CN102005801B - 一种共地结构的太阳能充电控制器的充电电路 - Google Patents
一种共地结构的太阳能充电控制器的充电电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及太阳能电源电路技术领域，尤其涉及一种共地结构的太阳能充电控制器的充电电路，包括太阳能电池、蓄电池、中央处理器、PWM驱动电路、电流采样电路、电压采样电路，PWM驱动电路、电流采样电路、电压采样电路与中央处理器连接，还包括防倒流电路与中央处理器、PWM驱动电路连接，太阳能电池的负极与蓄电池的负极接公共地GND。利用电阻直接分压的方法对太阳能电池采样，采样方便，防倒流电路采用接成同步整流方式的MOSFET电路，PWM信号开通时，其栅极驱动采用正电压驱动，极大地减小了充电回路的电压降损失，降低了散热管理的困难，有效地提高了系统的整体效率，结构简洁、实现方便、低成本。
Description
技术领域
本发明涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种共地结构的太阳能充电控制器的充电电路。
背景技术
目前，市场上有很多类型的太阳能充电控制器，包括共正极结构和共地结构类型的充电电路，在实际运行中，存在一些不足：
一些简易型的太阳能充电控制器的充电电路，在蓄电池充满后，为保护蓄电池，对太阳能电池板的正负极进行短路，这样会造成太阳能电池板阵列的节温过高，容易损坏太阳能电池板，降低太阳能电池板的使用寿命。
一些共正极的太阳能充电控制器的充电电路，由于太阳能电池的负极和蓄电池的负极不共地，造成在太阳能电池电压采样方面的困难。
一些太阳能充电控制器的防倒流电路设计上，采用串入二极管的方式防止夜间蓄电池电流向太阳能电池倒灌。但在充电时，二极管的正向导通压降大，导通损耗大，导致充电控制器的转换效率低。
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种共地结构的太阳能充电控制器的充电电路，其转换效率高，太阳能电池电压采样方便、结构简洁、实现方便、低成本。
本发明的目的通过以下技术措施实现：一种共地结构的太阳能充电控制器的充电电路，包括太阳能电池、蓄电池、中央处理器、PWM驱动电路、电流采样电路、电压采样电路，PWM驱动电路、电流采样电路、电压采样电路与中央处理器连接，还包括防倒流电路，防倒流电路与PWM驱动电路连接，太阳能电池的负极与蓄电池的负极接公共地GND。
其中，还包括功率MOSFET电路、平流电路，电压采样电路包括太阳能电池电压采样电路和蓄电池电压采样电路，功率MOSFET电路与电流采样电路、防倒流电路、PWM驱动电路连接，平流电路与太阳能电池正极连接，太阳能电池电压采样电路第一端口与太阳能电池正极连接，太阳能电池电压采样电路第二端口与太阳能电池负极连接，太阳能电池电压采样电路的控制端口与中央处理器连接，蓄电池电压采样电路的第一个端口与太阳能电池正极连接，蓄电池电压采样电路的第二个端口与太阳能电池负极连接，蓄电池电压采样电路的控制端口与中央处理器连接。
其中，防倒流电路包括功率MOSFET Q3、电阻R10，电阻R10一端与功率MOSFET Q3的驱动信号端DRVH连接， R10另一端和功率MOSFET Q3的栅极连接；
Q3的源极和功率MOSFET电路连接，Q3的漏极与蓄电池的正极连接。
其中，PWM驱动电路包括驱动器U1、电容C8、C9，电阻R13，U1的管脚3与中央处理器的信号输出管脚连接；
U1的管脚1为PWM驱动电路的第一输出端；
U1的管脚5为PWM驱动电路的第二输出端；
U1的管脚8为PWM驱动电路的第三输出端；
C9一端与U1的管脚2连接，C9的另一端与U1的管脚8连接；
C8的一端与U1的管脚6、U1的管脚7接直流电，C8的另一端接地；
R13的一端与U1的管脚3连接，R13的另一端与U1的管脚4连接。
其中，功率MOSFET电路包括功率MOSFET Q1、Q2、二极管D1、电阻R4、电容C3，二极管D1、电阻R4、电容C3构成上桥臂功率MOSFET Q1的吸收电路，二极管D2、电阻R5、电容C4构成下桥臂功率MOSFET Q2的吸收电路；
D1的正极与R4的一端、Q1的漏极连接；D1的负极与R4的另一端、C3的一端连接；
C3另一端与Q1的源极、Q3的源极、Q2的漏极、D2的正极、R5的一端、PWM驱动电路第三个输出端连接；
Q1的栅极与PWM驱动电路第一个输出端连接；
D2的负极与R5的另一端、C4的一端连接；
C4的另一端与Q2的源极接地；
Q2的栅极与PWM驱动电路第二个输出端连接。
其中，还包括电感L1、电阻R1、R2、R3、R6、R7、R8、R9、R11、R12，电容C1、C2、C5、C6、C7，二极管ZD1、ZD2，瞬态电压抑制二极管TVS1、保险管F1；
TVS1一端接太阳能电池的正极，TVS1另一端接太阳能电池的负极；
R1的一端与太阳能电池的正极连接、L1的一端连接，R1的另一端与R2的一端、C1的一端、中央处理器的第三个信号输入管脚连接；
R2的另一端与太阳能电池的负极、C1的另一端、C2的负极、Q2的源极接地；
L1的另一端与R3的一端、中央处理器的第一个信号输入管脚连接；
R3的另一端与C2的正极、D1的正极、Q1的漏极、中央处理器的第二个信号输入管脚连接；
R7的一端与Q1的栅极、R6的一端、ZD1的负极连接；
R7的另一端与ZD1的正极、Q1的源极、Q3的源极、PWM驱动电路第三个输出端连接；
R6的另一端与PWM驱动电路第一个输出端连接；
R9的一端与Q2的栅极、R8的一端、ZD2的负极连接；
R9的另一端与ZD2的正极、Q2的源极、C5的负极、C6的负极、R12的一端、C7的一端、蓄电池负极接地；
R8的另一端与PWM驱动电路第二个输出端连接；
C5的正极与C6的正极、R11的一端、Q3的漏极、F1的一端连接；
R11的另一端与R12另一端、C7的另一端与中央处理器第三个信号输入管脚连接；
F1的另一端与蓄电池正极连接。
其中，R1、R2、R3、R11、R12为精密电阻。
其中，U1为高速同步驱动器U1，具体型号为：TPS28225。
其中，还包括防雷保护电路，防雷保护电路一端与太阳能电池正极连接，防雷保护电路另一端与太阳能电池负极连接。
其中，中央处理器为PSoC中央处理器，具体型号为：CY8CLED03D02。
本发明有益效果在于：一种共地结构的太阳能充电控制器的充电电路，包括太阳能电池、蓄电池、中央处理器、PWM驱动电路、电流采样电路、电压采样电路，PWM驱动电路、电流采样电路、电压采样电路与中央处理器连接，还包括防倒流电路与PWM驱动电路连接，太阳能电池的负极与蓄电池的负极接公共地GND。本发明采用公地结构，利用电阻直接分压的方法对太阳能电池采样，太阳能电池电压采样方便，防倒流电路采用接成同步整流方式的MOSFET电路，PWM信号开通时，其栅极驱动采用正电压驱动，有效降低了MOSFET内部寄生的体二极管的正向导通压降，相对于二极管构成的防倒流电路，极大地减小了充电回路的电压降损失，降低了散热管理的困难，有效地提高了系统的整体效率，结构简洁、实现方便、低成本。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是本发明的充电电路图；
图3是充电电路的PWM驱动电路图。
附图标记：
100——中央处理器
101——蓄电池
102——太阳能电池电压采样电路
103——太阳能电池
104——蓄电池电压采样电路
105—— PWM驱动电路
106——防倒流电路
107——防雷保护电路
108——平流电路
109——电流采样电路
110——功率MOSFET电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，如图1~图3所示。
实施例1
本实施例提供一种共地结构的太阳能充电控制器的充电电路，包括太阳能电池103、蓄电池101、中央处理器100、PWM驱动电路105、电流采样电路109、电压采样电路，PWM驱动电路105、电流采样电路109、电压采样电路与中央处理器100连接，还包括防倒流电路106，防倒流电路106与PWM驱动电路105连接，太阳能电池103的负极与蓄电池101的负极接公共地GND。本发明采用公共地结构，利用电阻直接分压的方法对太阳能电池103采样，太阳能电池103电压采样方便，防倒流电路106采用接成同步整流方式的MOSFET电路，PWM信号开通时，其栅极驱动采用正电压驱动，有效降低了MOSFET内部寄生的体二极管的正向导通压降，相对于现有技术二极管构成的防倒流电路，极大地减小了充电回路的电压降损失，降低了散热管理的困难，有效地提高了系统的整体效率，结构简洁、实现方便、低成本。
本实施例还包括功率MOSFET电路110、平流电路108，电压采样电路包括太阳能电池电压采样电路102和蓄电池电压采样电路104，功率MOSFET电路110与电流采样电路109、防倒流电路106、PWM驱动电路105连接，平流电路108与太阳能电池103正极连接，太阳能电池电压采样电路102的第一个端口与太阳能电池103正极连接，太阳能电池电压采样电路102的第二个端口与太阳能电池103负极连接，太阳能电池电压采样电路102的控制端口与中央处理器100连接，蓄电池电压采样电路104的第一个端口与太阳能电池103正极连接，电池电压采样电路的第二个端口与太阳能电池103负极连接，蓄电池电压采样电路104的控制端口与中央处理器100连接。
本实施例的PWM驱动电路105包括驱动器U1、电容C8、C9，电阻R13，U1的管脚3与中央处理器的信号输出管脚连接；
U1的管脚1为PWM驱动电路105的第一输出端；
U1的管脚5为PWM驱动电路105的第二输出端；
U1的管脚8为PWM驱动电路105的第三输出端；
C9一端与U1的管脚2连接，C9的另一端与U1的管脚8连接；
C8的一端与U1的管脚6、U1的管脚7接直流电，C8的另一端接地；
R13的一端与U1的管脚3连接，R13的另一端与U1的管脚4连接。
本实施例的防倒流电路106包括功率MOSFET Q3、电阻R10，电阻R10一端与PWM驱动电路的第一输出端连接， R10另一端和功率MOSFET Q3的栅极连接；
Q3的源极和功率MOSFET电路110连接，Q3的漏极与蓄电池101的正极连接。
本实施例的功率MOSFET电路110的电路采用MOSFET半桥结构，功率MOSFET Q1、Q2构成功率MOSFET电路110的主电路，二极管D1、电阻R4、电容C3构成上桥臂功率MOSFET Q1的吸收电路，二极管D2、电阻R5、电容C4构成下桥臂功率MOSFET Q2的吸收电路；
D1的正极与R4的一端Q1的漏极连接；D1的负极与R4的另一端、C3的一端连接；
C3另一端与Q1的源极、Q3的源极、Q2的漏极、D2的正极、R5的一端、PWM驱动电路105第三个输出端连接；
Q1的栅极与PWM驱动电路105第一个输出端连接；
D2的负极与R5的另一端、C4的一端连接；
C4的另一端与Q2的源极接地；
Q2的栅极与PWM驱动电路105第二个输出端连接。
本实施例还包括电感L1、电阻R3、R1、R2、R3、R6、R7、R8、R9、R11、R12，电容C1、C2、C5、C6、C7，二极管ZD1、ZD2，瞬态电压抑制二极管TVS1、保险管F1；
TVS1一端接太阳能电池103的正极、TVS1另一端接太阳能电池103的负极；
R1的一端与太阳能电池103的正极、L1的一端连接，R1的另一端与R2的一端、C1的一端、中央处理器100的第三个信号输入管脚连接；
R2的另一端与太阳能电池103的负极、C1的另一端、C2的负极、Q2的源极接地；
L1的另一端与R3的一端、中央处理器100的第一个信号输入管脚连接；
R3的另一端与C2的正极、D1的正极、Q1的漏极、中央处理器100的第二个信号输入管脚连接；
R7的一端与Q1的栅极、R6的一端、ZD1的负极连接；
R7的另一端与ZD1的正极、Q1的源极、Q3的源极、PWM驱动电路105第三个输出端连接；
R6的另一端与PWM驱动电路105第一个输出端连接；
R9的一端与Q2的栅极、R8的一端、ZD2的负极连接；
R9的另一端与ZD2的正极、Q2的源极、C5的负极、C6的负极、R12的一端、C7的一端、蓄电池101负极接地；
R8的另一端与PWM驱动电路105第二个输出端连接；
C5的正极与C6的正极、R11的一端、Q3的漏极、F1的一端连接；
R11的另一端与R12另一端、C7的另一端与中央处理器100第三个信号输入管脚连接；
F1的另一端与蓄电池101正极连接。
本实施例的R1、R2、R3、R11、R12为精密电阻。
本实施例的功率MOSFET Q1、Q2和Q3的具体型号为IPB025N10N3。
本实施例的U1为高速同步驱动器U1，具体型号为：TPS28225。
本实施例的中央处理器100为PSoC中央处理器，具体型号为：CY8CLED03D02。
本实施例的原理为：
如图2所示，瞬态电压抑制二极管TVS1接在太阳能电池103输入端的正、负极之间；
太阳能电池103电压信号的采样采用精密电阻分压采样方式。太阳能电池103电压分压采样电路由精密电阻R1、R2和电容C1构成，分压信号PV_sense送PSoC中央处理器进行A/D转换，得到太阳能电池103电压信号。
蓄电池101电压信号的采样采用精密电阻分压采样方式。蓄电池101电压分压采样电路由精密电阻R11、R12和电容C7构成，分压信号Batt_sense送PSoC中央处理器进行A/D转换，得到蓄电池101电压信号。
太阳能电池103输出电流的采样采用串联精密电阻的方式，太阳能电池103输出电流在精密采样电阻R3两端形成电压差信号PVCurV+和PVCurV-，送往PSoC的内部差分运算放大器进行差分放大，然后由PSoC的A/D转换单元进行模/数转换，得到太阳能电池103输出电流信号。
在测量太阳能电池103输出电流时，采用串联精密电阻的方式，但太阳能电池103输出电流在串联精密电阻两端形成的高共模电压差分信号，采用分立的差分运算放大器难以承受如此高的共模差分输入电压，因此，测量太阳能电池103输出电流就成了一个难题。本发明利用PSoC片上的高共模电压差分运算放大器，有效地解决了太阳能电池103输出电流采样存在的高共模电压进行差分放大的技术难题，同时，减少了外围硬件电路的元器件数量和PCB板尺寸，提高了系统的集成度和保密性。
PWM驱动电路105采用N 通道互补驱动功率MOSFET 的高速同步驱动器U1，PSoC中央处理器发出的PWM脉冲信号经过同步驱动器U1后，产生互补的高端和低端驱动信号，分别加在充电回路MOSFET半桥的上桥臂和下桥臂MOSFET的栅极，高、低端驱动信号具有自适应的死区时间控制。
电感L1构成平流电路108，作用是对太阳能电池103输出电流进行平滑；
由U1的管脚1发出的驱动信号DRVH是上桥臂功率MOSFET Q1的驱动信号，由U1的管脚5发出的驱动信号DRVL是下桥臂功率MOSFET Q2的驱动信号；
如图3所示，U1是N 通道互补驱动功率MOSFET 的 高速同步驱动器U1，U1的供电电源端管脚6、U1管脚7与直流电源VDD2连接，U1的管脚4与公共地GND连接，直流电源VDD2通过解耦电容C8与公共地GND连接。PSoC中央处理器发出的PWM控制信号PWM1送到U1的管脚3，同时，U1的管脚3经过下拉电阻R13与公共地GND连接。U1的管脚2通过电容C9和U1的管脚8相连，U1的管脚8和功率MOSFET Q1的源极连接。U1的管脚1产生功率MOSFET半桥上桥臂MOSFET的驱动信号DRVH，U1的管脚5产生功率MOSFET半桥下桥臂MOSFET的驱动信号DRVL。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上还增加了防雷保护电路107，一端与太阳能电池103正极连接，防雷保护电路107另一端与太阳能电池103负极连接。
由于太阳能电池103都是裸露于外界，所以设置防雷保护电路107，可以进一步保护太阳能电池103，延长太阳能电池103的使用寿命。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (2)
1.一种共地结构的太阳能充电控制器的充电电路，包括太阳能电池、蓄电池、中央处理器、PWM驱动电路、电流采样电路、电压采样电路，PWM驱动电路、电流采样电路、电压采样电路与中央处理器连接，其特征在于：还包括防倒流电路，防倒流电路与PWM驱动电路连接，太阳能电池的负极与蓄电池的负极接公共地GND；还包括功率MOSFET电路、平流电路，电压采样电路包括太阳能电池电压采样电路和蓄电池电压采样电路，功率MOSFET电路与电流采样电路、防倒流电路、PWM驱动电路连接，平流电路与太阳能电池正极连接，太阳能电池电压采样电路第一端口与太阳能电池正极连接，太阳能电池电压采样电路第二端口与太阳能电池负极连接，太阳能电池电压采样电路的控制端口与中央处理器连接，蓄电池电压采样电路的第一个端口与蓄电池正极连接，蓄电池电压采样电路的第二个端口与蓄电池负极连接，蓄电池电压采样电路的控制端口与中央处理器连接；其中平流电路由电感L1构成；
还包括防雷保护电路，防雷保护电路一端与太阳能电池正极连接，防雷保护电路另一端与太阳能电池负极连接；
具体包括电阻R1、R2、R11、R12，电容C1、C7，保险管F1；
R1的一端与太阳能电池的正极连接，R1的另一端与R2的一端、C1的一端、中央处理器的信号输入管脚连接；
R2的另一端与太阳能电池的负极、C1的另一端接地；
R11的一端与F1的一端连接；F1的另一端与蓄电池正极连接；
R11的另一端与R12另一端、C7的另一端、中央处理器的信号输入管脚连接；
R12的一端、C7的一端、蓄电池负极接地；
防倒流电路包括功率MOSFET Q3、电阻R10，电阻R10一端与PWM驱动电路的第一输出端连接， R10另一端和功率MOSFET Q3的栅极连接；
Q3的源极和功率MOSFET电路连接，Q3的漏极与蓄电池的正极连接；
PWM驱动电路包括驱动器U1、电容C8、C9，电阻R13，其中U1是N 通道互补驱动功率MOSFET 的 高速同步驱动器U1；
U1的管脚3与中央处理器的信号输出管脚连接；
U1的管脚1为PWM驱动电路的第一输出端；
U1的管脚5为PWM驱动电路的第二输出端；
U1的管脚8为PWM驱动电路的第三输出端；
C9一端与U1的管脚2连接，C9的另一端与U1的管脚8连接；
C8的一端与U1的管脚6、U1的管脚7接直流电，C8的另一端接地；
R13的一端与U1的管脚3连接，R13的另一端与U1的管脚4连接；
功率MOSFET电路包括功率MOSFET Q1、Q2、二极管D1、电阻R4、电容C3，二极管D1、电阻R4、电容C3构成上桥臂功率MOSFET Q1的吸收电路，二极管D2、电阻R5、电容C4构成下桥臂功率MOSFET Q2的吸收电路；
D1的正极与R4的一端、Q1的漏极连接；D1的负极与R4的另一端、C3的一端连接；
C3另一端与Q1的源极、Q3的源极、Q2的漏极、D2的正极、R5的一端、PWM驱动电路第三输出端连接；
Q1的栅极与PWM驱动电路第一输出端连接；
D2的负极与R5的另一端、C4的一端连接；
C4的另一端与Q2的源极接地；
Q2的栅极与PWM驱动电路第二输出端连接；
还包括电感L1、电阻R3、R6、R7、R8、R9，电容C2、C5、C6，二极管ZD1、ZD2，瞬态电压抑制二极管TVS1；
TVS1一端接太阳能电池的正极，TVS1另一端接太阳能电池的负极；
R1的一端与L1的一端连接；
C2的负极、Q2的源极接地；
L1的另一端与R3的一端、中央处理器的第一个信号输入管脚连接；
R3的另一端与C2的正极、D1的正极、Q1的漏极、中央处理器的第二个信号输入管脚连接；
R7的一端与Q1的栅极、R6的一端、ZD1的负极连接；
R7的另一端与ZD1的正极、Q1的源极、Q3的源极、PWM驱动电路第三输出端连接；
R6的另一端与PWM驱动电路第一输出端连接；
R9的一端与Q2的栅极、R8的一端、ZD2的负极连接；
R9的另一端与ZD2的正极、Q2的源极、C5的负极、C6的负极接地；
R8的另一端与PWM驱动电路第二输出端连接；
C5的正极与C6的正极、Q3的漏极、F1的一端连接；
中央处理器为PSoC中央处理器，具体型号为：CY8CLED03D02。
2.根据权利要求1所述的一种共地结构的太阳能充电控制器的充电电路，其特征在于：R1、R2、R3、R11、R12为精密电阻。
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Non-Patent Citations (2)
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| 太阳能LED路灯照明系统的研制;杨晓光等;《电工技术学报》;20100630;第25卷(第6期);第131-132页、图1和图2 * |
| 杨晓光等.太阳能LED路灯照明系统的研制.《电工技术学报》.2010,第25卷(第6期), |
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