一种太阳能充放电控制电路的制作方法

本实用新型涉及太阳能充放电控制技术领域，特别是涉及一种太阳能充放电控制电路。

背景技术：

目前，随着国际能源形势的发展，太阳能发电系统已广泛应用于人们的生活之中，如路灯、照明系统的使用等。太阳能充放电控制器用于太阳能发电系统中，用以控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电。太阳能充放电控制器对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出，是整个光伏供电系统的核心控制部分。

现有技术中，太阳能充放电控制器通常需要光伏组件电压高于电池电压才可进行充电，可支持输入电压范围小，对光伏产品的使用范围造成限制；同时，现有技术控制输出电流不恒定，易造成电流过大，太阳能板易发生死机等问题，造成太阳能板不能稳定地给电池组充电。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种太阳能充放电控制电路，其可实现宽电压输入，可兼容更多光伏产品，解决太阳能板与电池不匹配的问题，同时可实现电流的恒定输出，避免太阳能板的死机问题，有效保证太阳能电池板的正常工作。

本实用新型采用的技术方案是：

一种太阳能充放电控制电路，包括控制器、充电控制电路、升降压控制电路、储能控制电路、负载输出控制电路、太阳能板接口、电池接口和负载接口；所述太阳能板接口依次通过充电控制电路、升降压控制电路、储能控制电路与电池接口电连接，所述充电控制电路、升降压控制电路和储能控制电路均与控制器电连接，所述升降压控制电路、储能控制电路均分别通过负载输出控制电路与负载接口电连接。

优选的，还包括指示电路，所述指示电路与控制器电连接。

优选的，所述控制器采用型号为LTC4020的充电管理芯片。

优选的，所述充电控制电路包括第一双向TVS管、第一电容、第二电容、第一电阻、第十电阻、第十一电容、第一场效应管、第二电阻、第三场效应管、第四场效应管、第三电阻、第四有极电容、第五电容、第九电阻、第六电容和第一变压器；第三场效应管的源极依次通过第一电阻、第十电阻与第一场效应管的源极电连接，第三场效应管的栅极通过第二电阻与第一场效应管的漏极电连接，第三场效应管的栅极还通过第三电阻分别与第四场效应管的源极和漏极电连接，第三场效应管的漏极与第四场效应管的漏极电连接，第一电阻和第十电阻的结合点与第一场效应管的栅极电连接，第十一电容与第十电阻并联电连接，第二电容的两端分别与第一场效应管的源极、第三场效应管的源极电连接，第一双向TVS管、第一电容均分别与第二电容并联电连接，第一场效应管的源极、第三场效应管的源极分别与所述太阳能板接口的两极电连接，第四有极电容的正极与第四场效应管的源极电连接、负极与第一场效应管的源极电连接，第五电容与第四有极电容并联电连接，第四有极电容的正极依次通过第九电阻和第六电容与第四有极电容的负极电连接，第一变压器的两个同名端分别与第一场效应管的源极、第四场效应管的源极电连接，第一变压器的一个异名端与控制器的7脚电连接且其另一异名端接地。

优选的，所述充电控制电路中，向太阳能板接口输入的电压值为4.5V～60V，输入的电流值小于2A。

优选的，所述升降压控制电路包括第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管、第十八电容、第九有极电容、第十二电阻、第三十六电容、第三十一电阻、第三十二电阻、第三十三电阻、第三十四电阻、第四十电容、第二十四电阻、第五二极管、第一电感、第六二极管、第十四电阻、第三十七电容、第十五电阻和第十六电阻；第六场效应管的源极与第八场效应管的漏极电连接，第六场效应管的源极还通过第一电感分别与第七场效应管的源极与第九场效应管的漏极电连接，第六场效应管的源极与控制器的6脚电连接，第九有极电容的正极与第六场效应管的源极电连接、负极接地，第十八电容与第九有极电容并联电连接，第六场效应管的栅极通过第三十一电阻与控制器的1脚电连接；第八场效应管的栅极通过第三十二电阻与控制器的37脚电连接，第八场效应管的源极依次通过第二十四电阻、第三十四电阻与控制器的4脚电连接，第二十四电阻与第三十四电阻的结合点接地，第八场效应管的源极还通过第三十三电阻与控制器的5脚电连接，控制器的4脚和5脚通过第四十电容电连接；第五二极管的阳极与第八场效应管的源极电连接、阴极与第六场效应管的源极电连接，第五二极管的阴极还依次通过第三十六电容、第十二电阻与第六场效应管的漏极电连接，第五二极管的阴极与控制器的38脚电连接，第六二极管的阳极与第七场效应管的源极电连接、阴极与第七场效应管的漏极电连接，第六二极管的阳极还依次通过第十四电阻、第三十七电容与第九场效应管的源极电连接，第九场效应管的源极接地；第七场效应管的源极与控制器的32脚电连接，第七场效应管的漏极通过第十六电阻与控制器的31脚电连接，第七场效应管的漏极还分别与储能控制电路的输出脚、负载输出控制电路的输入脚电连接；第九场效应管的栅极通过第十五电阻与控制器的33脚电连接。

优选的，所述储能控制电路包括第十三电阻、第三十七电阻、第三电容、第十七电阻、第三十五电阻、第十八电阻、第十场效应管、第二双向TVS管、第二十四电容、第二十六电容、第三十八电阻、第二十九电容、第二十六电阻、第二十一电阻、第三十电容、第二十七电阻、第三十六电阻和第二十七电容；第十场效应管的源极依次通过第三十五电阻、第十三电阻与控制器的23脚电连接，第十场效应管的源极还依次通过第十七电阻、第三电容和第三十七电阻与控制器的23脚电连接，第十七电阻与第三电容的结合点与控制器的22脚电连接，第三十五电阻与第十三电阻的结合点与负载输出控制电路的输入脚电连接，第十场效应管的栅极通过第十八电阻与控制器的21电连接，第十场效应管的漏极与控制器的20脚电连接，第十场效应管的漏极还通过第二十四电容接地，第二双向TVS管与第二十四电容并联电连接；第十场效应管的漏极还依次通过第二十六电阻、第二十一电阻、第三十六电阻、第二十七电阻、第二十七电容和第三十八电阻接地，第二十七电容和第三十八电阻的结合点接地，第三十电容与第二十七电阻并联电连接，第二十七电容和第三十八电阻的结合点还通过第二十六电容与电池接口的一极电连接，电池接口的另一极与第十场效应管的漏极电连接，第二十九电容与第二十六电阻并联电连接，第二十六电阻与第二十一电阻的结合点与控制器的17脚电连接，第二十一电阻与第三十六电阻的结合点与控制器的18脚电连接，第三十六电阻与第二十七电阻的结合点分别与控制器的19脚及26脚电连接。

本实用新型的有益效果集中体现在：

可实现宽电压输入，能够兼容更多光伏产品，解决太阳能板与电池不匹配的问题；实现电流的恒定输出，避免太阳能板的死机问题，有效保证太阳能电池板的正常工作。具体来说，充电控制电路将太阳能板输送的电能通过升降压控制电路为蓄电池充电，与此同时，充电控制电路还可将太阳能板输送的电能通过升降压控制电路、负载输出控制电路向负载供电，蓄电池也可通过负载输出控制电路向负载供电，控制器用于控制充电控制电路、升降压控制电路和储能控制电路的工作；本实用新型在使用过程中，升降压控制电路可用于实现输入电的升降压控制，即在太阳能板通过充电控制电路输送的电压过低或过高时，升降压控制电路都可实现控制储能控制电路的输出电压保持在恒定范围内，由此实现宽电压输入，可兼容更多光伏产品，解决太阳能板与电池不匹配的问题，另外，升降压控制电路可实现电流的恒定输出，将输出电流控制在2A左右，可避免太阳能板的死机问题，有效保证太阳能电池板的正常工作。

附图说明

图1是本实用新型的控制框图；

图2是本实用新型中控制器的电路原理图；

图3是本实用新型中充电控制电路的电路原理图；

图4是本实用新型中升降压控制电路与负载输出控制电路的电路原理图；

图5是本实用新型中储能控制电路的电路原理图；

图6是本实用新型中指示电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

下面结合附图1～6进一步阐述本实用新型。

一种太阳能充放电控制电路，如图1所示，包括控制器、充电控制电路、升降压控制电路、储能控制电路、负载输出控制电路、太阳能板接口CN1、电池接口CN3和负载接口CN2；所述太阳能板接口CN1依次通过充电控制电路、升降压控制电路、储能控制电路与电池接口CN3电连接，所述充电控制电路、升降压控制电路和储能控制电路均与控制器电连接，所述升降压控制电路、储能控制电路均分别通过负载输出控制电路与负载接口CN2电连接。应当理解的是，太阳能板通过太阳能板接口CN1与充电控制电路电连接，蓄电池通过电池接口CN3与储能控制电路电连接，负载通过负载接口CN2与负载输出控制电路电连接。优选的，如图2所示，所述控制器采用型号为LTC4020的充电管理芯片。

本实用新型的实施方式如下：充电控制电路将太阳能板输送的电能通过升降压控制电路为蓄电池充电，与此同时，充电控制电路还可将太阳能板输送的电能通过升降压控制电路、负载输出控制电路向负载供电，蓄电池也可通过负载输出控制电路向负载供电，控制器用于控制充电控制电路、升降压控制电路和储能控制电路的工作；本实用新型在使用过程中，升降压控制电路可用于实现输入电的升降压控制，即在太阳能板通过充电控制电路输送的电压过低或过高时，升降压控制电路都可实现控制储能控制电路的输出电压保持在恒定范围内，由此实现宽电压输入，可兼容更多光伏产品，解决太阳能板与电池不匹配的问题，另外，升降压控制电路可实现电流的恒定输出，将输出电流控制在2A左右，可避免太阳能板的死机问题，有效保证太阳能电池板的正常工作。

进一步的，还包括指示电路，所述指示电路与控制器电连接。所示指示电路如图6所示，包括充电指示灯LED-R1、故障指示灯D4、充满电指示灯LED-G、第二场效应管Q2和第十九电阻R19，其中第二场效应管Q2为N沟道型场效应管；充电指示灯LED-R1的阴极与第二场效应管Q2的栅极均与控制器的12脚电连接，充满电指示灯LED-G的阴极与第二场效应管Q2的漏极电连接，故障指示灯D4的阴极与控制器的13脚电连接，充电指示灯LED-R1、故障指示灯D4和充满电指示灯LED-G的阳极均通过第十九电阻R19与控制器的34脚电连接；充电指示灯LED-R1用于蓄电池的充电指示，充满电指示灯LED-G用于蓄电池的充满指示，故障指示灯D4用于报错指示。

进一步的，如图3所示，所述充电控制电路包括第一双向TVS管TVST1、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第十电阻R10、第十一电容C11、第一场效应管Q1、第二电阻R2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第三电阻R3、第四有极电容C4、第五电容C5、第九电阻R9、第六电容C6和第一变压器T1，其中第一场效应管Q1为N沟道型场效应管，第三场效应管Q3、第四场效应管Q4均为P沟道型场效应管；第三场效应管Q3的源极依次通过第一电阻R1、第十电阻R10与第一场效应管Q1的源极电连接，第三场效应管Q3的栅极通过第二电阻R2与第一场效应管Q1的漏极电连接，第三场效应管Q3的栅极还通过第三电阻R3分别与第四场效应管Q4的源极和漏极电连接，第三场效应管Q3的漏极与第四场效应管Q4的漏极电连接，第一电阻R1和第十电阻R10的结合点与第一场效应管Q1的栅极电连接，第十一电容C11与第十电阻R10并联电连接，第二电容C2的两端分别与第一场效应管Q1的源极、第三场效应管Q3的源极电连接，第一双向TVS管TVST1、第一电容C1均分别与第二电容C2并联电连接，第一场效应管Q1的源极、第三场效应管Q3的源极分别与所述太阳能板接口CN1的两极电连接，第四有极电容C4的正极与第四场效应管Q4的源极电连接、负极与第一场效应管Q1的源极电连接，第五电容C5与第四有极电容C4并联电连接，第四有极电容C4的正极依次通过第九电阻R9和第六电容C6与第四有极电容C4的负极电连接，第一变压器T1的两个同名端分别与第一场效应管Q1的源极、第四场效应管Q4的源极电连接，第一变压器T1的一个异名端与控制器的7脚电连接且其另一异名端接地。

进一步的，所述充电控制电路中，向太阳能板接口CN1输入的电压值为4.5V～60V，输入的电流值小于2A。应当理解的是，太阳能板向太阳能板接口CN1输入的电压值为4.5V～60V，提高了本实用新型的电压输入范围，实现宽电压输入，使得本实用新型可连接不同规格的太阳能板，避免对光伏产品的使用范围造成限制，可提升本实用新型的稳定性能。

进一步的，如图4所示，所述升降压控制电路包括第六场效应管Q6、第七场效应管Q7、第八场效应管Q8、第九场效应管Q9、第十八电容C18、第九有极电容C9、第十二电阻R12、第三十六电容C36、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第四十电容C40、第二十四电阻R24、第五二极管D5、第一电感L1、第六二极管D6、第十四电阻R14、第三十七电容C37、第十五电阻R15和第十六电阻R16，其中第六场效应管Q6、第七场效应管Q7、第八场效应管Q8、第九场效应管Q9均为N沟道型场效应管；第六场效应管Q6的源极与第八场效应管Q8的漏极电连接，第六场效应管Q6的源极还通过第一电感L1分别与第七场效应管Q7的源极与第九场效应管Q9的漏极电连接，第六场效应管Q6的源极与控制器的6脚电连接，第九有极电容C9的正极与第六场效应管Q6的源极电连接、负极接地，第十八电容C18与第九有极电容C9并联电连接，第六场效应管Q6的栅极通过第三十一电阻R31与控制器的1脚电连接；第八场效应管Q8的栅极通过第三十二电阻R32与控制器的37脚电连接，第八场效应管Q8的源极依次通过第二十四电阻R24、第三十四电阻R34与控制器的4脚电连接，第二十四电阻R24与第三十四电阻R34的结合点接地，第八场效应管Q8的源极还通过第三十三电阻R33与控制器的5脚电连接，控制器的4脚和5脚通过第四十电容C40电连接；第五二极管D5的阳极与第八场效应管Q8的源极电连接、阴极与第六场效应管Q6的源极电连接，第五二极管D5的阴极还依次通过第三十六电容C36、第十二电阻R12与第六场效应管Q6的漏极电连接，第五二极管D5的阴极与控制器的38脚电连接，第六二极管D6的阳极与第七场效应管Q7的源极电连接、阴极与第七场效应管Q7的漏极电连接，第六二极管D6的阳极还依次通过第十四电阻R14、第三十七电容C37与第九场效应管Q9的源极电连接，第九场效应管Q9的源极接地；第七场效应管Q7的源极与控制器的32脚电连接，第七场效应管Q7的漏极通过第十六电阻R16与控制器的31脚电连接，第七场效应管Q7的漏极还分别与储能控制电路的输出脚、负载输出控制电路的输入脚电连接；第九场效应管Q9的栅极通过第十五电阻R15与控制器的33脚电连接。

需要说明的是，升降压控制电路的工作原理如下：当由太阳能板控制电路输入的电压高于负载输出电路的输入电压时，此时充电电路工作于降压(Buck)模式，第六场效应管Q6(由控制器的1脚驱动)和第八场效应管Q8(由控制器的37脚驱动)为PWM驱动以实现电能转换。理想状态下，第七场效应管Q7(控制器的31脚驱动)将持续导通而第九场效应管Q9(由控制器的33脚驱动)将保持断开状态，此时电路的工作状态类似于Buck拓扑电路。当由太阳能板控制电路输入的电压低于负载输出电路的输入电压时，此时充电电路工作于升压(Boost)模式，第九场效应管Q9和第七场效应管Q7为PWM驱动以实现电能转换。理想状态下，第六场效应管Q6将持续导通，而第八场效应管Q8将保持断开状态，此时电路的工作状态类似于Boost电路拓扑。当V-IN接近于输出时(即太阳能板的输出电压接近于蓄电池输入电压时)，将会控制充电电路工作于四开关(Buck-Boost)模式，即控制四个开关管均为PWM驱动的工作状态。

进一步的，如图5所示，所述储能控制电路包括第十三电阻R13、第三十七电阻R37、第三电容C3、第十七电阻R17、第三十五电阻R35、第十八电阻R18、第十场效应管Q10、第二双向TVS管TVST2、第二十四电容C24、第二十六电容C26、第三十八电阻R38、第二十九电容C29、第二十六电阻R26、第二十一电阻R21、第三十电容C30、第二十七电阻R27、第三十六电阻R36和第二十七电容C27，其中第十场效应管Q10为P沟道型场效应管；第十场效应管Q10的源极依次通过第三十五电阻R35、第十三电阻R13与控制器的23脚电连接，第十场效应管Q10的源极还依次通过第十七电阻R17、第三电容C3和第三十七电阻R37与控制器的23脚电连接，第十七电阻R17与第三电容C3的结合点与控制器的22脚电连接，第三十五电阻R35与第十三电阻R13的结合点与负载输出控制电路的输入脚电连接，第十场效应管Q10的栅极通过第十八电阻R18与控制器的21电连接，第十场效应管Q10的漏极与控制器的20脚电连接，第十场效应管Q10的漏极还通过第二十四电容C24接地，第二双向TVS管TVST2与第二十四电容C24并联电连接；第十场效应管Q10的漏极还依次通过第二十六电阻R26、第二十一电阻R21、第三十六电阻R36、第二十七电阻R27、第二十七电容C27和第三十八电阻R38接地，第二十七电容C27和第三十八电阻R38的结合点接地，第三十电容C30与第二十七电阻R27并联电连接，第二十七电容C27和第三十八电阻R38的结合点还通过第二十六电容C26与电池接口CN3的一极电连接，电池接口CN3的另一极与第十场效应管Q10的漏极电连接，第二十九电容C29与第二十六电阻R26并联电连接，第二十六电阻R26与第二十一电阻R21的结合点与控制器的17脚电连接，第二十一电阻R21与第三十六电阻R36的结合点与控制器的18脚电连接，第三十六电阻R36与第二十七电阻R27的结合点分别与控制器的19脚及26脚电连接。

应当理解的是，储能控制电路用于实现对蓄电池的充放电控制。正常情况下，太阳能板依次通过充电控制电路、升降压控制电路向蓄电池充电，在此过程中，由控制器的21脚控制第十场效应管Q10对蓄电池组充电；当控制器的20脚检测电池电压充满时断开控制器的21脚引脚，并在第十场效应管Q10附近实时检测充电电流，防止过充；当太阳能板未向蓄电池充电时，第十场效应管Q10打开，蓄电池通过负载输出控制电路向负载供电。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。