具有多种保护功能的独立光伏充电控制器的制造方法
【专利摘要】一种具有多种保护功能的独立光伏充电控制器，包括Buck变换电路、控制电路，其特征在于：还包括充电保护电路，Buck变换电路输入端连接太阳能电池阵列输出端，所述Buck变换电路输出端连接所述充电保护电路的输入端，所述充电保护电路的输出端连接蓄电池，控制电路的输出端与Buck电路、充电保护电路相连接，用于最大功率跟踪以及充电控制。本实用新型实现了独立光伏阵列对蓄电池组充电过程的安全稳定运行，本设计在原有独立光伏充电控制器的基础上增加了多功能充电保护电路，使得光伏阵列对蓄电池的充电过程中具有过压保护、欠压保护、过流保护、防反接保护、电磁兼容性保护等多种保护功能，提高了光伏充电控制器的可靠性，降低了设备故障率，延长了蓄电池组的使用寿命，降低了光伏发电过程的运行成本。
【专利说明】具有多种保护功能的独立光伏充电控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及新能源【技术领域】的一种独立光伏充电控制器，特别是一种具有多种保护功能的独立光伏充电控制器。
【背景技术】
[0002]太阳能是一种清洁的可再生的新能源，越来越受到人们的青睐，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能，独立光伏充电控制器是利用太阳能作为能源，对蓄电池进行充电的装置，对现在经济社会的发展具有很大的推广应用价值。
[0003]目前常用的独立光伏充电控制器充电控制电路结构设计简单，电路缺乏保护功能，一般存在以下问题:
[0004]1、蓄电池处于长期过充或者过放的状态，即蓄电池端电压长时间高于某一值或者低于某一值。
[0005]2、蓄电池处于强充阶段时，充电电流会超过该蓄电池的最大初始充电电流。
[0006]3、缺乏蓄电池组反接保护功能。
[0007]4、光伏电池板是暴露于户外的，需考虑电磁干扰方面的影响，尤其是对于静电和雷击的防护尤为重要，一般的独立光伏充电控制器缺乏电磁兼容性(EMC)保护。
[0008]以上存在的设计缺陷会造成蓄电池组使用寿命的非正常损耗以及独立光伏充电控制器故障率高、工作不稳定等问题。
实用新型内容
[0009]为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型在现有独立光伏控制器的基础上，提供一种具有过压保护、欠压保护、过流保护、防反接保护、电磁兼容性保护等多种保护功能的独立光伏充电控制器，在实际应用中可以有效的保护光伏充电控制器以及蓄电池安全，并延长蓄电池的使用寿命，使得充电过程始终处于安全状态。
[0010]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型提供一种具有多种保护功能的独立光伏充电控制器，包括Buck变换电路、控制电路，其特征在于:还包括充电保护电路，Buck变换电路输入端连接太阳能电池阵列输出端，所述Buck变换电路输出端连接所述充电保护电路的输入端，所述充电保护电路的输出端连接蓄电池，控制电路的输出端与Buck电路、充电保护电路相连接，用于最大功率跟踪以及充电控制。
[0011 ] 所述控制电路包括单片机、信号采集接口电路和PWM驱动电路，所述单片机的一个I/o接口连接所述充电保护电路，用于控制充电保护电路的各种保护功能的实现，所述充电保护电路的输出端通过信号采集接口电路反馈至所述单片机的A/D接口，所述单片机的另一个I/O接口还连接有PWM驱动电路，所述PWM驱动电路连接至所述Buck变换电路。
[0012]充电保护电路包括两部分，一部分是电源端过电压、过流保护电路，另一部分是电磁干扰防护、反充保护、电池端过流保护以及充电欠压保护电路，电源端过电压、过流保护电路中的Vp+和Vp-前端分别与Buck变换电路输出端的正负极相连接，Vp+后端连有分压电阻Rl和R2，Rl和R2之间的公共端连接至电压比较器LM324的正输入端，在所述电压比较器的负端接+5v参考电压，在电压比较器的正负极两端之间加电容Cl。电压比较器LM324后端连接有三极管Ql，此三极管Ql的集电极通过二极管连接至三极管Q2的基极，单片机的OV_C_P接口连接至三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接至三极管Q3的基极，三极管Q3通过电阻R7与功率开关管BTS6133D的IN 口连接。
[0013]电磁干扰防护、反充保护、电池端过流保护以及充电欠压保护电路的Vbat+和Vbat-前端分别与蓄电池正负极相连接，Vbat+后连有TVS管(瞬变电压抑制二极管)，TVS管后连有熔断丝F1，0V_C_BAT前端连接至单片机的输出管脚，0V_C_BAT后端连接至三极管Q6的基极，BAT_CHARGE_H前端连接至单片机的输出管脚，BAT_CHARGE_H的后端连接至三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极连接至三极管Q6的集电极，三极管Q5的集电极连接至三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极通过电阻R5与功率开关管BTS6133D的IN 口连接。
[0014]本实用新型的有益效果是:实现了独立光伏阵列对蓄电池组充电过程的安全稳定运行，本设计在原有独立光伏充电控制器的基础上增加了多功能充电保护电路，使得光伏阵列对蓄电池的充电过程中具有过压保护、欠压保护、过流保护、防反接保护、电磁兼容性保护等多种保护功能，提高了光伏充电控制器的可靠性，降低了设备故障率，延长了蓄电池组的使用寿命，降低了光伏发电过程的运行成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为独立光伏充电控制器总体结构框图；
[0016]图2为电源端过电压、过流保护电路原理图；
[0017]图3为电磁干扰防护、反充保护、电池端过流保护以及充电欠压保护电路原理图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图，对本实用新型进行详细说明:
[0019]独立光伏充电控制器总体结构框图如图1所示，本实用新型包括控制电路、Buck电路、充电保护电路，光伏电池阵列发出的功率经过由Buck电路组成的DC/DC变换器对蓄电池进行充电。光伏阵列的输出端连接Buck电路的输入端，Buck电路的输出端连接充电控制电路的输入端，充电控制电路的输出端连接蓄电池组的输入端，控制电路的输出端与Buck电路、充电控制电路相连接，起到最大功率跟踪以及充电控制的作用。如图2所示，Vp+和Vp-前端分别与Buck变换电路输出端的正负极相连接，用于检测Buck变换电路输出电压，Vp+连有分压电阻Rl和R2，Rl和R2将Buck输出端检测电压分压，其分压后的电压值作为Buck变换电路的电压采样值送给电压比较器LM324的正输入端，在所述电压比较器的负端接+5v参考电压，用于和Buck变换电路电压采样值作比较，由于电压比较器正端输入电压有电压噪声，故在其两端之间加电容Cl，以减小其噪声。当Buck变换电路的电压采样值大于参考电压+5v时，比较器LM324输出高电平，与比较器LM324连接的三极管Ql导通，此时与三极管Ql连接的三极管Q2集电极电位为零，与三极管Q2连接的三极管Q3关断，三极管Q3通过电阻R7与功率开关管BTS6133D的IN 口连接，因为三极管Q3关断，所以功率开关管BTS6133D的IN 口对地没有导通，导致功率开关管BTS6133D关断，Buck变换电路输出端与蓄电池输入端之间的电路连接被切断，实现了电源端过压保护。
[0020]进一步的，系统正常工作时接到单片机的0V_C_P状态为低电平，即三极管Q2为断开，当单片机收到电源端过电流的命令，对连接0V_C_P的单片机输出管脚的电平置高，将Q2导通，这样三极管Q2集电极电位同样被拉低，三极管Q3关断，功率开关管BTS6133D的IN 口对地没有导通，导致功率开关管BTS6133D关断，Buck变换电路输出端与蓄电池输入端之间的电路连接被切断，实现了电源端过电流的保护。
[0021]如图3所示，Vbat+和Vbat-前端分别与蓄电池正负极相连接，Vbat+后连有TVS管(瞬变电压抑制二极管)，当其两端的电压超过限定值时，TVS管成短路失效模式，将电流导入大地，实现了电磁干扰防护的目的，对于雷击浪涌起到抑制作用。
[0022]进一步的，TVS管后连有熔断丝F1，在端子之间安装二极管，若操作不当，将蓄电池反接，则只是熔断丝开路，保护后面电路，达到蓄电池反接保护的目的。
[0023]进一步的，0V_C_BAT连接至单片机的输出管脚，系统正常工作时，单片机将0V_C_BAT置为高电平，当单片机检测到电源端电流大于限定值时，单片机将0V_C_BAT的电平置低，三极管Q6的基极电压被拉低，三极管Q6关断，功率开关管BTS6133D的IN 口对地没有导通，导致功率开关管BTS6133D关断，Buck变换电路输出端与蓄电池输入端之间的电路连接被切断，实现了电池端过流保护。
[0024]进一步的，BAT_CHARGE_H连接至单片机的输出管脚，系统正常工作时，单片机将BAT_CHARGE_H置为高电平，接到单片机的BAT_CHARGE_H状态为高电平，即Q5导通，当单片机检测到电源端欠压时，单片机将与之连接的BAT_CHARGE_H电瓶置低，三极管Q5的基极电压被拉低，三极管Q5关断，功率开关管BTS6133D的IN 口对地没有导通，导致功率开关管BTS6133D关断，Buck变换电路输出端与蓄电池输入端之间的电路连接被切断，实现了充电欠电压保护。
【权利要求】
1.一种具有多种保护功能的独立光伏充电控制器，包括Buck变换电路、控制电路，其特征在于:还包括充电保护电路，Buck变换电路输入端连接太阳能电池阵列输出端，所述Buck变换电路输出端连接所述充电保护电路的输入端，所述充电保护电路的输出端连接蓄电池，控制电路的输出端与Buck电路、充电保护电路相连接，用于最大功率跟踪以及充电控制。
2.根据权利要求1所述的具有多种保护功能的独立光伏充电控制器，其特征在于:所述控制电路包括单片机、信号采集接口电路和PWM驱动电路，所述单片机的一个I/O接口连接所述充电保护电路，用于控制充电保护电路的各种保护功能的实现，所述充电保护电路的输出端通过信号采集接口电路反馈至所述单片机的A/D接口，所述单片机的另一个I/O接口还连接有PWM驱动电路，所述PWM驱动电路连接至所述Buck变换电路。
3.根据权利要求1所述的具有多种保护功能的独立光伏充电控制器，其特征在于:充电保护电路包括两部分，一部分是电源端过电压、过流保护电路，另一部分是电磁干扰防护、反充保护、电池端过流保护以及充电欠压保护电路，电源端过电压、过流保护电路中的Vp+和Vp-前端分别与Buck变换电路输出端的正负极相连接，Vp+后端连有分压电阻Rl和R2，R1和R2之间的公共端连接至电压比较器LM324的正输入端，在所述电压比较器的负端接+5v参考电压，在电压比较器的正负极两端之间加电容Cl，电压比较器LM324后端连接有三极管Q1，此三极管Ql的集电极通过二极管连接至三极管Q2的基极，单片机的OV_C_P接口连接至三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接至三极管Q3的基极，三极管Q3通过电阻R7与功率开关管BTS6133D的IN 口连接；电磁干扰防护、反充保护、电池端过流保护以及充电欠压保护电路的Vbat+和Vbat-前端分别与蓄电池正负极相连接，Vbat+后连有TVS管，TVS管后连有熔断丝Fl，OV_C_BAT前端连接至单片机的输出管脚，OV_C_BAT后端连接至三极管Q6的基极，BAT_CHARGE_H前端连接至单片机的输出管脚，BAT_CHARGE_H的后端连接至三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极连接至三极管Q6的集电极，三极管Q5的集电极连接至三极管Q4的发射极，三极管Q4的集电极通过电阻R5与功率开关管BTS6133D的IN 口连接。
【文档编号】H02J7/00GK204068359SQ201420455451
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】刘洋, 张运波, 郑文, 张红 申请人:长春工程学院