓄电池20的正极端，所述采样电阻100串联在电感l1与蓄电池20的正极端之间，所述降压电路200还包括与串联设置的采样电阻100和蓄电池20并联的电容c2。其中，所述mos管q1和mos管q2的栅极受光伏控制器30控制，所述mos管q1的源极和mos管q2的漏极连接，所述mos管q1的漏极和mos管q2的源极分别并联在电容c1的两端。具体地，电容c1、mos管q1、mos管q2、电感l1和电容c2构成降压电路200，将光伏太阳能板10的输入电能降压后为蓄电池20充电，工作流程是：当控制mos管q1导通和mos管q2关断时，输入电压vin通过mos管q1，电感l1给输出电容c2充电，同时经过采样电阻100给蓄电池20充电，电感l1电流线性上升，电感l1储能；当控制mos管q1关断和mos管q2导通时，电感l1能量通过采样电阻100和mos管q2续流，同时输出电容c2维持输出稳定，电感l1电流线性下降，电感l1释能。
[0028]
进一步地，所述第一运算放大器ic1b的同相输入与采样电阻100之间串联有电阻r5，所述第一运算放大器ic1b的反相输入与采样电阻100之间串联有电阻r6；以及，所述电阻r5和电阻r6的阻值相同。
[0029]
在本实施例中，所述基准电压包括vddbat输入端和bat输入端，所述vddbat输入端和bat输入端之间串联有电阻r1和精密基准电压源ic2，所述第二运算放大器ic1a的同相输入接入电阻r1和精密基准电压源ic2之间的节点，其输出端经过电阻r2接入至第一运算放大器ic1b的同相输入；其中，所述bat输入端为蓄电池20电压，所述vddbat输入端的电压高于bat输入端的电压。其中，基准电压的作用是为充电电流的采样提供偏置，即充电电流为零时，充电电流的电压采样信号vis1为已预偏置值，这样可以消除运算放大器的输入失调电压带来的采样误差；vddbat电压为相对于bat电压升高10v左右，为整个充电电流采样电路提供高端电源。
[0030]
在本实施例中，所述镜像电流源电路500包括三极管q3、三极管q4和三极管q5，所述三极管q3和三极管q4的发射极均与vddbat输入端连接，所述三极管q3的和三极管q4的基极相互连接，且与三极管q5的集电极和三极管q3的集电极连接，所述三极管q5的基极与第一运算放大器ic1b的输出端连接，所述三极管q4的集电极经过电阻r7接地，且作为输出充电电流的电压信号的输出端；其中，vddbat输入端的电压高于蓄电池20正极电压的电压。
[0031]
具体地，通过采样电阻100r7上面的电压vis1推导出实际光伏控制器30的充电电流，具体推导如下：
[0032]
vis1＝r7*ir7(ir7为流过电阻r7的电流)
[0033]
ir7＝icq4(icq4为三极管q4的集电极电流)
[0034]
由三极管的知识及本镜像电流源电路500的连接形式可知：
[0035]
icq4＝β*ibq4＝β*ibq3＝icq3＝icq5(β为三极管的直流放大倍数，ibq4/ibq3为三极管q4/q3的基极电流，上述公式即表明经过镜像电流源电路500，流过三极管q5的集电极电流等于流过电阻r7的电流)
[0036]
即vis1＝r7*icq5
[0037]
然后由运放的基本知识及电路的连接形式可推导出公式：
[0038]
(实际应用电路中：r5＝r6，r2＝r8)
[0039]
简写为：vis1＝k1*vref+k2*ic*rs
[0040]
其中
[0041]
vref为参考电压，ic为实际充电电流，rs1为高端采样电阻100,vis1为主控中心采样的电压值。
[0042]
通过上述公式可知，充电电流：
[0043]
ic＝(vis1-k1*vref)/k2/rs。
[0044]
进一步地，所述三极管q5的发射极经过电阻r9接入蓄电池20正极电压，且经过电阻r8与第一运算放大器ic1b的反相端连接。以及，所述三极管q3和三极管q4为pnp三极管，所述三极管q5为npn三极管。
[0045]
在本实施例中，所述第一运算放大器ic1b的供电负极接入蓄电池20正极电压，其供电正极接入vddbat输入端，所述vddbat输入端的电压高于蓄电池20正极电压的电压。供电正极为相对于蓄电池20正极提高较高电压，如12v，这样即使蓄电池20电压为48v或更高的系统电压，运放的电源参考也是相对于高端，降低了运放共模电压的要求，只需要普通运放即可。
[0046]
以上所述者，仅为本实用新型最佳实施例而已，并非用于限制本实用新型的范围，凡依本实用新型申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本实用新型所涵盖。