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蓄電池電壓值、蓄電池和電池板壓差值進行處理，然后通過同相加法器對壓差值進行運算處理，最后交由單片機進行運算處理。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電流采樣電阻，然后通過比例放大器對采樣電阻上的電壓進行放大，最后交給單片機運算處理。通過上述這樣一種電路設(shè)計，使得共正極結(jié)構(gòu)的太陽能充電控制器能夠準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蓄電池的充電全程控制，主要功能是對蓄電池進行過充保護和充電方式的控制。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，在電池板負極和蓄電池的負極線路上設(shè)置兩個N溝道MOSFET開關(guān)管，采用單片機通過功率驅(qū)動電路控制兩個開關(guān)管的通斷，達到充電控制的目的。這種方案雖然能夠有效的實現(xiàn)蓄電池過充保護，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確確定，同時電池板的發(fā)電量也不易獲取，不利于太陽能充電控制器的功能擴展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實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行處理的間接測量電池板電壓，同時還可以對電池板充電電流進行測量。
[0004]本實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極主線路。太陽能電池板正極通過正極主線路串上一個保險絲直接與蓄電池正極相連，太陽能電池板負極通過負極主線路串上兩個N溝道MOSFET開關(guān)管與蓄電池負極相連，兩個N溝道MOSFET開關(guān)管采用單片機I/O 口通過兩個功率驅(qū)動電路來進行開關(guān)控制。
[0005]所述的蓄電池電壓測量電路由一個限流電阻、兩個精密分壓電阻和個抗干擾濾波電容組成。兩個精密分壓電阻兩端分別接蓄電池的正負極，限流電阻一端接單片機的A/D引腳，另一端接兩個精密分壓電阻的中間端。兩個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限流電阻、兩個精密分壓電阻和一個抗干擾濾波電容構(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極主線路相連。測量壓差值時采用單片機控制第一個開關(guān)管導(dǎo)通，第二個開關(guān)管關(guān)閉時，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精密分壓電阻兩端。兩個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，電壓差值為負值，而單片機A/D轉(zhuǎn)換器處理電壓值的范圍一般在0-5V，因此采用運放加法電路將負壓差值加上一個固定的電壓直流分量，使其變成一個正壓差值，再送給單片機A/D進行處理。
[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電流采樣電阻，當太陽能電池板對蓄電池充電時，在正極主線路上會有充電電流在電流采樣電阻上形成很小的電壓降，這個小電壓信號通過運算放大器構(gòu)成的電壓放大電路送給單片機A/D進行處理。
[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，負極主線路串連兩個N溝道MOSFET開關(guān)管連接蓄電池負極，負極主線路所串連的兩個開關(guān)管分別通過導(dǎo)線串連功率驅(qū)動電路與單片機的I/O引腳連接，在正極主線路和負極主線路之間通過導(dǎo)線串連有一個限流電阻和兩個精密分壓電阻，單片機的一個A/D引腳通過導(dǎo)線串連電壓信號放大電路后與電流采樣電阻的兩端相連接，單片機另一 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極主線路之間的兩個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)線串連兩個精密分壓電阻與蓄電池負極端連接，在兩個精密分壓電阻的中間線上設(shè)有導(dǎo)線并串連一個限流電阻后與單片機的一個A/D引腳連接。在兩個精密分壓電阻中間線上設(shè)有導(dǎo)線串連一個電容與負極主線路連接。在正極主線路和負極主線路相連導(dǎo)線的限流電阻和精密分壓電阻之間設(shè)有導(dǎo)線連接在負極主線路的兩個開關(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保險絲。
[0010]本實用新型由于采用上述這樣一種電路設(shè)計，使得共正極結(jié)構(gòu)的太陽能充電控制器能夠準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。同時提供的測量采樣電路都是用基本元器件和通用運放芯片構(gòu)成的，結(jié)構(gòu)簡單、廉價且可靠。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳述。
[0013]圖1為本實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，4、電壓差值處理電路，5、電壓信號放大電路，6、正極主線路，7、負極主線路，8、功率驅(qū)動電路，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]【具體實施方式】
[0018]如圖1所示:本實用新型由單片機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串上一個保險絲12與蓄電池2正極相連，太陽能電池板I負極通過負極主線路7串上兩個N溝道MOSFET開關(guān)管9與蓄電池2負極相連，單片機3兩個I/O 口通過兩個功率驅(qū)動電路8來控制兩個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、兩個精密分壓電阻13和抗干擾濾波電容14組成。兩個精密分壓電阻13兩端分別接蓄電池2的正負極，限流電阻11 一端接單片機3的A/D引腳，另一端接至兩個精密分壓電阻13的中間端。抗干擾濾波電容14 一端接至兩個精密分壓電阻13的中間端，另一端與蓄電池2的負極相連接。
[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N溝道MOSFET開關(guān)管9的中間處，兩個精密分壓電阻13的中間端與抗干擾濾波電容電容14 一端相連，兩個精密分壓電阻13和抗干擾濾波電容14的另一端與負極主線路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，輸出端與單片機的A/D引腳相連，包括一片運算放大器集成芯片U1、六個電阻和一個可控精密穩(wěn)壓源芯片Q1。其中Ul、RU R2、R3、R4、R5和R6組成了同相加法運算電路。Ql和R6構(gòu)成了一個2.5V的基準電源。在本實施例中，運算放大器采用的是型號為0P07的超低失調(diào)電壓運算放大器，可控精密穩(wěn)壓源芯片采用的是型號為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電流采樣電阻10和電壓信號放大電路5，如圖3所示:所述的電壓信號放大電路5包括一片運算放大器集成芯片U2、四個電阻和一個濾波電容Cl。四個電阻R8、R9、R10和Rll與運放芯片U2組成了同相比例放大電路。在本實施例中運算放大器采用的是型號為0P07的超低失調(diào)電壓運算放大器，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，本實用新型對太陽能電池板的開路電壓測量的工作原理為:首先單片機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3通過功率驅(qū)動電路A使N溝道MOSFET開關(guān)管A導(dǎo)通，通過功率驅(qū)動電路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，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電壓值，晚上為正電壓值。而單片機內(nèi)部A/D只能處理正電壓信號。所以本實用新型就設(shè)置了一個電壓差值處理電路4將負電壓值加上一個正基準電壓，將負電壓值轉(zhuǎn)換成正電壓值后交給單片機3的內(nèi)部A/D進行處理，單片機3經(jīng)過處理運算后得出太陽能電池板I和蓄電池2的電壓差值。最后單片機在測得蓄電池2的電壓和電壓差值的情況下通過運算得出太陽能電池板的開路電壓。
[0024]本實用新型對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上串上一個阻值非常小的電流采樣電阻10，當有充電電流時，會在電流采樣電阻10兩端形成一個小電壓降信號，通過電壓放大電路對小電壓降信號放大后交給單片機3內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器進行處理，單片機3通過運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，負極主線路(7)串連兩個N溝道MOSFET開關(guān)管(9)連接蓄電池(2)負極，負極主線路(7)所串連的兩個開關(guān)管(9)分別通過導(dǎo)線(15)串連功率驅(qū)動電路(8)與單片機(3)的I/O引腳連接，在正極主線路(6)和負極主線路(7)之間通過導(dǎo)線(15)串連有一個限流電阻(11)和兩個精密分壓電阻(13)，單片機(3)的一個A/D引腳通過導(dǎo)線(15)串連電壓信號放大電路(5)后與電流采樣電阻(10)的兩端相連接，單片機(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)和負極主線路(7)之間的兩個精密分壓電阻(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)串連兩個精密分壓電阻(13)與蓄電池(2)負極端連接，在兩個精密分壓電阻(13)的中間線上設(shè)有導(dǎo)線(15)并串連一個限流電阻(11)后與單片機(3)的一個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:在兩個精密分壓電阻(13)中間線上設(shè)有導(dǎo)線(15)串連一個電容(14)與負極主線路(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)連接在負極主線路(7)的兩個開關(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)上串有一個保險絲(12)。
【文檔編號】H02J7/00GK203645371SQ201320840894
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】盛榮 申請人:湖北歌潤新能源有限責任公司