一种用于高原环境的隔离光伏充电装置的制作方法

本申请涉及充放电技术领域，具体而言，涉及一种用于高原环境的隔离光伏充电装置。

背景技术：

随着人类对新能源利用的不断深入，对于光伏（pv，photovoltaic）能源的利用不断趋于成熟和完善。例如，利用高原环境大气透明度好、太阳能辐射强度高等特点进行光伏发电，将光能转化为pv电池的电能，并利用pv电池对蓄电池进行充电，以将电能储存在蓄电池中，从而可以通过蓄电池，为其他电能元件提供电能。

目前，在利用pv电池对蓄电池进行充电时，采用软件设置程序的方式，对蓄电池的充电电流以及充电电压进行监测和控制，例如，通过对pv电池的输出电压进行升降压的控制方式以维持和控制蓄电池的充电电压。但该方法，由于采用软件方式进行充电控制，充电控制速度较慢，易引起蓄电池的充电电压和电流偏差较大，使得蓄电池的充电控制精度不高，影响蓄电池的使用寿命；进一步地，由于高原环境具有的空气稀薄、地域空旷、气候干燥等特点，使得充电装置中的散热结构较为复杂，充电装置成本较高，且高原环境静电多发、接地不牢固等问题多发，导致充电装置的安全运行隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供用于高原环境的隔离光伏充电装置，以提高充电控制精度。

第一方面，本申请实施例提供了用于高原环境的隔离光伏充电装置，包括：隔离充电功率电路、变压器原边供电电路、脉宽调制调节驱动电路、变压器副边供电电路、采样及恒压恒流控制电路及充电开关控制电路，其中，

隔离充电功率电路分别与变压器原边供电电路、采样及恒压恒流控制电路及充电开关控制电路相连；

变压器原边供电电路还与脉宽调制调节驱动电路以及变压器副边供电电路相连；

脉宽调制调节驱动电路还与采样及恒压恒流控制电路相连，采样及恒压恒流控制电路还与充电开关控制电路相连。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述隔离充电功率电路包括：电压输入单元以及电压输出单元，其中，电压输入单元包括：光伏电池、第一电容、第一绕组以及第一功率开关管，其中，

光伏电池的正极分别与第一电容的一端以及第一绕组的一端相连，负极分别与第一电容的另一端以及第一功率开关管的源极相连并接地；

第一绕组的另一端与第一功率开关管的漏极相连；

第一功率开关管的基极与脉宽调制调节驱动电路相连。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述电压输出单元包括：第三绕组、第一二极管、第二电容、第三电容以及采样电阻，其中，

第三绕组的一端与第一二极管的正极相连，另一端分别与第二电容的一端、采样电阻的一端以及第三电容的一端相连，第一绕组为变压器原边绕组，第三绕组为变压器副边绕组；

第一二极管的负极分别与第二电容的另一端、第三电容的另一端以及充电开关控制电路的输入端相连；

采样电阻的另一端与充电开关控制电路的输出端相连。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述变压器原边供电电路包括：第二绕组、第二二极管、第三二极管、第四电容、第五电容、第一电阻以及第二电阻，其中，

第二二极管的正极与隔离充电功率电路中的光伏电池的正极相连，负极与第一电阻的一端相连；

第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、第四电容的一端、第五电容的一端以及第三二极管的负极相连；

第二电阻的另一端分别与第四电容的另一端、第五电容的另一端、光伏电池的负极以及第二绕组的一端相连；

第二绕组的另一端与第三二极管的正极相连。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述变压器副边供电电路包括：第四绕组、第四二极管、第六电容以及第七电容，其中，

第四绕组的一端与第四二极管的正极相连，另一端分别与第六电容的一端、第七电容的一端以及隔离充电功率电路中的采样电阻的一端相连；

第四二极管的负极分别与第六电容的另一端、第七电容的另一端以及第二电压电源相连，第二绕组为变压器原边绕组，第四绕组为变压器副边绕组。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述充电开关控制电路包括：第二功率开关管、第三功率开关管、第三电阻、第四电阻以及蓄电池，其中，

第二功率开关管的源极与隔离充电功率电路中的采样电阻的另一端相连，基极与第三电阻的一端相连，漏极与蓄电池的负极相连；

第三电阻的另一端与第三功率开关管的源极相连；

第三功率开关管的漏极与第四二极管的负极相连，基极与第四电阻的一端相连；

第四电阻的另一端接入预设的开关控制信号。

结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第五种可能的实施方式中的任一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述采样及恒压恒流控制电路包括：输出电流采样单元、输出电压采样单元、比较反馈参考电压单元以及比较单元，其中，输出电流采样单元包括：电流第一采样运放器、电流第二采样运放器、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻以及第十六电阻，其中，

第十三电阻的一端分别与电流反馈比较运放器的正向输入端以及电流第一采样运放器的输出端相连，另一端与电流第一采样运放器的负向输入端相连；

电流第一采样运放器的正向输入端分别与电流第二采样运放器的输出端以及第十四电阻的一端相连，第八管脚接入第二工作电压；

第十四电阻的另一端分别与第十五电阻的一端以及电流第二采样运放器的负向输入端相连；

第十五电阻的另一端与采样电阻的一端相连；

电流第二采样运放器的正向输入端与第十六电阻的一端相连；

第十六电阻的另一端与隔离充电功率电路中的采样电阻的另一端相连；

电流第二采样运放器的第四端与采样电阻的一端相连。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述输出电压采样单元包括：第七电阻、第十二电阻以及第十三电容，其中，

第七电阻的一端分别与第十二电阻的一端、第十三电容的一端以及比较单元相连；

第七电阻的另一端与充电开关控制电路中的蓄电池的正极相连，第十二电阻的另一端分别与第十三电容的另一端以及比较反馈参考电压单元相连。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述比较反馈参考电压单元包括：第六电阻、参考电压运放器以及第十五电容，其中，

第六电阻的一端分别与第十五电容的一端以及参考电压运放器的负极相连，另一端接入第二工作电压；

第十五电容的另一端分别与参考电压运放器的正极以及隔离充电功率电路中的采样电阻的一端相连。

结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第五种可能的实施方式中的任一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，还包括：导热灌封胶以及铝散热外壳，其中，

所述用于高原环境的隔离光伏充电装置中的发热器件被绝缘固定到铝散热外壳上，并通过导热灌封胶，将所述发热器件连接到铝散热外壳，所述发热器件包括第一功率开关管、第二功率开关管以及变压器。

本申请实施例提供的用于高原环境的隔离光伏充电装置，包括：隔离充电功率电路、变压器原边供电电路、脉宽调制调节驱动电路、变压器副边供电电路、采样及恒压恒流控制电路及充电开关控制电路，其中，隔离充电功率电路分别与变压器原边供电电路、采样及恒压恒流控制电路及充电开关控制电路相连；变压器原边供电电路还与脉宽调制调节驱动电路以及变压器副边供电电路相连；脉宽调制调节驱动电路还与采样及恒压恒流控制电路相连，采样及恒压恒流控制电路还与充电开关控制电路相连。这样，通过设计纯硬件模拟电路以实现光伏隔离充电的恒压恒流控制，能够有效提升充电控制精度。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的用于高原环境的隔离光伏充电装置结构示意图；

图2示出了本申请实施例所提供的用于高原环境的隔离光伏充电装置的电路示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

蓄电池在充电的初始阶段，处于低电压状态，充电电流较大，而在充电的后期阶段，处于高电压状态，易导致蓄电池的充电电压超过蓄电池的安全充电电压，大电流以及大电压容易损坏蓄电池或降低蓄电池的使用寿命，因而，快速而精确地对充电电压以及充电电流进行控制，是保障蓄电池安全运行的重要技术手段。采用软件设置程序的方式对蓄电池的充电电流以及充电电压进行监测和控制，充电控制响应较慢，易引起蓄电池的充电电流或充电电压偏差较大的现象，使得充电控制精度不高。本申请实施例中，通过设计纯硬件模拟电路，以实现光伏隔离充电的恒压恒流控制，而通过硬件的控制方式，充电控制响应快，从而能够有效提升充电控制精度，避免蓄电池的充电电流或充电电压偏差较大的现象，提升蓄电池的充电控制精度。

本申请实施例提供了一种用于高原环境的隔离光伏充电装置，下面通过实施例进行描述。

图1示出了本申请实施例所提供的用于高原环境的隔离光伏充电装置结构示意图；

图2示出了本申请实施例所提供的用于高原环境的隔离光伏充电装置的电路示意图。

如图1和图2所示，该用于高原环境的隔离光伏充电装置包括：隔离充电功率电路11、变压器原边供电电路12、脉宽调制（pwm，pulsewidthmodulation）调节驱动电路13、变压器副边供电电路14、采样及恒压恒流控制电路15及充电开关控制电路16，其中，

隔离充电功率电路11分别与变压器原边供电电路12、采样及恒压恒流控制电路15及充电开关控制电路16相连；

变压器原边供电电路12还与脉宽调制调节驱动电路13以及变压器副边供电电路14相连；

脉宽调制调节驱动电路13还与采样及恒压恒流控制电路15相连，采样及恒压恒流控制电路15还与充电开关控制电路16相连。

本申请实施例中，隔离充电功率电路11，用于对光伏电池的输出电压进行隔离后输出至充电开关控制电路16，并对光伏电池的输出电压进行电压采样，将采样电压输出至采样及恒压恒流控制电路15；

变压器原边供电电路12，用于对光伏电池的输出电压进行分压，为变压器副边供电电路14提供变压器原边电压；

变压器副边供电电路14，依据变压器原边供电电路12输出的变压器原边电压提供第二工作电压vcc2；

脉宽调制调节驱动电路13依据采样及恒压恒流控制电路15的输出信号，控制隔离充电功率电路11的通断；

充电开关控制电路16依据隔离充电功率电路11的输出电压，控制充电开关控制电路16内蓄电池充电的通断。

本申请实施例中，作为一可选实施例，隔离充电功率电路11包括：电压输入单元以及电压输出单元，其中，电压输入单元包括：光伏电池pv电池、第一电容c1、第一绕组n1以及第一功率开关管q1，其中，

光伏电池的正极分别与第一电容c1的一端以及第一绕组n1的一端相连，负极分别与第一电容c1的另一端以及第一功率开关管q1的源极s相连并接地；

第一绕组n1的另一端与第一功率开关管q1的漏极d相连；

第一功率开关管q1的基极g与脉宽调制调节驱动电路13相连。

本申请实施例中，作为一可选实施例，电压输出单元包括：第三绕组n3、第一二极管d1、第二电容c2、第三电容c3以及采样电阻rs1，其中，

第三绕组n3的一端与第一二极管d1的正极相连，另一端分别与第二电容c2的一端、采样电阻的一端以及第三电容c3的一端相连，第一绕组n1为变压器t1的原边绕组，第三绕组n3为变压器t1的副边绕组；

第一二极管d1的负极分别与第二电容c2的另一端、第三电容c3的另一端以及充电开关控制电路16的输入端相连；

采样电阻的另一端与充电开关控制电路16的输出端相连。

本申请实施例中，光伏电池、第一电容c1、第一绕组n1及第一功率开关管q1组成用于高原环境的隔离光伏充电装置的电压输入单元，第三绕组n3、第一二极管d1、第二电容c2以及第三电容c3组成用于高原环境的隔离光伏充电装置的电压输出单元。采样电阻的一端处的电压为v2-，采样电阻的另一端处的电压为v1-。

本申请实施例中，作为一可选实施例，变压器原边供电电路12包括：第二绕组n2、第二二极管d2、第三二极管d3、第四电容c4、第五电容c5、第一电阻r1以及第二电阻r2，其中，

第二二极管d2的正极与光伏电池的正极相连，负极与第一电阻r1的一端相连；

第一电阻r1的另一端分别与第二电阻r2的一端、第四电容c4的一端、第五电容c5的一端以及第三二极管d3的负极相连；

第二电阻r2的另一端分别与第四电容c4的另一端、第五电容c5的另一端、光伏电池的负极以及第二绕组n2的一端相连；

第二绕组n2的另一端与第三二极管d3的正极相连。

本申请实施例中，第一电阻r1与第二电阻r2的连接处提供第一工作电压vcc1，第一工作电压、第二绕组n2、第三二极管d3、第四电容c4以及第五电容c5构成变压器原边供电电路的供电电路，第二二极管d2、第一电阻r1以及第二电阻r2构成变压器原边供电电路的分压电路，用以提供起始供电电压第一工作电压，vcc1。

本申请实施例中，作为一可选实施例，变压器副边供电电路14包括：第四绕组n4、第四二极管d4、第六电容c6以及第七电容c7，其中，

第四绕组n4的一端与第四二极管d4的正极相连，另一端分别与第六电容c6的一端、第七电容c7的一端以及采样电阻的一端相连；

第四二极管d4的负极分别与第六电容c6的另一端、第七电容c7的另一端以及第二电压电源相连，第二绕组n2为变压器原边绕组，第四绕组n4为变压器副边绕组。

本申请实施例中，第四绕组n4的另一端接入v2-，第四绕组n4为变压器副边绕组，第四绕组n4、第四二极管d4、第六电容c6、第七电容c7组成变压器副边供电电路14，提供第二工作电压vcc2，即第四二极管d4的负极输出的电压。

本申请实施例中，作为一可选实施例，第二电容c2、第五电容c5、第六电容c6为极性电容，第二电容c2与第一二极管d1的负极相连的一端为正极，与第三二极管d3的负极相连的第五电容c5的一端为正极，与第四二极管d4的负极相连的第六电容c6的一端为正极。

本申请实施例中，pwm调节驱动电路的工作电压为第一工作电压，用于对采样及恒压恒流控制电路15中光耦转换器输出的信号进行脉宽调制，并将调制的信号输出至第一功率开关管q1的基极。

本申请实施例中，作为一可选实施例，充电开关控制电路16包括：第二功率开关管q2、第三功率开关管q3、第三电阻r3、第四电阻r4以及蓄电池，其中，

第二功率开关管q2的源极与采样电阻的另一端相连，基极与第三电阻r3的一端相连，漏极与蓄电池的负极vbat-相连，蓄电池的正极vbat+与第一二极管d1的负极相连；

第三电阻r3的另一端与第三功率开关管q3的源极相连；

第三功率开关管q3的漏极与第四二极管d4的负极相连，基极与第四电阻r4的一端相连；

第四电阻r4的另一端接入预设的开关控制信号。

本申请实施例中，充电开关控制电路16通过包括正常运行信号及保护信号等的开关控制信号，控制第二功率开关管q2的通断，从而实现电池充电功能及保护断开功能。

本申请实施例中，作为一可选实施例，采样及恒压恒流控制电路15包括：输出电流采样单元、输出电压采样单元、比较反馈参考电压单元以及比较单元，其中，

输出电流采样单元、输出电压采样单元以及比较反馈参考电压单元分别与比较单元相连。

本申请实施例中，作为一可选实施例，输出电流采样单元包括：电流第一采样运放器u3-1、电流第二采样运放器u3-2、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15以及第十六电阻r16，其中，

第十三电阻r13的一端分别与电流反馈比较运放器的正向输入端以及电流第一采样运放器的输出端相连，另一端与电流第一采样运放器的负向输入端相连；

电流第一采样运放器的正向输入端分别与电流第二采样运放器的输出端以及第十四电阻r14的一端相连，第八管脚接入第二工作电压；

第十四电阻r14的另一端分别与第十五电阻r15的一端以及电流第二采样运放器的负向输入端相连；

第十五电阻r15的另一端与采样电阻的一端相连；

电流第二采样运放器的正向输入端与第十六电阻r16的一端相连；

第十六电阻r16的另一端与采样电阻的另一端相连；

电流第二采样运放器的第四端与采样电阻的一端相连。

本申请实施例中，为了对滤除电压中的高频成分，作为一可选实施例，输出电流采样单元还包括：第八电容c8以及第九电容c9，其中，

第八电容c8的一端与第八管脚相连并接入第二工作电压，另一端与采样电阻的一端相连；

第九电容c9的一端与电流第二采样运放器的负向输入端相连，另一端与电流第二采样运放器的正向输入端相连。

本申请实施例中，作为一可选实施例，输出电压采样单元包括：第七电阻r7、第十二电阻r12以及第十三电容c13，其中，

第七电阻r7的一端分别与第十二电阻r12的一端、第十三电容c13的一端以及比较单元相连；

第七电阻r7的另一端与蓄电池的正极vbat+相连，第十二电阻r12的另一端分别与第十三电容c13的另一端以及比较反馈参考电压单元相连。

本申请实施例中，作为一可选实施例，比较反馈参考电压单元包括：第六电阻r6、参考电压运放器以及第十五电容c15，其中，

第六电阻r6的一端分别与第十五电容c15的一端以及参考电压运放器u2的负极相连，另一端接入第二工作电压；

第十五电容c15的另一端分别与参考电压运放器的正极以及采样电阻的一端相连。

本申请实施例中，作为一可选实施例，比较单元包括：电压反馈比较运放器u1-2、电流反馈比较运放器u1-1、第五二极管d5、第六二极管d6、第十电容c10、第十一电容c11、第十二电容c12、第十四电容c14、第五电阻r5、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11以及光耦转换器u4，其中，

第五二极管d5的负极与第六二极管d6的负极相连并接入光耦转换器的第一输入端，正极分别与电压反馈比较运放器的输出端第7管脚以及第十电容c10的一端相连，第六二极管d6的正极与电流反馈比较运放器的输出端第1管脚相连；

第十电容c10的另一端与第八电阻r8的一端相连；

第八电阻r8的另一端与电压反馈比较运放器的负向输入端相连；

电压反馈比较运放器的负向输入端还与第十一电阻r11的一端相连，正向输入端与第七电阻r7的一端相连；

第十一电阻r11的另一端与第十电阻r10的一端相连；

第五电阻r5的一端与第十二电容c12的一端分别与采样电阻的一端相连，另一端分别与第十二电容c12的另一端以及电流反馈比较运放器的负向输入端相连；

电流反馈比较运放器的负向输入端还与第十电阻r10的另一端以及第九电阻r9的一端相连，正向输入端分别与第十四电容c14的一端以及电流第一采样运放器的输出端相连，第四管脚与光耦转换器的第二输入端以及采样电阻的一端相连，第十四电容c14的另一端与采样电阻的一端相连；

第九电阻r9的另一端与第十一电容c11的一端相连，第十一电容c11的另一端与第六二极管d6的正极相连。

本申请实施例中，采样及恒压恒流控制电路采用硬件模拟电路，能够实现输出的恒压恒流的稳定控制，以及，恒压与恒流二者之间的自动平滑切换。作为一可选实施例，参考电压运放器为tl431芯片。

本申请实施例中，第二电压电源、第六电阻r6、参考电压运放器tl431芯片及第十五电容c15构成比较反馈参考电压单元，其参考电压为2.5v；第七电阻r7、第十二电阻r12及第十三电容c13构成输出电压采样单元。

本申请实施例中，当蓄电池在欠压恒流充电时，输出电流（蓄电池的充电电流）略大于设定的恒流电流值，使得电流反馈比较运放器的同相输入端（第三管脚）的电压高于负向输入端（第二管脚）的参考电压，因而，电流反馈比较运放器的输出端（第一管脚）的电压为高电平，第四二极管导通，进行电流反馈调节，通过控制光耦转换器的原边电流大小进行恒流控制，同时，输出电压（蓄电池的充电电压）小于设定的恒压电压，电压反馈比较运放器的正向输入端（第五管脚）的电压低于负向输入端（第六管脚）的参考电压，电压反馈比较运放器的输出端的电压为低电平，第三二极管不能导通（截止），停止电压反馈调节。

当蓄电池进入恒压充电时，输出电压略大于设定的恒压电压值，电压反馈比较运放器的正向输入端（第五管脚）的电压高于负向输入端（第六管脚）的参考电压，电压反馈比较运放器的输出端的电压为高电平，第三二极管导通，进行电压反馈，通过控制光耦转换器的原边电流大小进行恒压控制，同时，输出电流小于设定的恒流电流值，电流反馈比较运放器的同相输入端（第三管脚）的电压低于负向输入端（第二管脚）的参考电压，因而，电流反馈比较运放器的输出端（第一管脚）的电压为低电平，第四二极管不能导通，停止电流反馈调节。这样，通过电流反馈以及电压反馈的切换，实现了蓄电池充电的恒压恒流控制，并通过隔离电路的方式，合理利用了光伏能源。

本申请实施例中，作为一可选实施例，该用于高原环境的隔离光伏充电装置还包括：导热灌封胶以及铝散热外壳，其中，

所述用于高原环境的隔离光伏充电装置中的发热器件被绝缘固定到铝散热外壳上，并通过导热灌封胶，将所述发热器件连接到铝散热外壳，所述发热器件包括功率开关管、变压器。

本申请实施例中，利用导热灌封胶将装置中的发热器件的热量与周围环境融合，并传导到铝散热外壳上，这样，可以有针对性地克服高原环境的散热问题、绝缘耐压及接地不可靠的问题；同时，灌胶后的用于高原环境的隔离光伏充电装置成为防水产品，可以有效克服高原环境静电多发及昼夜温差大所带来的凝露问题；进一步地，由于用于高原环境的隔离光伏充电装置中采用了隔离电路，使得应对高原特殊环境的装置更加简单、可靠、方便、快捷。

应当说明的是，在本申请的实施例中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本申请的实施例如上所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该申请仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本申请以及在本申请基础上的修改使用。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。