專利名稱：家用太陽光伏電源智能控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于太陽能光伏發(fā)電中充放電控制裝置目前常用的家用太陽能控制器，主要使用模擬電路來實現，并為單輸入變量的采樣控制。其控制均為固定電壓點。主要設計依據是以電源系統(tǒng)某單一狀態(tài)來確定控制，例如，在一定的充放電率、溫度下設計其控制動作點。而在實際應用當中，由于充、放電率會根據負載及光電池輸入功率的變化而隨機變化，因此以往這種單一的約定條件下的設計電路無法滿足多變的場合，且控制性能較低，只是這種控制器一般用模擬器件比較容易實現。
本實用新型的目的是在家用太陽能電源中，采用單片微處理器MCU作為數據采集、處理、分析、控制輸入和輸出的中心單元，并引入多變量控制函數即f(U)＝F(Ui，H，T)其中Ui為電壓；H為系統(tǒng)充、放電率；T為環(huán)境溫度。通過采樣、模擬轉換，由MCU進行多數據處理、分析、控制，實現智能化控制，使系統(tǒng)在更大范圍進行精確控制，提高系統(tǒng)的性能及適應能力。
為實現上述任務，本實用新型家用太陽能光伏電源智能控制器，包括控制電源穩(wěn)壓控制電路、短路電子保護電路、充電驅動控制電路、用電驅動控制電路、顯示電路、鍵輸入電路以及蓄電池和電光池組成，其技術方案是在電路組成系統(tǒng)中還設有單片機微控制器U687LPC767-2(以下簡稱(MCU)、數據存貯器和電流、溫度、電壓采樣電路。這里以單片機微處理控制器為核心，進行電壓、電流、溫度信號摸擬轉換，將轉換后的數據進行運算處理和分析，用于控制充放電過程。同時利用數據存貯器進行現場數據保護，以確保系統(tǒng)斷電后，能保存控制參數，再通電后恢復現場數據。其主要結構是MCU的9、10腳為I2C通訊端口，通過R38、R39與數據存貯器U424C04的5、6腳相連。MCU的14、16、17腳分別為來自電流、溫度、電壓采樣電路0-5V的信號輸入端。
單片機微控制器的4、12腳為用戶鍵輸入開關，其中K1為按鈕開關，通過R36給MCV的4腳輸入開關信號，每按一次，MCV的3腳狀態(tài)變換一次，由3腳控制輸出驅動電路。K2為另一按鈕開關，通過電阻R37給MCV的12腳輸入高或低電平，按下按鈕后，MCU輸入信號，然后進行線路壓降的測算，通過3腳控制輸出電路的通斷來測定通斷時的電壓計算線路壓降，此壓降將用于MCU的計算中，以補償線路壓降對測量引起的偏差；單片機微控制器的8、11腳用于短路保護電路。短路保護動作后送來動作信號IDL給MCU的8腳，使MCU及時得到短路信號，以進行短路故障處理。當負載短路排除后，將由MCU的11腳送來復位信號給短路保護電路，使其復位，單片機微控制器的1、20、19、13腳控制指示燈LED1、LED2、LED3、LED4的亮滅，表示系統(tǒng)充滿、正常、欠壓、過放四種工作狀態(tài)，直觀顯示系統(tǒng)狀態(tài)。單片機微控制器的6、7腳為蓄電池容量選擇鍵，其通斷組合的4種形式決定相應4種蓄電池容量，由下表表示
MCU的2腳輸出信號給充電驅動電路，來控制充電的通斷；MCU的3腳輸出信號給用電驅動電路，來控制用電的通斷；MCU的15腳為電源端，5腳為接地端，18腳未使用。
該控制系統(tǒng)的所有輸入及輸出，包括按鍵、顯示、容量選擇、充電、用電驅動電路的驅動源以及短路保護恢復等，均由單片機微處理控制器管理，實現高精度，高性能的智能化監(jiān)控。
本實用新型的優(yōu)點是(一)控制準確，運行可靠，功耗??；(二)性能有較大的提升，如過充、過放、短路及溫度等參數。
以下結合附圖對本實用新型家用太陽光伏電源智能控制器實施例作進一步的描述。


圖1是本實用新型家用太陽光伏電源智能控制器系統(tǒng)框圖圖2是本實用新型家用太陽光伏電源智能控制器電路圖圖3是本實用新型家用太陽光伏電源智能控制器電路圖如圖1、2、3可知，本實用新型所述的家用太陽光伏電源智能控制器，是由1控制電源穩(wěn)壓控制電路；2電流、溫度電壓采樣電路；3短路電子保護電路；4充電驅動控制電路；5用電驅動控制電路；6關鍵數據掉電存貯器；7顯示電路；8鍵輸入電路；9單片微處理器包括A/D(模擬數據轉換、數據分析處理、I/D)控制；10蓄電池；11電光池；12負載。
其中1、控制電源穩(wěn)壓電路是由三端穩(wěn)壓器、二極管、電容組成，U5為8V穩(wěn)壓電路78L08，向控制電路提供8V電源，U3為5V穩(wěn)壓電路78L05，向控制電路提供5V電源，C19、C9、C10、C2、C3、C11、C5、C6、C7為電源濾波電容；2、采樣電路是由阻容運算放大器組成。R31為電流采樣電阻，采樣信號IS經R30、R29、C12阻容濾波送至由U1A(LM324四運放的A單元)、W1、R21、R28、R29組成的放大回路，獲得0-5V的A/D采樣信號IT；PT1熱敏電阻為溫度傳感器，由R45、W3、R41組成橋電路，將溫度變?yōu)殡妷盒盘?，送至由R19、R16、R18、R3、U1C組成的放大電路，經R20、C15、D3組成的濾波、整形電路，變?yōu)?-5V的A/D采樣信號TT；VBAT為電池正電壓，經由R44、W2、C17、D2組成的電壓采樣電路分壓、濾波、整形將系統(tǒng)電壓信號送至U1D，U1D自成為射極跟隨器，再將電壓信號經R23、C14、D4濾波整形后變?yōu)?-5V的A/D采樣信號VT；3、短路電子保護電路由U1A電流放大信號經R4、R7、C18進行分壓濾波至由U1B及R24、R5組成的電壓比較器，電流正常時U1B-7腳輸出為“0”，當發(fā)生短路時，U1B-5腳電壓大于6腳，7腳輸出為“1”，此時將7腳電平電壓經R17、R2分壓后送入由U2(SE7555時基電路)、C1、R1組成的觸發(fā)器，U2-6腳變?yōu)楦唠娖剑|發(fā)器置位，U2-7腳內泄放三極管導通，送出低電平信號DLBD至負載功率開關管Q5的柵極，使Q5截止，關斷負載，從而保護線路。同時U2-3腳輸出IDL短路發(fā)生信號送至U6(MCU)的8腳，通知MCU有短路發(fā)生。
4、充電驅動控制電路F2為光電池輸入正、負極插頭，Q7為光電池防反向放電二極管，D9為防雷TVS二極管，LED5、R43構成充電指示電路，當有充電電壓時，指示燈亮。
U6第2腳的控制信號，送至由R10、Q2、R13、R26、Q3、R27、D8、C4、R11組成的驅動整形電路后，驅動Q6，Q6為MOSFET功率管，當U6-2腳高時，Q6導通，允許充電，當U6-2腳為低腳時，Q6截止，關斷充電。
5、用電驅動控制電路由U6-3腳控制信號經R6、Q1、R40、R14、Q4、R25、D6、R12組成的驅動整形電路，控制負載開關MOSFET功率管Q5。當U6-3腳為高電平時，Q5導通，負載F3輸出，當U6-3腳為低電平時，Q5截止，負載F3輸出關斷，停止輸出。
6、數據存貯器，由U4(24C04 FlashROM)、R38、R39組成實時數據、狀態(tài)標志存貯，系統(tǒng)電源正常時，系統(tǒng)的狀態(tài)參數發(fā)生變化，即更新U4的存貯內容，當系統(tǒng)發(fā)生掉電，系統(tǒng)的當前參數一直保存在U4中，到系統(tǒng)重新上電后，即可調用U4中的保留參數，及時恢復現場數據，不使系統(tǒng)因掉電而造成控制參數混亂。
7、顯示電路，由U6-1、20、19、13腳及電阻R32、R33、R34、R35、發(fā)光二極管LED1、LED2、LED3、LED4組成系統(tǒng)狀態(tài)指示電路，指示系統(tǒng)充滿、正常、欠壓、過放，及故障如過載狀態(tài)，使使用者直觀地了解系統(tǒng)運行狀態(tài)。
8、鍵輸入電路，由K1、K2、J1、J2及R36、R37、R8、R9組成系統(tǒng)的參數設定及輸出開關。K1為輸出開關，按下為開，再按一次為關；K2為線路電阻測試開關，當需要外圍連接線的線路電阻時，按一下此鍵，即完成自測。J1、J2組成蓄電池容量選擇，從規(guī)定的4種容量中選一種，12AH、24AH、38AH、60AH，基本覆蓋小型家用電源所用蓄電池的范圍。容量的選擇功能，可增大本控制器的應用面。
9、單片微處理器，是由87LPC767單片機組成，將電流信號IT、電壓信號VT、溫度信號T三個采樣信號轉換為數字信號，完成8位A/D轉換；讀取出J1、J2設定的蓄電池容量，將以上參數進行運算、分析、處理后，確定顯示指示、充電開關功率管Q6、用電開關功率管Q5的工作狀態(tài)，完成整個系統(tǒng)的控制，控制中引入了多變量的控制技術，并自身完成系統(tǒng)狀態(tài)分析及處理，實現智能化控制。
10、蓄電池，為系統(tǒng)儲能部件。
11、光電池，為系統(tǒng)的光電轉換部件，它是將太陽的光能直接轉化為電能。
12、負載，為各種直流12V用電器。
以下結合附圖進一步描述并給出實施例說明本實用新型設計的家用太陽能電源智能控制器，其工作原理為以12V系統(tǒng)，38AH蓄電池，25W光電池為例。F1為蓄電池38AH正、負極輸入，F2為光電池25W輸入，F3為負載用電輸出。U6(MCU)不斷從U1A、U1D、U1C的電流、電壓、溫度采樣電路取值，進行A/D轉換，由J1、J2跳線讀取電池容量設定值38AH，J1、J2此時為開。根據以上數據計算，確定LED1、LED2、LED3、LED4發(fā)光管將有一支亮，對應相應的系統(tǒng)狀態(tài)。LED1亮說明充滿，此時，充電回路開關管Q6關斷，切斷充電回路；LED2亮表示系統(tǒng)正常，允許充電及用電，即Q6、Q5均導通；LED3亮說明系統(tǒng)電量不足，發(fā)生欠壓，此時允許充電及用電，但提醒用戶節(jié)約用電，LED4亮說明系統(tǒng)電能用盡，此時只允許充電，而不允許用電，Q5關斷，并只有電能允至一定數量后，再恢復用電，以有效保護蓄電池。
對于充電控制，有三種工作方式，即過充控制，提升控制，浮充控制。過充控制是當電壓升至計算值如14.5V時，關斷Q5，禁止光電池充電；在使用中，如發(fā)生過放電動作，即系統(tǒng)電能用完，充電控制將自動進入提升充電控制，即為15V時關斷Q5，切斷充電回路。反之，如果系統(tǒng)過充發(fā)生而又連續(xù)出現14.5V過充數次后，充電控制將轉為浮充控制，使蓄電池在充滿后，保持在13-13.5V的浮充范圍，不使蓄電池因較高的端電壓出現過分淅水現象，從而保護蓄電池。其中，控制點將由U6(MCU)采樣處理U、H、T三個參數計算結果決定，隨電流、溫度、電壓不同而相應計算調整。
綜上所述，本實用新型，實現了智能化、多參數、多控制方式的運行，根本上不同以往的模擬電路組成的單參數控制系統(tǒng)。
權利要求1.一種家用太陽光伏電源智能控制器，它由控制電源穩(wěn)壓控制電路、短路電子保護電路、充電驅動控制電路、用電驅動控制電路、顯示電路、鍵輸入電路以及蓄電池和電光池組成，其特征在于該智能控制器還設有單片機微控制器U6(87LPC767-2)、數據存貯器U4(24C04)和電流、溫度、電壓采樣電路；U6(87LPC767-2)的9、10腳與上拉電阻R38、R39及U4(24C04)的5、6腳相連；U6(87LPC767-2)的14、16、17腳分別為來自電流、溫度、電壓采樣電路0-5V的信號輸入端。
2.按權利要求1所述的一種家用太陽光伏電源智能控制器，其特征在于U6(87LPC767-2)的4、12腳為鍵輸入開關，開關K1通過R36給U6(87LPC767-2)的4腳輸入開關信號，開關K2通過R37給U6(87LPC767-2)的12腳輸入開關信號。
3.按權利要求1所述的一種家用太陽光伏電源智能控制器，其特征在于，U6(87LPC767-2)的8、11腳接短路保護電路RST。
4.按權利要求1所述的一種家用太陽光伏電源智能控制器，其特征在于，U6(87LPC767-2)的1、20、19、13腳控制指示燈LED1、LED2、LED3、LED4的亮滅。
5.按權利要求1所述的一種家用太陽光伏電源智能控制器，其特征在于，U6(87LPC767-2)的6、7腳為蓄電池容量選擇鍵。
專利摘要本實用新型公開了一家用太陽光伏電源智能控制器,它是由控制電源穩(wěn)壓電路、短路電子保護電路、充電驅動控制電路、用電驅動控制電路、顯示電路、鍵輸入電路以及蓄電池和光電池組成,同時還增設有單片機微控制器,數據存貯器和電流、溫度、電壓采樣電路。該控制系統(tǒng)是以單片機為核心,可運行多參數處理、分析、控制,實現智能化控制,使系統(tǒng)在更大范圍內進行精準控制,提高微處理性能及運用能力。
文檔編號H02J7/00GK2491998SQ01227808
公開日2002年5月15日 申請日期2001年6月11日 優(yōu)先權日2001年6月11日
發(fā)明者呂紹勤, 孫本新, 張永岐 申請人:新疆新能源研究所