共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器的電池板測量電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器的電池板測量電路，用于測量太陽能電池板的開路電壓和充電電流。測量太陽能電池板的開路電壓電路采用的方案是先利用精密分壓電阻對(duì)蓄電池電壓值、蓄電池和電池板壓差值進(jìn)行處理，然后通過同相加法器對(duì)壓差值進(jìn)行運(yùn)算處理，最后交由單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。測量充電電流電路采用的方案是在太陽能充電控制器正極主線路上串上一個(gè)電流采樣電阻，然后通過比例放大器對(duì)采樣電阻上的電壓進(jìn)行放大，最后交給單片機(jī)運(yùn)算處理。通過上述這樣一種電路設(shè)計(jì)，使得共正極結(jié)構(gòu)的太陽能充電控制器能夠準(zhǔn)確測量出太陽能電池板的開路電壓和充電電流，使太陽能充電控制器功能更加完善。
【專利說明】共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器的電池板測量電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能充電控制技術(shù)，具體的說是一種共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器的電池板測量電路。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能充電控制器用于太陽能電池板對(duì)蓄電池的充電全程控制，主要功能是對(duì)蓄電池進(jìn)行過充保護(hù)和充電方式的控制。目前現(xiàn)有的太陽能充電控制器大多數(shù)采用一種正極結(jié)構(gòu)的充電控制方案，具體而言就是電池板正極與蓄電池的正極直接相連，在電池板負(fù)極和蓄電池的負(fù)極線路上設(shè)置兩個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管，采用單片機(jī)通過功率驅(qū)動(dòng)電路控制兩個(gè)開關(guān)管的通斷，達(dá)到充電控制的目的。這種方案雖然能夠有效的實(shí)現(xiàn)蓄電池過充保護(hù)，并且支持直充方式，但是由于電池板和蓄電池不共地的原因，利用單片機(jī)內(nèi)部A/D只能測到蓄電池和電池板的電壓差，直接測不到太陽能電池板的開路電壓。從而導(dǎo)致PWM充電模式中的PWM脈沖的占空比不能準(zhǔn)確確定，同時(shí)電池板的發(fā)電量也不易獲取，不利于太陽能充電控制器的功能擴(kuò)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型為了解決共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器中不易測量太陽能電池板的開路電壓這個(gè)技術(shù)缺陷，提供一種共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器的電池板測量電路，先測量壓差值和蓄電池電壓值再進(jìn)行處理的間接測量電池板電壓，同時(shí)還可以對(duì)電池板充電電流進(jìn)行測量。
[0004]本實(shí)用新型包括共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器電路、蓄電池電壓測量電路、蓄電池和電池板電壓差值測量電路、電壓差值處理電路和充電電流測量電路。所采用的技術(shù)方案在于:共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器電路有兩條主線路分別為正極主線路和負(fù)極主線路。太陽能電池板正極通過正極主線路串上一個(gè)保險(xiǎn)絲直接與蓄電池正極相連，太陽能電池板負(fù)極通過負(fù)極主線路串上兩個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管與蓄電池負(fù)極相連，兩個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管采用單片機(jī)I/O 口通過兩個(gè)功率驅(qū)動(dòng)電路來進(jìn)行開關(guān)控制。
[0005]所述的蓄電池電壓測量電路由一個(gè)限流電阻、兩個(gè)精密分壓電阻和個(gè)抗干擾濾波電容組成。兩個(gè)精密分壓電阻兩端分別接蓄電池的正負(fù)極，限流電阻一端接單片機(jī)的A/D引腳，另一端接兩個(gè)精密分壓電阻的中間端。兩個(gè)精密電阻分壓的作用是將蓄電池的電壓值轉(zhuǎn)換成單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器的量程范圍內(nèi)。
[0006]所述的蓄電池和電池板電壓差值測量電路由一個(gè)限流電阻、兩個(gè)精密分壓電阻和一個(gè)抗干擾濾波電容構(gòu)成。限流電阻一端接正極主線路，另一端與精密分壓電阻相接，另外還設(shè)置一根導(dǎo)線連接至兩個(gè)開關(guān)管的中間處，精密分壓電阻的中間端與電容一端相連，分壓電阻和電容的另一端與負(fù)極主線路相連。測量壓差值時(shí)采用單片機(jī)控制第一個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通，第二個(gè)開關(guān)管關(guān)閉時(shí)，限流電阻與精密分壓電阻的連接端和電池板地端是同一電位，而精密分壓電阻另一端是蓄電池地端。這樣壓差就加在兩個(gè)精密分壓電阻兩端。兩個(gè)精密電阻分壓的作用是將電池板與蓄電池的壓差值轉(zhuǎn)換成單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器的量程范圍內(nèi)。
[0007]所述的電壓差值處理電路采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成電壓加法電路。由于在白天電池板的電壓要比蓄電池的電壓高，電壓差值為負(fù)值，而單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器處理電壓值的范圍一般在0-5V，因此采用運(yùn)放加法電路將負(fù)壓差值加上一個(gè)固定的電壓直流分量，使其變成一個(gè)正壓差值，再送給單片機(jī)A/D進(jìn)行處理。
[0008]所述的充電電流測量電路首先在正極主線路上串上一個(gè)電流采樣電阻，當(dāng)太陽能電池板對(duì)蓄電池充電時(shí)，在正極主線路上會(huì)有充電電流在電流采樣電阻上形成很小的電壓降，這個(gè)小電壓信號(hào)通過運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓放大電路送給單片機(jī)A/D進(jìn)行處理。
[0009]上述技術(shù)方案具體包括:太陽能電池板正極主線路串連電流采樣電阻與蓄電池正極連接，負(fù)極主線路串連兩個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管連接蓄電池負(fù)極，負(fù)極主線路所串連的兩個(gè)開關(guān)管分別通過導(dǎo)線串連功率驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)的I/O引腳連接，在正極主線路和負(fù)極主線路之間通過導(dǎo)線串連有一個(gè)限流電阻和兩個(gè)精密分壓電阻，單片機(jī)的一個(gè)A/D引腳通過導(dǎo)線串連電壓信號(hào)放大電路后與電流采樣電阻的兩端相連接，單片機(jī)另一 A/D引腳通過導(dǎo)線串連蓄電池與電池板電壓差值處理電路連接在正極主線路和負(fù)極主線路之間的兩個(gè)精密分壓電阻的中間導(dǎo)線上，在蓄電池的正極端設(shè)有導(dǎo)線串連兩個(gè)精密分壓電阻與蓄電池負(fù)極端連接，在兩個(gè)精密分壓電阻的中間線上設(shè)有導(dǎo)線并串連一個(gè)限流電阻后與單片機(jī)的一個(gè)A/D引腳連接。在兩個(gè)精密分壓電阻中間線上設(shè)有導(dǎo)線串連一個(gè)電容與負(fù)極主線路連接。在正極主線路和負(fù)極主線路相連導(dǎo)線的限流電阻和精密分壓電阻之間設(shè)有導(dǎo)線連接在負(fù)極主線路的兩個(gè)開關(guān)管之間。在太陽能電池板與蓄電池相連的正極主線路上串有一個(gè)保險(xiǎn)絲。
[0010]本實(shí)用新型由于采用上述這樣一種電路設(shè)計(jì)，使得共正極結(jié)構(gòu)的太陽能充電控制器能夠準(zhǔn)確測量出太陽能電池板的開路電壓和充電電流，使太陽能充電控制器功能更加完善。同時(shí)提供的測量采樣電路都是用基本元器件和通用運(yùn)放芯片構(gòu)成的，結(jié)構(gòu)簡單、廉價(jià)且可靠。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。
[0013]圖1為本實(shí)用新型共正極電路結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2為蓄電池與電池板電壓差值處理電路圖
[0015]圖3為電壓信號(hào)放大電路圖
[0016]圖中:100、蓄電池電壓測量電路，200、蓄電池和電池板電壓差值測量電路，300、充電電流測量電路，1、太陽能電池板，2、蓄電池，3、單片機(jī)，4、電壓差值處理電路，5、電壓信號(hào)放大電路，6、正極主線路，7、負(fù)極主線路，8、功率驅(qū)動(dòng)電路，9、N溝道MOSFET開關(guān)管，10、電流采樣電阻，11、限流電阻，12、保險(xiǎn)絲，13、精密分壓電阻，14、電容，15、導(dǎo)線，16、雙向肖基
特二極管。
[0017]【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示:本實(shí)用新型由單片機(jī)3、蓄電池電壓測量電路100、蓄電池和電池板電壓差值測量電路200、電壓差值處理電路4和充電電流測量電路300組成。所采用的技術(shù)方案在于:太陽能電池板I正極通過正極主線路6串上一個(gè)保險(xiǎn)絲12與蓄電池2正極相連，太陽能電池板I負(fù)極通過負(fù)極主線路7串上兩個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管9與蓄電池2負(fù)極相連，單片機(jī)3兩個(gè)I/O 口通過兩個(gè)功率驅(qū)動(dòng)電路8來控制兩個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管9的通斷。
[0019]所述的蓄電池電壓測量電路100由限流電阻11、兩個(gè)精密分壓電阻13和抗干擾濾波電容14組成。兩個(gè)精密分壓電阻13兩端分別接蓄電池2的正負(fù)極，限流電阻11 一端接單片機(jī)3的A/D引腳，另一端接至兩個(gè)精密分壓電阻13的中間端?？垢蓴_濾波電容14 一端接至兩個(gè)精密分壓電阻13的中間端，另一端與蓄電池2的負(fù)極相連接。
[0020]所述的蓄電池和電池板電壓差值測量電路200由限流電阻11、兩個(gè)精密分壓電阻13和抗干擾濾波電容14組成。限流電阻11 一端接正極主線路，另一端與精密分壓電阻13相接，另外還設(shè)置一根導(dǎo)線15連接至兩個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管9的中間處，兩個(gè)精密分壓電阻13的中間端與抗干擾濾波電容電容14 一端相連，兩個(gè)精密分壓電阻13和抗干擾濾波電容14的另一端與負(fù)極主線路7相連。
[0021]如圖2所示:所述的電壓差值處理電路4的輸入端與電壓差值測量電路200的輸出端BSC相連，輸出端與單片機(jī)的A/D引腳相連，包括一片運(yùn)算放大器集成芯片U1、六個(gè)電阻和一個(gè)可控精密穩(wěn)壓源芯片Q1。其中Ul、RU R2、R3、R4、R5和R6組成了同相加法運(yùn)算電路。Ql和R6構(gòu)成了一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電源。在本實(shí)施例中，運(yùn)算放大器采用的是型號(hào)為0P07的超低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器，可控精密穩(wěn)壓源芯片采用的是型號(hào)為TL431參考電壓為
2.5V的穩(wěn)壓源芯片。Rl、R2、R3和R5的電阻值設(shè)置為10K，R4的電阻值設(shè)置為20K。通過以上設(shè)置，Ul輸出端的電壓剛好等于BSC端的電壓加上+2.5V。
[0022]所述的充電電流測量電路300包括串在正極主線路上的一個(gè)電流采樣電阻10和電壓信號(hào)放大電路5，如圖3所示:所述的電壓信號(hào)放大電路5包括一片運(yùn)算放大器集成芯片U2、四個(gè)電阻和一個(gè)濾波電容Cl。四個(gè)電阻R8、R9、R10和Rll與運(yùn)放芯片U2組成了同相比例放大電路。在本實(shí)施例中運(yùn)算放大器采用的是型號(hào)為0P07的超低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器，R8、R9的電阻值設(shè)置為10K，RIO、Rll的電阻值設(shè)置為200K。通過這樣一種設(shè)置，電壓信號(hào)放大電路16將電流采樣電阻R7上的電壓放大了 20倍。
[0023]通過上述電路設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型對(duì)太陽能電池板的開路電壓測量的工作原理為:首先單片機(jī)3通過其內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器和蓄電池電壓測量電路100測出蓄電池兩端的電壓；然后，單片機(jī)3通過功率驅(qū)動(dòng)電路A使N溝道MOSFET開關(guān)管A導(dǎo)通，通過功率驅(qū)動(dòng)電路B使N溝道MOSFET開關(guān)管B斷開，這樣精密分壓電阻12的上端與太陽能電池板I的地端同電位，下端與蓄電池2地端相連，而太陽能電池板I和蓄電池2的正極端也是同電位，此時(shí)太陽能電池板I和蓄電池2的電壓差就加在精密分壓電阻12的兩端。由于在白天，太陽能電池板I的電壓比蓄電池2的電壓高，在晚上和陽光照射不足時(shí)，太陽能電池板I的電壓比蓄電池2的電壓低，就造成精密分壓電阻12兩端的電壓白天為負(fù)電壓值，晚上為正電壓值。而單片機(jī)內(nèi)部A/D只能處理正電壓信號(hào)。所以本實(shí)用新型就設(shè)置了一個(gè)電壓差值處理電路4將負(fù)電壓值加上一個(gè)正基準(zhǔn)電壓，將負(fù)電壓值轉(zhuǎn)換成正電壓值后交給單片機(jī)3的內(nèi)部A/D進(jìn)行處理，單片機(jī)3經(jīng)過處理運(yùn)算后得出太陽能電池板I和蓄電池2的電壓差值。最后單片機(jī)在測得蓄電池2的電壓和電壓差值的情況下通過運(yùn)算得出太陽能電池板的開路電壓。
[0024]本實(shí)用新型對(duì)太陽能電池板的充電電流測量的工作原理為:在正極主線路6上串上一個(gè)阻值非常小的電流采樣電阻10，當(dāng)有充電電流時(shí)，會(huì)在電流采樣電阻10兩端形成一個(gè)小電壓降信號(hào)，通過電壓放大電路對(duì)小電壓降信號(hào)放大后交給單片機(jī)3內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理，單片機(jī)3通過運(yùn)算得出太陽能電池板充電電流的大小。
【權(quán)利要求】
1.一種共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器的電池板測量電路，包括太陽能電池板(I)和蓄電池(2)，其特征在于:太陽能電池板(I)正極主線路(6)串連電流采樣電阻(10)與蓄電池(2)正極連接，負(fù)極主線路(7)串連兩個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管(9)連接蓄電池(2)負(fù)極，負(fù)極主線路(7)所串連的兩個(gè)開關(guān)管(9)分別通過導(dǎo)線(15)串連功率驅(qū)動(dòng)電路(8)與單片機(jī)(3)的I/O引腳連接，在正極主線路(6)和負(fù)極主線路(7)之間通過導(dǎo)線(15)串連有一個(gè)限流電阻(11)和兩個(gè)精密分壓電阻(13)，單片機(jī)(3)的一個(gè)A/D引腳通過導(dǎo)線(15)串連電壓信號(hào)放大電路(5)后與電流采樣電阻(10)的兩端相連接，單片機(jī)(3)另一 A/D引腳通過導(dǎo)線(15)串連蓄電池與電池板電壓差值處理電路(4)連接在正極主線路(6)和負(fù)極主線路(7)之間的兩個(gè)精密分壓電阻(13)的中間的導(dǎo)線(15)上，在蓄電池(2)的正極端設(shè)有導(dǎo)線(15)串連兩個(gè)精密分壓電阻(13)與蓄電池(2)負(fù)極端連接，在兩個(gè)精密分壓電阻(13)的中間線上設(shè)有導(dǎo)線(15)并串連一個(gè)限流電阻(11)后與單片機(jī)(3)的一個(gè)A/D引腳連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器的電池板測量電路，其特征在于:在兩個(gè)精密分壓電阻(13)中間線上設(shè)有導(dǎo)線(15)串連一個(gè)電容(14)與負(fù)極主線路(7)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器的電池板測量電路，其特征在于:在正極主線路(6)和負(fù)極主線路(7)相連導(dǎo)線(15)的限流電阻(11)和精密分壓電阻(13)之間設(shè)有導(dǎo)線(15)連接在負(fù)極主線路(7)的兩個(gè)開關(guān)管(9)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共正極結(jié)構(gòu)太陽能充電控制器的電池板測量電路，其特征在于:在太陽能電池板(I)與蓄電池(2)相連的正極主線路(6)上串有一個(gè)保險(xiǎn)絲(12)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK203645371SQ201320840894
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】盛榮 申請(qǐng)人:湖北歌潤新能源有限責(zé)任公司