Mppt太阳能充电和恒流控制器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种MPPT太阳能充电和恒流控制器，属于太阳能光伏发电应用【技术领域】。技术方案是：MPPT太阳能充电和恒流控制器，由太阳能电池板、蓄电池、充电电路、恒流控制电路、电压采集电路、驱动电路、驱动电路和微控制器组成。在充电阶段，电压采样电路采集太阳能电池板的输出电压，并由微控制器中的MPPT算法跟踪太阳能电池板的最大功率输出点，通过充电电路向蓄电池进行充电，充电电流感应电阻实时检测充电电流的大小，并将其转化成电压信号，微控制器采集该电压信号并根据该电压信号的变化实时的改变输出占空比，通过驱动电路改变充电电路中MOSFET的开通时间，从而实现蓄电池充电过程的实时控制。
【专利说明】MPPT太阳能充电和恒流控制器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种MPPT太阳能充电和恒流控制器，属于太阳能光伏发电应用【技术领域】。
【背景技术】
[0002]太阳能充电控制器能够有效的控制太阳能电池板向蓄电池充电的过程，并能对蓄电池进行保护，以防止蓄电池过度充电造成的损坏；恒流控制器能够给LED光源提供恒定不变的电流，从而保证LED照明灯具可靠工作。将充电和恒流控制器有效结合在一起，能够极大的减少装置的元器件数量和体积，并提高可靠性。
[0003]MPPT是太阳能电池板最大输出功率的跟踪技术，将MPPT通过硬件和软件技术应用于太阳能电池板中，并与充电和恒流控制器结合在一起，能够充分的利用太阳能电池板所发电量，提高太阳能电池板的利用率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种MPPT太阳能充电和恒流控制器，通过硬件和软件技术将充电和恒流控制器结合在一起，并在太阳能电池板的功率输出中加入了 MPPT技术。结构简单、充放电效率高、体积小、成本低。
[0005]本发明的技术方案是:
MPPT太阳能充电和恒流控制器，由太阳能电池板PV、蓄电池B、充电电路10、恒流控制电路20、电压采集电路、驱动电路U1、驱动电路U2和微控制器U3组成。在充电阶段，电压采样电路采集太阳能电池板PV的输出电压信息，并由微控制器U3中的MPPT算法跟踪太阳能电池板的最大功率输出点，然后通过充电电路10向蓄电池B进行充电，充电电流感应电阻实时检测充电电流的大小，并将其转化成电压信号，微控制器U3采集该电压信号并根据该电压信号的变化实时的改变输出占空比，通过驱动电路Ul改变充电电路10中MOSFET的开通时间，从而实现蓄电池B充电过程的实时控制，充电电路1中加入了泄放电路，在充电结束后能够快速的将多余的电能释放出去，防止蓄电池B过充；在放电阶段，蓄电池B通过恒流控制电路20向负载进行放电，放电电流感应电阻实时检测放电电流的大小，并将其转化成电压信号，微控制器U3采集该电压信号并根据该电压信号的变化改变输出占空比，通过驱动电路U2改变恒流控制电路20中MOSFET的开通时间，从而保证放电过程电流的恒定，恒流控制电路20中增加了泄放电路，能够在放电结束后将负载中的电流迅速的释放为零，起到保护负载的作用。
[0006]本发明的有益效果是:MPPT太阳能充电和恒流控制器，加入了 MPPT技术，并在充电电路和恒流控制电路中加入了电流感应电阻，实现了最优的充电和恒流控制策略，充电效率高并能保证输出电流的恒定。本发明具有结构简单、充电效率高、体积小、成本低的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为MPPT太阳能充电和恒流控制器结构框图；
图2为MPPT太阳能充电和恒流控制器电气原理图。
【具体实施方式】
[0008]下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
[0009]MPPT太阳能充电和恒流控制器，由太阳能电池板PV、蓄电池B、充电电路10、恒流控制电路20、电压采集电路、驱动电路U1、驱动电路U2和微控制器U3组成。在充电阶段，电压采样电路采集太阳能电池板的输出电压信息，并由微控制器U3中的MPPT算法跟踪太阳能电池板PV的最大功率输出点，通过充电电路10向蓄电池B进行充电，充电电流感应电阻R4实时检测充电电流的大小，并将其转化成电压信号，微控制器U3采集该电压信号并根据该电压信号的变化实时的改变输出占空比，通过驱动电路Ul改变充电电路10中MOSFET的开通时间，从而实现蓄电池B充电过程的实时控制，充电电路1中加入了泄放电路，在充电结束后能够快速的将多余的电能释放出去，防止蓄电池B过充；在放电阶段，蓄电池B通过恒流控制电路20向负载进行放电，放电电流感应电阻R5实时检测放电电流的大小，并将其转化成电压信号，微控制器U3采集该电压信号并根据该电压信号的变化改变输出占空比，通过驱动电路U2改变恒流控制电路20中MOSFET的开通时间，从而保证放电过程电流的恒定，恒流控制电路20中也加入了泄放电路，能够在放电结束后将负载中的电流迅速的释放为零，从而起到保护负载的作用。
[0010]所述的充电电路10由BUCK电路1、充电电流感应电阻R4组成，其中，BUCK电路I由MOSFET开关管Q1、Q2和电感LI组成，MOSFET开关管Ql与电感LI组成充电装置，MOSFET开关管Q2作为泄放电路，充电电流感应电阻R4用于实时检测充电过程的电流变化。MOSFET开关管Ql的漏极与太阳能电池板PV的P+连接，源极与电感LI的一端连接，电感LI的另一端与蓄电池B的正极连接，MOSFET开关管Q2的漏极与MOSFET开关管Ql的源极连接，源极与太阳能电池板PV的P-连接，充电电流感应电阻R4的一端与蓄电池B的负极相连，另一端与地相连。当MOSFET开关管Ql开通时，太阳能电池板PV通过MOSFET开关管Q1、电感LI向蓄电池B充电，充电电流感应电阻R4检测充电电流的大小，并将信息传送给微控制器U3，由微控制器U3控制MOSFET开关管Ql的开通时间；当充电完成时，MOSFET开关管Ql关断，MOSFET开关管Q2打开，迅速将多余的电能释放，以防止蓄电池B的过充。
[0011]所述的恒流控制电路20由BUCK电路2、放电电流感应电阻R5组成，其中，BUCK电路2由MOSFET开关管Q3、Q4和电感L2组成，MOSFET开关管Q3与电感L2组成充电装置，MOSFET开关管Q4作为泄放电路，放电电流感应电阻R5用于实时检测放电过程的电流变化。MOSFET开关管Q3的漏极与蓄电池B的正极连接，源极与电感L2的一端连接，电感L2的另一端为恒流源的输出正端，MOSFET开关管Q4的漏极与MOSFET开关管Q3的源极连接，源极与地连接，放电电流感应电阻R5 —端与负载LED的阴极连接，另一端与地连接。当MOSFET开关管Q3开通时，蓄电池B通过MOSFET开关管Q3、电感L2向负载放电，放电电流感应电阻R5实时检测放电电流的大小，并将信息传送给微控制器U3，由微控制器U3控制MOSFET开关管Q3的导通时间，以保证输出电流恒定；当放电完成时，MOSFET开关管Q3关断，MOSFET开关管Q4打开，迅速的将放电回路中的电流释放，从而达到保护负载的目的。
[0012]所述的驱动电路Ul、驱动电路U2分别为两个LM2510IC芯片，微控制器U3为MSP430F5132IDA芯片，以上三个芯片连接起来组成了本发明的控制部分。驱动电路Ul的HO端连接MOSFET开关管Ql的栅极，LO端连接MOSFET开关管Q2的栅极，HI端与微控制器U3的Pl.7端口相连，LI端与微控制器U3的P2.0端口相连；驱动电路U2的HO端连接MOSFET开关管Q3的栅极，LO端连接MOSFET开关管Q4的栅极，HI端与微控制器U3的P2.1端口相连，LI端与为控制器U3的P2.2端口相连。另外，微控制器U3的Pl.0端口与电压采集电路的输出相连，P1.1端口与充电电流感应电阻R4的一端相连，P1.4端口与放电电流感应电阻R5的一端相连。在充电过程中，由Pl.0端口采集太阳能电池板PV的输出电压，Pl.1端口采集充电电压，通过微控制器U3的计算，由Pl.7端口输出相应的PWM波形，从而控制MOSFET开关管Ql的开通时间，充电过程完成时，Pl.7端口停止输出，P2.0端口输出相应的PWM波形，控制MOSFET开关管Q2开通，以便将电路中的多余电能释放；在放电过程中，由Pl.4端口采集放电过程的电压值，通过微控制器U3的计算，由P2.1端口输出相应的PWM波形，从而控制MOSFET开关管Q3的开通时间，以使输出电流恒定，在放电结束时，P2.1端口停止输出，P2.2端口输出相应的PWM波形，从而控制MOSFET开关管Q4的开通，以使电路中的多余电能释放，达到保护负载的目的。
【权利要求】
1.一种MPPT太阳能充电和恒流控制器，由太阳能电池板(PV)、蓄电池(B)、充电电路(10)、恒流控制电路(20)、电压采集电路、驱动电路(U1)、驱动电路(U2)和微控制器(U3)组成；在充电阶段，电压采样电路采集太阳能电池板的输出电压信息，并由微控制器(U3)中的MPPT算法跟踪太阳能电池板(PV)的最大功率输出点，微控制器(U3)采集充电电流感应电阻(R4)中的信号并根据该信号的变化实时的改变输出占空比，通过驱动电路(Ul)改变充电电路(10)中MOSFET的开通时间；在放电阶段，蓄电池⑶通过恒流控制电路(20)向负载进行放电，微控制器(U3)采集放电电流感应电阻(R5)上的信号并根据该信号的变化改变输出占空比，驱动电路(U2)改变恒流控制电路(20)中MOSFET的开通时间。
2.如权利要求1所述的充电电路(10)由BUCK电路1、充电电流感应电阻(R4)组成，其中，BUCK电路I由MOSFET开关管(Ql)、(Q2)和电感(LI)组成，MOSFET开关管(Ql)与电感(LI)组成充电装置，MOSFET开关管(Q2)作为泄放电路，充电电流感应电阻(R4)用于实时检测充电过程的电流变化；MOSFET开关管(Ql)的漏极与太阳能电池板(PV)的P+连接，源极与电感(LI)的一端连接，电感(LI)的另一端与蓄电池(B)的正极连接，MOSFET开关管(Q2)的漏极与MOSFET开关管(Ql)的源极连接，源极与太阳能电池板(PV)的P-连接，充电电流感应电阻(R4)的一端与蓄电池(B)的负极相连，另一端与地相连；当MOSFET开关管(Ql)开通时，太阳能电池板(PV)通过MOSFET开关管(Ql)、电感(LI)向蓄电池⑶充电，充电电流感应电阻(R4)检测充电电流的大小，并将信息传送给微控制器(U3)，由微控制器(U3)控制MOSFET开关管(Ql)的开通时间；当充电完成时，MOSFET开关管(Ql)关断，MOSFET开关管(Q2)打开。
3.如权利要求1所述的恒流控制电路(20)由BUCK电路2、放电电流感应电阻(R5)组成，其中，BUCK电路2由MOSFET开关管(Q3)、(Q4)和电感(L2)组成，MOSFET开关管(Q3)与电感(L2)组成充电电路，MOSFET开关管(Q4)作为泄放电路，放电电流感应电阻(R5)用于实时检测放电过程的电流变化；MOSFET开关管(Q3)的漏极与蓄电池(B)的正极连接，源极与电感(L2)的一端连接，电感(L2)的另一端为恒流源的输出正端，MOSFET开关管(Q4)的漏极与MOSFET开关管(Q3 )的源极连接，源极与地连接，放电电流感应电阻(R5 )一端与负载LED的阴极连接，另一端与地连接；当MOSFET开关管(Q3)开通时，蓄电池(B)通过MOSFET开关管(Q3)、电感(L2)向负载放电，放电电流感应电阻(R5)实时检测放电电流的大小，并将信息传送给微控制器(U3)，由微控制器(U3)控制MOSFET开关管(Q3)的导通时间；当放电完成时，MOSFET开关管(Q3)关断，MOSFET开关管(Q4)打开。
4.如权利要求1所述的驱动电路(Ul)、驱动电路(U2)分别为两个LM25101C芯片，微控制器(U3)为MSP430F5132IDA芯片，以上三个芯片连接起来组成了本发明的控制部分；驱动电路(Ul)的HO端连接MOSFET开关管(Ql)的栅极，LO端连接MOSFET开关管(Q2)的栅极，HI端与微控制器(U3)的Pl.7端口相连，LI端与微控制器(U3)的P2.0端口相连；驱动电路(U2)的HO端连接MOSFET开关管(Q3)的栅极，LO端连接MOSFET开关管(Q4)的栅极，HI端与微控制器(U3)的P2.1端口相连，LI端与为控制器(U3)的P2.2端口相连；另外，微控制器(U3)的Pl.0端口与电压采集电路的输出相连，Pl.1端口与充电电流感应电阻(R4)的一端相连，Pl.4端口与放电电流感应电阻(R5)的一端相连。
【文档编号】H02J7/00GK104300598SQ201410444223
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】魏学业, 邢琦 申请人:北京交通大学长三角研究院