CN102157970B - 具有mppt功能的大变比隔离型太阳能充电控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电控制器技术，尤其涉及一种具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，其包括有微处理器、PWM调制单元、开关管单元，还包括用于采样太阳能电池输出电压的第一电压采样电路、用于采样太阳能电池输出电流的第一电流检测电路、用于采样蓄电池电压的第二电压采样电路、隔离驱动电路、高频开关变压器；本发明可以实现“MPPT+SOC”的双重智能充电控制；而且，本发明可以避免当太阳能电池输出电压很高时而用户配置的蓄电池电压等级却很低时开关管被击穿事故以及热损坏事故的发生，因此，本发明适用于太阳能电池输出电压很高而蓄电池电压等级较低的太阳能发电系统，如非晶硅薄膜太阳能电池发电系统。

Description

具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器

技术领域

本发明涉及充电控制器技术，尤其涉及一种具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器。

背景技术

随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，人们开始逐渐重视太阳能的应用及开发。太阳能既是一次能源，又是可再生能源，其资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。

目前，太阳能充电控制器大多都是基于Buck（降压式变换）电路拓扑型的降压型充电控制器，其直接采用开关管电路对太阳能电池的输出电压进行降压后给蓄电池充电并向负载供电。这种类型的太阳能充电控制器的一个致命缺陷是，当太阳能电池输出电压很高时而用户配置的蓄电池电压等级却很低时，例如：采用薄膜太阳能电池时，单块薄膜太阳能电池的输出电压可以高达100V以上，而用户配置的是12V电压等级的蓄电池时，充电控制器的输入电压和输出电压存在着80V的巨大的电压差；当采用PWM方式充电时，80V的巨大的电压差乘以电流就是开关管的损耗，可以想象这个损耗是多么巨大，会造成开关管发热极其严重，使开关管温度急剧上升，进而极易导致充电回路开关管被击穿事故以及热损坏事故的发生。因此，在上述情况下，常规Buck型的太阳能充电控制器难以满足用户的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种适用于太阳能电池输出电压很高而蓄电池电压等级较低的具有MPPT（Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪）功能的大变比隔离型太阳能充电控制器。

本发明的目的通过以下技术措施实现：一种具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，它包括有微处理器、PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）调制单元、开关管单元，还包括用于采样太阳能电池输出电压的第一电压采样电路、用于采样太阳能电池输出电流的第一电流检测电路、用于采样蓄电池电压的第二电压采样电路、隔离驱动电路、高频开关变压器；

所述第一电压采样电路的第一输入端与太阳能电池的正极输出端连接，所述第一电压采样电路的第二输入端与太阳能电池的负极输出端连接，所述第一电压采样电路的输出端与所述微处理器的第一AD端口连接；

所述第一电流检测电路的第一检测端与所述开关管单元的第二输入端连接，所述第一电流检测电路的第二检测端与太阳能电池的负极输出端连接，所述开关管单元的第一输入端与太阳能电池的正极输出端连接，所述第一电流检测电路的输出端与所述微处理器的第二AD端口连接；

所述第二电压采样电路的第一输入端与蓄电池的正极输入端连接，所述第二电压采样电路的第二输入端与蓄电池的负极输入端连接，所述第二电压采样电路的输出端与所述微处理器的第三AD端口连接；

所述微处理器的DA端口与所述PWM调制单元的输入端连接，所述微处理器的第一IO端口与所述PWM调制单元的软启动端口连接，所述PWM调制单元的输出端与所述隔离驱动电路的输入端连接，所述隔离驱动电路的输出端与所述开关管单元的输入控制端口连接；

所述开关管单元的输出端与所述高频开关变压器的原边连接，所述高频开关变压器的第一副边输出端与蓄电池的正极输入端连接，所述高频开关变压器的第二副边输出端与蓄电池的负极输入端连接。

进一步包括第二电流检测电路，所述第二电流检测电路的第一检测端与负载接口的负极端连接，所述第二电流检测电路的第二检测端与蓄电池的负极输入端连接，所述第二电流检测电路的输出端与所述微处理器的第四AD端口连接。

进一步包括负载开关驱动电路，所述第二电流检测电路的第一检测端与负载接口的负极端之间连接有负载开关电路，所述负载开关电路的第一端口与负载接口的负极端连接，所述负载开关电路的第二端口与所述第二电流检测电路的第一检测端连接；所述负载开关驱动电路的输入端与所述微处理器的第二IO端口连接，所述负载开关驱动电路的输出端与所述负载开关电路的第三端口连接。

所述微处理器的DA端口与所述PWM调制单元的输入端之间连接有DA信号放大电路，所述DA信号放大电路的输入端与所述微处理器的DA端口连接，所述DA信号放大电路的输出端与所述PWM调制单元的输入端连接。

所述第一电压采样电路的输出端与所述微处理器的第一AD端口之间连接有第一隔离放大电路，所述第一隔离放大电路的输入端与所述第一电压采样电路的输出端连接，所述第一隔离放大电路的输出端与所述微处理器的第一AD端口连接；所述第一电流检测电路的输出端与所述微处理器的第二AD端口之间连接有第二隔离放大电路，所述第二隔离放大电路的输入端与所述第一电流检测电路的输出端连接，所述第二隔离放大电路的输出端与所述微处理器的第二AD端口连接。

所述开关管单元为H桥开关管单元，所述开关管单元的第一输入端为H桥开关管单元的上桥臂直流母线正极输入端，所述开关管单元的第二输入端为H桥开关管单元的下桥臂直流母线负极输入端，所述开关管单元的输入控制端口为H桥开关管单元的输入控制端口；所述H桥开关管单元的第一输出端与高频开关变压器的原边的一端连接，所述H桥开关管单元的第二输出端与高频开关变压器的原边的另一端连接。

所述高频开关变压器的副边输出端与蓄电池之间设置有整流滤波单元，所述整流滤波单元的第一输入端与所述高频开关变压器的第一副边输出端连接，所述整流滤波单元的第二输入端与所述高频开关变压器的第二副边输出端连接，所述整流滤波单元的第一输出端与蓄电池的正极输入端连接，所述整流滤波单元的第二输出端与蓄电池的负极输入端连接。

进一步包括防雷保护电路、温度传感器、按键电路、LED（发光二极管）&LCD（液晶显示器）显示电路，所述防雷保护电路连接在太阳能电池的正极输出端与负极输出端之间，所述温度传感器与所述微处理器的第五AD端口连接，所述按键电路与所述微处理器的第三IO端口组连接，所述LED&LCD显示电路与所述微处理器的第四IO端口组连接。

所述PWM调制单元包括电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22，电容C6、C7、C8、C9、C10，三极管Q1，PWM调制芯片U5；所述隔离驱动电路包括三极管Q2、Q3、Q4、Q5，隔离驱动变压器T1；所述PWM调制芯片U5的12脚、10脚均与逻辑地连接，电阻R15一端为所述PWM调制单元的软启动端口，电阻R15的另一端与电阻R16的一端、三极管Q1的基极连接，电阻R16的另一端、三极管Q1的发射极与逻辑地连接，三极管Q1的集电极与PWM调制芯片U5的软启动引脚8脚、电阻R17一端连接，电阻R17的另一端与电容C9的正极连接，电容C9的负极与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的3脚通过电阻R18与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的5脚通过电阻R19与7脚连接，PWM调制芯片U5的5脚通过电容C10与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的6脚通过电阻R20与逻辑地连接，电阻R14一端为所述PWM调制单元900的输入端，电阻R14的另一端与PWM调制芯片U5的同相输入端2脚、电容C8一端连接，电容C8的另一端与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的反相输入端1脚与其补偿端9脚连接，PWM调制芯片U5的参考电压端16脚与＋5V参考电压、电容C6一端连接，电容C6的另一端与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的13脚、15脚、电容C7一端均与+12V供电电源连接，电容C7的另一端与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的A通道驱动信号输出端11脚通过电阻R21与三极管Q2的基极、三极管Q3的基极连接，PWM调制芯片U5的B通道驱动信号输出端14脚通过电阻R22与三极管Q4的基极、三极管Q5的基极连接；所述三极管Q2的集电极、三极管Q4的集电极均与供电电源连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的发射极、隔离驱动变压器T1的1脚连接，三极管Q4的发射极与三极管Q5的发射极、隔离驱动变压器T1的2脚连接，三极管Q3的集电极、三极管Q5的集电极均与逻辑地连接，隔离驱动变压器T1的1脚、3脚、5脚、7脚、9脚为同名端，隔离驱动变压器T1的3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚均为所述隔离驱动电路1000的输出端。

所述第一电压采样电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1、C2，运算放大器U1A，运算放大器U1B；所述第一隔离放大电路包括电阻R9、电容C3、运算放大器U3A、线性光耦U2；所述电阻R1一端为所述第一电压采样电路的第一输入端，电阻R4一端为所述第一电压采样电路的第二输入端，电阻R1的另一端与电阻R2一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1A的同相输入端3脚、电阻R3一端连接，电阻R4的另一端与电阻R5一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U1A的反相输入端2脚、电阻R6一端、电容C1一端连接，电阻R6的另一端、电容C1的另一端、电阻R7一端均与运算放大器U1A的输出端1脚连接，电阻R7的另一端与运算放大器U1B的同相输入端6脚、电容C2一端、线性光耦U2的3脚连接，电容C2的另一端与电阻R8一端、运算放大器U1B的输出端7脚连接，电阻R8的另一端与线性光耦U2的1脚连接，线性光耦U2的6脚与运算放大器U3A的同相输入端3脚、电阻R9一端、电容C3一端连接，电阻R9的另一端、电容C3的另一端均与运算放大器U3A的输出端1脚连接，运算放大器U3A的输出端1脚为所述第一隔离放大电路500的输出端，运算放大器U1A的电源端8脚、线性光耦U2的2脚均与+12VP电源连接，运算放大器U3A的电源端8脚与+5V供电电源连接，电阻R3的另一端、运算放大器U1A的接地端4脚、运算放大器U1B的反相输入端5脚、线性光耦U2的4脚均与电源地PGND1连接，线性光耦U2的5脚、运算放大器U3A的反相输入端2脚、运算放大器U3A的接地端4脚均与模拟地AGND连接；所述DA信号放大电路包括电阻R10、R11、R12、R13，电容C4、C5，运算放大器U4A、U4B；所述电阻R10一端为所述DA信号放大电路800的输入端，电阻R10的另一端与运算放大器U4A的同相输入端3脚、电容C4一端、电阻R11一端连接，电阻R12一端与运算放大器U4A的反相输入端2脚、电阻R13一端、电容C5一端连接，电阻R13的另一端、电容C5的另一端、运算放大器U4A的输出端1脚均与运算放大器U4 B的同相输入端6脚连接，运算放大器U4 B的反相输入端5脚与运算放大器U4 B的输出端7脚连接，运算放大器U4 B的输出端7脚为所述DA信号放大电路的输出端，运算放大器U4A的电源端8脚与+12V供电电源连接，电容C4的另一端、电阻R11的另一端、运算放大器U4A的接地端4脚、电阻R12的另一端均与模拟地AGND连接。

本发明有益效果在于：本发明包括有微处理器、PWM调制单元、开关管单元，还包括用于采样太阳能电池输出电压的第一电压采样电路、用于采样太阳能电池输出电流的第一电流检测电路、用于采样蓄电池电压的第二电压采样电路、隔离驱动电路、高频开关变压器；本发明的微处理器可以通过第一电压采样电路、第一电流检测电路、第二电压采样电路分别采样太阳能电池的输出电压、太阳能电池的输出电流、蓄电池电压，再通过微处理器运算，产生隔离驱动电路、开关管单元和高频开关变压器等充电回路的开关控制的信号，并输入至PWM调制单元，以控制PWM调制单元输出的PWM信号的占空比，从而调节高频开关变压器的输出电压和电流，实现“MPPT+ SOC”的双重智能充电控制；而且，本发明是通过PWM调制单元输出的PWM信号控制隔离驱动电路而控制开关管单元和高频开关变压器为蓄电池充电，形成隔离型的充电控制方式，使太阳能电池不是直接通过开关管单元为蓄电池充电，从而避免当太阳能电池输出电压很高时而用户配置的蓄电池电压等级却很低时开关管被击穿事故以及热损坏事故的发生，因此，本发明适用于太阳能电池输出电压很高而蓄电池电压等级较低的太阳能发电系统，如非晶硅薄膜太阳能电池发电系统。

附图说明

图1是本发明一种具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器的结构方框图。

图2是本发明一种具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器的PWM调制单元和隔离驱动电路的电路原理图。

图3是本发明一种具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器的第一电压采样电路和第一隔离放大电路的电路原理图。

图4是本发明一种具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器的DA信号放大电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明的一种具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，如图1所示，其包括有微处理器700（即MPU）、PWM调制单元900、开关管单元，还包括用于采样太阳能电池100输出电压的第一电压采样电路300、用于采样太阳能电池100输出电流的第一电流检测电路400、用于采样蓄电池1500电压的第二电压采样电路1600、隔离驱动电路1000、高频开关变压器1200。

第一电压采样电路300的第一输入端与太阳能电池100的正极输出端101连接，第一电压采样电路300的第二输入端与太阳能电池100的负极输出端102连接，第一电压采样电路300的输出端301与微处理器700的第一AD端口701连接，使微处理器700可以通过第一电压采样电路300采样太阳能电池100的输出电压。

第一电流检测电路400的第一检测端401与开关管单元的第二输入端连接，第一电流检测电路400的第二检测端402与太阳能电池100的负极输出端102连接，开关管单元的第一输入端与太阳能电池100的正极输出端101连接，第一电流检测电路400的输出端403与微处理器700的第二AD端口702连接，使微处理器700可以通过第一电流检测电路400采样太阳能电池100的输出电流。

第二电压采样电路1600的第一输入端与蓄电池1500的正极输入端1501连接，第二电压采样电路1600的第二输入端与蓄电池1500的负极输入端1502连接，第二电压采样电路1600的输出端1601与微处理器700的第三AD端口703连接，使微处理器700可以通过第二电压采样电路1600采样蓄电池电压。

微处理器700的DA端口706与PWM调制单元900的输入端连接，微处理器700的第一IO端口707与PWM调制单元900的软启动端口901连接，使微处理器700可以控制启动PWM调制单元900；PWM调制单元900的输出端与隔离驱动电路1000的输入端1001连接，隔离驱动电路1000的输出端与开关管单元的输入控制端口连接，使PWM调制单元900可以将PWM信号输出给隔离驱动电路1000，并通过隔离驱动电路1000驱动开关管单元。

开关管单元的输出端与高频开关变压器1200的原边连接，高频开关变压器1200的第一副边输出端1201与蓄电池1500的正极输入端1501连接，高频开关变压器1200的第二副边输出端1202与蓄电池1500的负极输入端1502连接，使开关管单元可以通过高频开关变压器1200控制对蓄电池1500的充电电压和电流。其中，高频开关变压器1200的电源端连接有辅助电源1300，蓄电池1500的电源端连接有电源电路。

本发明进一步包括第二电流检测电路1900，第二电流检测电路1900的第一检测端1901与负载接口的负极端连接，第二电流检测电路1900的第二检测端1902与蓄电池1500的负极输入端1502连接，第二电流检测电路1900的输出端1903与微处理器700的第四AD端口704连接，使微处理器700可以通过第二电流检测电路1900采样蓄电池1500的充电电流。

更具体地说，本发明进一步包括负载开关驱动电路1800，第二电流检测电路1900的第一检测端1901与负载接口的负极端之间连接有负载开关电路1700，负载开关电路1700的第一端口1701与负载接口的负极端连接，负载开关电路1700的第二端口1702与第二电流检测电路1900的第一检测端1901连接；负载开关驱动电路1800的输入端1801与微处理器700的第二IO端口708连接，负载开关驱动电路1800的输出端1802与负载开关电路1700的第三端口1703连接，使微处理器700可以通过负载开关驱动电路1800控制驱动负载开关电路1700而控制负载的开关。

其中，微处理器700的DA端口706与PWM调制单元900的输入端之间连接有DA信号放大电路800，DA信号放大电路800的输入端与微处理器700的DA端口706连接，DA信号放大电路800的输出端与PWM调制单元900的输入端连接。DA信号放大电路800用于将微处理器700产生的数字信号转换为模拟信号，并输出给PWM调制单元900。

第一电压采样电路300的输出端301与微处理器700的第一AD端口701之间连接有第一隔离放大电路500，第一隔离放大电路500的输入端501与第一电压采样电路300的输出端301连接，第一隔离放大电路500的输出端与微处理器700的第一AD端口701连接；第一电流检测电路400的输出端403与微处理器700的第二AD端口702之间连接有第二隔离放大电路600，第二隔离放大电路600的输入端与第一电流检测电路400的输出端403连接，第二隔离放大电路600的输出端602与微处理器700的第二AD端口702连接。

开关管单元为H桥开关管单元1100，开关管单元的第一输入端为H桥开关管单元1100的上桥臂直流母线正极输入端1101，开关管单元的第二输入端为H桥开关管单元1100的下桥臂直流母线负极输入端1102，开关管单元的输入控制端口为H桥开关管单元1100的输入控制端口1105；H桥开关管单元1100的第一输出端1103与高频开关变压器1200的原边的一端连接，H桥开关管单元1100的第二输出端1104与高频开关变压器1200的原边的另一端连接。其中，H桥开关管单元1100具有易于模块化、数字化、易于采用软开关技术等优点。

高频开关变压器1200的副边输出端与蓄电池1500之间设置有整流滤波单元1400，整流滤波单元1400的第一输入端与高频开关变压器1200的第一副边输出端1201连接，整流滤波单元1400的第二输入端与高频开关变压器1200的第二副边输出端1202连接，整流滤波单元1400的第一输出端与蓄电池1500的正极输入端1501连接，整流滤波单元1400的第二输出端与蓄电池1500的负极输入端1502连接。高频开关变压器1200输出的电压经过整流滤波单元1400的整流及滤波后，可以转换为平滑稳定的电压，为蓄电池1500充电。

本发明进一步包括防雷保护电路200、温度传感器2100、按键电路2200、LED&LCD显示电路2300，防雷保护电路200连接在太阳能电池100的正极输出端101与负极输出端102之间，使本发明具有防雷保护的功能；温度传感器2100与微处理器700的第五AD端口705连接，使微处理器700可以通过温度传感器2100感应外界的温度；按键电路2200与微处理器700的第三IO端口709连接，使用户可以通过按键电路2200输入控制和设置参数等命令；LED&LCD显示电路2300与微处理器700的第四IO端口710连接，LED&LCD显示电路2300用于显示温度等参数，便于用户直观地查看。

如图2所示，PWM调制单元900包括电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22，电容C6、C7、C8、C9、C10，三极管Q1，PWM调制芯片U5；隔离驱动电路1000包括三极管Q2、Q3、Q4、Q5，隔离驱动变压器T1。

PWM调制芯片U5的12脚（GND）、10脚（SHUTDOWN）均与逻辑地（GND）连接，电阻R15一端为PWM调制单元900的软启动端口901，（其用于输入信号ON/OFF），电阻R15的另一端与电阻R16的一端、三极管Q1的基极连接，电阻R16的另一端、三极管Q1的发射极与逻辑地连接，三极管Q1的集电极与PWM调制芯片U5的软启动引脚8脚（SOFT-START）、电阻R17一端连接，电阻R17的另一端与电容C9的正极连接，电容C9的负极与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的3脚（SYNC）通过电阻R18与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的5脚（CT）通过电阻R19与7脚（DISCHARGE）连接，PWM调制芯片U5的5脚（CT）通过电容C10与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的6脚（RT）通过电阻R20与逻辑地连接，电阻R14一端为PWM调制单元900的输入端，（其用于输入信号DACOUT），电阻R14的另一端与PWM调制芯片U5的同相输入端2脚（N.I.INPUT）、电容C8一端连接，电容C8的另一端与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的反相输入端1脚（INV.INPUT）与其补偿端9脚（COMP）连接，PWM调制芯片U5的参考电压端16脚与＋5V参考电压（＋5Vref）、电容C6一端连接，电容C6的另一端与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的13脚、15脚、电容C7一端均与+12V供电电源（+12VC）连接，电容C7的另一端与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的A通道驱动信号输出端11脚（OUTA）通过电阻R21与三极管Q2的基极、三极管Q3的基极连接，PWM调制芯片U5的B通道驱动信号输出端14脚（OUTB）通过电阻R22与三极管Q4的基极、三极管Q5的基极连接。

三极管Q2的集电极、三极管Q4的集电极均与供电电源（+12VC）连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的发射极、隔离驱动变压器T1的1脚连接，三极管Q4的发射极与三极管Q5的发射极、隔离驱动变压器T1的2脚连接，三极管Q3的集电极、三极管Q5的集电极均与逻辑地（GND）连接，隔离驱动变压器T1的1脚、3脚、5脚、7脚、9脚为同名端，隔离驱动变压器T1的3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚均为隔离驱动电路1000的输出端，其用于与H桥开关管单元1100连接，更具体地说，隔离驱动变压器T1的3脚、4脚输出信号分别为DRV1H、DRV1L，隔离驱动变压器T1的5脚、6脚输出信号分别为DRV2H、DRV2L，隔离驱动变压器T1的7脚、8脚输出信号分别为DRV3H、DRV3L，隔离驱动变压器T1的9脚、10脚输出信号分别为DRV4H、DRV4L。

PWM调制芯片U5可以根据微处理器700的DA端口706产生的并经DA信号放大电路800转换及放大的用于控制隔离驱动电路、开关管单元和高频开关变压器等充电回路的开关控制的信号，调节输出的PWM信号的占空比，从而控制隔离驱动电路1000。

如图3所示，第一电压采样电路300包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1、C2，运算放大器U1A，运算放大器U1B；第一隔离放大电路500包括电阻R9、电容C3、运算放大器U3A、线性光耦U2。

电阻R1一端为第一电压采样电路300的第一输入端，电阻R4一端为第一电压采样电路300的第二输入端，电阻R1的另一端与电阻R2一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1A的同相输入端3脚、电阻R3一端连接，电阻R4的另一端与电阻R5一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U1A的反相输入端2脚、电阻R6一端、电容C1一端连接，电阻R6的另一端、电容C1的另一端、电阻R7一端均与运算放大器U1A的输出端1脚连接，电阻R7的另一端与运算放大器U1B的同相输入端6脚、电容C2一端、线性光耦U2的3脚连接，电容C2的另一端与电阻R8一端、运算放大器U1B的输出端7脚连接，电阻R8的另一端与线性光耦U2的1脚连接，线性光耦U2的6脚与运算放大器U3A的同相输入端3脚、电阻R9一端、电容C3一端连接，电阻R9的另一端、电容C3的另一端均与运算放大器U3A的输出端1脚连接，运算放大器U3A的输出端1脚为第一隔离放大电路500的输出端，运算放大器U1A的电源端8脚、线性光耦U2的2脚均与+12V电源（+12VP）连接，运算放大器U3A的电源端8脚与+5V供电电源（+5VC）连接，电阻R3的另一端、运算放大器U1A的接地端4脚、运算放大器U1B的反相输入端5脚、线性光耦U2的4脚均与电源地（PGND1）连接，线性光耦U2的5脚、运算放大器U3A的反相输入端2脚、运算放大器U3A的接地端4脚均与数字地（AGND）连接。

运算放大器U1A和运算放大器U1B将采样的太阳能电池的输出电压的信号，经过放大后输入给线性光耦U2，再经过线性光耦U2的隔离后输入至运算放大器U3A，最后由运算放大器U3A放大后输入给微处理器700。

如图4所示，DA信号放大电路800包括电阻R10、R11、R12、R13，电容C4、C5，运算放大器U4A、U4B；电阻R10一端为DA信号放大电路800的输入端，（其用于输入信号DACIN），电阻R10的另一端与运算放大器U4A的同相输入端3脚、电容C4一端、电阻R11一端连接，电阻R12一端与运算放大器U4A的反相输入端2脚、电阻R13一端、电容C5一端连接，电阻R13的另一端、电容C5的另一端、运算放大器U4A的输出端1脚均与运算放大器U4 B的同相输入端6脚连接，运算放大器U4 B的反相输入端5脚与运算放大器U4 B的输出端7脚连接，运算放大器U4 B的输出端7脚为DA信号放大电路800的输出端，运算放大器U4A的电源端8脚与+12V供电电源（+12VC）连接，电容C4的另一端、电阻R11的另一端、运算放大器U4A的接地端4脚、电阻R12的另一端均与数字地（AGND）连接。

其中，微处理器700采用意法半导体公司的高性能32位ARM  STM32F103VCT6，防雷保护电路200采用型号为P1300S的半导体放电管作为防雷保护器件，H桥开关管单元1100采用型号为FQA62N25的N沟道MOS管，第一电流检测电路400采用型号为HXS 50-NP的隔离型的电流传感器，PWM调制单元900的PWM调制芯片U5采用意法半导体公司型号为SG3525的脉宽调制芯片，负载开关电路1700采用MOSFET的型号为IPB025N10N3的并联MOSFET阵列，温度传感器2100的型号为LM50；运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U3A、运算放大器U4A、运算放大器U4 B的型号均为LM258，线性光耦U2的型号为HCNR200，三极管Q1、三极管Q2、三极管Q4的型号均为2N3904，三极管Q3、三极管Q5的型号均为2N3906。当然，上述电子元器件的参数值仅供参考，在具体实施本技术方案时，可根据实际环境进行修改。

本发明在使用时，微处理器700会通过第一电压采样电路300、第一电流检测电路400分别采样太阳能电池100的输出电压和输出电流，从而找到最大功率点，再由微处理器700根据最大功率点控制PWM调制单元900、隔离驱动电路1000、H桥开关管单元1100和高频开关变压器1200等充电回路使太阳能电池100以最高的效率对蓄电池1500充电，实现MPPT功能。

当微处理器700检测到太阳能电池100输出电压达到充电条件时，微处理器700启动PWM调制单元900、隔离驱动电路1000、H桥开关管单元1100和高频开关变压器1200等充电回路开始充电；当微处理器700检测到太阳能电池100输出电压并未达到充电条件或没有输出电压时，微处理器700使PWM调制单元900、隔离驱动电路1000、H桥开关管单元1100和高频开关变压器1200等充电回路停止工作，充电回路处于休眠状态。

同时，本发明的微处理器700可以通过第二电压采样电路1600采样蓄电池1500的电压，再由微处理器700根据蓄电池1500的荷电状态（SOC），控制PWM调制单元900、隔离驱动电路1000、H桥开关管单元1100和高频开关变压器1200等充电回路而智能管理蓄电池1500的充电、放电过程，实现SOC的智能充电控制。

而且，本发明是通过PWM调制单元900输出的PWM信号控制隔离驱动电路1000而控制H桥开关管单元1100和高频开关变压器1200为蓄电池充电，形成隔离型的充电控制方式，使太阳能电池100并不是直接通过开关管单元为蓄电池1500充电，从而避免当太阳能电池100输出电压很高时而用户配置的蓄电池1500的电压等级却很低时开关管被击穿事故以及热损坏事故的发生，故本发明适用于太阳能电池100输出电压很高而蓄电池1500电压等级较低的太阳能发电系统，如非晶硅薄膜太阳能电池发电系统，即本发明克服了常规Buck型太阳能充电控制器难以承受输入电压和输出电压之间的高电压差问题，提供了一种太阳能电池电压大变比降压充电的解决方案。

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 (10)

1.一种具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，它包括有微处理器、PWM调制单元、开关管单元，其特征在于：还包括用于采样太阳能电池输出电压的第一电压采样电路、用于采样太阳能电池输出电流的第一电流检测电路、用于采样蓄电池电压的第二电压采样电路、隔离驱动电路、高频开关变压器；

所述第一电压采样电路的第一输入端与太阳能电池的正极输出端连接，所述第一电压采样电路的第二输入端与太阳能电池的负极输出端连接，所述第一电压采样电路的输出端与所述微处理器的第一AD端口连接；

所述第一电流检测电路的第一检测端与所述开关管单元的第二输入端连接，所述第一电流检测电路的第二检测端与太阳能电池的负极输出端连接，所述开关管单元的第一输入端与太阳能电池的正极输出端连接，所述第一电流检测电路的输出端与所述微处理器的第二AD端口连接；

所述第二电压采样电路的第一输入端与蓄电池的正极输入端连接，所述第二电压采样电路的第二输入端与蓄电池的负极输入端连接，所述第二电压采样电路的输出端与所述微处理器的第三AD端口连接；

所述微处理器的DA端口与所述PWM调制单元的输入端连接，所述微处理器的第一IO端口与所述PWM调制单元的软启动端口连接，所述PWM调制单元的输出端与所述隔离驱动电路的输入端连接，所述隔离驱动电路的输出端与所述开关管单元的输入控制端口连接；

所述开关管单元的输出端与所述高频开关变压器的原边连接，所述高频开关变压器的第一副边输出端与蓄电池的正极输入端连接，所述高频开关变压器的第二副边输出端与蓄电池的负极输入端连接。

2.根据权利要求1所述的具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，其特征在于：进一步包括第二电流检测电路，所述第二电流检测电路的第一检测端与负载接口的负极端连接，所述第二电流检测电路的第二检测端与蓄电池的负极输入端连接，所述第二电流检测电路的输出端与所述微处理器的第四AD端口连接。

3.根据权利要求2所述的具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，其特征在于：进一步包括负载开关驱动电路，所述第二电流检测电路的第一检测端与负载接口的负极端之间连接有负载开关电路，所述负载开关电路的第一端口与负载接口的负极端连接，所述负载开关电路的第二端口与所述第二电流检测电路的第一检测端连接；所述负载开关驱动电路的输入端与所述微处理器的第二IO端口连接，所述负载开关驱动电路的输出端与所述负载开关电路的第三端口连接。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，其特征在于：所述微处理器的DA端口与所述PWM调制单元的输入端之间连接有DA信号放大电路，所述DA信号放大电路的输入端与所述微处理器的DA端口连接，所述DA信号放大电路的输出端与所述PWM调制单元的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，其特征在于：所述第一电压采样电路的输出端与所述微处理器的第一AD端口之间连接有第一隔离放大电路，所述第一隔离放大电路的输入端与所述第一电压采样电路的输出端连接，所述第一隔离放大电路的输出端与所述微处理器的第一AD端口连接；所述第一电流检测电路的输出端与所述微处理器的第二AD端口之间连接有第二隔离放大电路，所述第二隔离放大电路的输入端与所述第一电流检测电路的输出端连接，所述第二隔离放大电路的输出端与所述微处理器的第二AD端口连接。

6.根据权利要求4所述的具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，其特征在于：所述开关管单元为H桥开关管单元，所述开关管单元的第一输入端为H桥开关管单元的上桥臂直流母线正极输入端，所述开关管单元的第二输入端为H桥开关管单元的下桥臂直流母线负极输入端，所述开关管单元的输入控制端口为H桥开关管单元的输入控制端口；所述H桥开关管单元的第一输出端与高频开关变压器的原边的一端连接，所述H桥开关管单元的第二输出端与高频开关变压器的原边的另一端连接。

7.根据权利要求4所述的具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，其特征在于：所述高频开关变压器的副边输出端与蓄电池之间设置有整流滤波单元，所述整流滤波单元的第一输入端与所述高频开关变压器的第一副边输出端连接，所述整流滤波单元的第二输入端与所述高频开关变压器的第二副边输出端连接，所述整流滤波单元的第一输出端与蓄电池的正极输入端连接，所述整流滤波单元的第二输出端与蓄电池的负极输入端连接。

8.根据权利要求4所述的具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，其特征在于：进一步包括防雷保护电路、温度传感器、按键电路、LED&LCD显示电路，所述防雷保护电路连接在太阳能电池的正极输出端与负极输出端之间，所述温度传感器与所述微处理器的第五AD端口连接，所述按键电路与所述微处理器的第三IO端口连接，所述LED&LCD显示电路与所述微处理器的第四IO端口连接。

9.根据权利要求4所述的具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，其特征在于：所述PWM调制单元包括电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22，电容C6、C7、C8、C9、C10，三极管Q1，PWM调制芯片U5；所述隔离驱动电路包括三极管Q2、Q3、Q4、Q5，隔离驱动变压器T1；

所述PWM调制芯片U5的型号为SG3525，PWM调制芯片U5的12脚、10脚均与逻辑地连接，电阻R15一端为所述PWM调制单元的软启动端口，电阻R15的另一端与电阻R16的一端、三极管Q1的基极连接，电阻R16的另一端、三极管Q1的发射极与逻辑地连接，三极管Q1的集电极与PWM调制芯片U5的软启动引脚8脚、电阻R17一端连接，电阻R17的另一端与电容C9的正极连接，电容C9的负极与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的3脚通过电阻R18与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的5脚通过电阻R19与7脚连接，PWM调制芯片U5的5脚通过电容C10与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的6脚通过电阻R20与逻辑地连接，电阻R14一端为所述PWM调制单元的输入端，电阻R14的另一端与PWM调制芯片U5的同相输入端2脚、电容C8一端连接，电容C8的另一端与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的反相输入端1脚与其补偿端9脚连接，PWM调制芯片U5的参考电压端16脚与＋5V参考电压、电容C6一端连接，电容C6的另一端与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的13脚、15脚、电容C7一端均与+12V供电电源连接，电容C7的另一端与逻辑地连接，PWM调制芯片U5的A通道驱动信号输出端11脚通过电阻R21与三极管Q2的基极、三极管Q3的基极连接，PWM调制芯片U5的B通道驱动信号输出端14脚通过电阻R22与三极管Q4的基极、三极管Q5的基极连接；

所述三极管Q2的集电极、三极管Q4的集电极均与供电电源连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的发射极、隔离驱动变压器T1的1脚连接，三极管Q4的发射极与三极管Q5的发射极、隔离驱动变压器T1的2脚连接，三极管Q3的集电极、三极管Q5的集电极均与逻辑地连接，隔离驱动变压器T1的1脚、3脚、5脚、7脚、9脚为同名端，隔离驱动变压器T1的3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚均为所述隔离驱动电路的输出端。

10.根据权利要求5所述的具有MPPT功能的大变比隔离型太阳能充电控制器，其特征在于：所述第一电压采样电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1、C2，运算放大器U1A，运算放大器U1B；所述第一隔离放大电路包括电阻R9、电容C3、运算放大器U3A、线性光耦U2；

线性光耦U2的型号为HCNR200，所述电阻R1一端为所述第一电压采样电路的第一输入端，电阻R4一端为所述第一电压采样电路的第二输入端，电阻R1的另一端与电阻R2一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1A的同相输入端3脚、电阻R3一端连接，电阻R4的另一端与电阻R5一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U1A的反相输入端2脚、电阻R6一端、电容C1一端连接，电阻R6的另一端、电容C1的另一端、电阻R7一端均与运算放大器U1A的输出端1脚连接，电阻R7的另一端与运算放大器U1B的同相输入端6脚、电容C2一端、线性光耦U2的3脚连接，电容C2的另一端与电阻R8一端、运算放大器U1B的输出端7脚连接，电阻R8的另一端与线性光耦U2的1脚连接，线性光耦U2的6脚与运算放大器U3A的同相输入端3脚、电阻R9一端、电容C3一端连接，电阻R9的另一端、电容C3的另一端均与运算放大器U3A的输出端1脚连接，运算放大器U3A的输出端1脚为所述第一隔离放大电路的输出端，运算放大器U1A的电源端8脚、线性光耦U2的2脚均与+12VP电源连接，运算放大器U3A的电源端8脚与+5V供电电源连接，电阻R3的另一端、运算放大器U1A的接地端4脚、运算放大器U1B的反相输入端5脚、线性光耦U2的4脚均与电源地PGND1连接，线性光耦U2的5脚、运算放大器U3A的反相输入端2脚、运算放大器U3A的接地端4脚均与模拟地AGND连接；

所述DA信号放大电路包括电阻R10、R11、R12、R13，电容C4、C5，运算放大器U4A、U4B；所述电阻R10一端为所述DA信号放大电路的输入端，电阻R10的另一端与运算放大器U4A的同相输入端3脚、电容C4一端、电阻R11一端连接，电阻R12一端与运算放大器U4A的反相输入端2脚、电阻R13一端、电容C5一端连接，电阻R13的另一端、电容C5的另一端、运算放大器U4A的输出端1脚均与运算放大器U4 B的同相输入端6脚连接，运算放大器U4 B的反相输入端5脚与运算放大器U4 B的输出端7脚连接，运算放大器U4 B的输出端7脚为所述DA信号放大电路的输出端，运算放大器U4A的电源端8脚与+12V供电电源连接，电容C4的另一端、电阻R11的另一端、运算放大器U4A的接地端4脚、电阻R12的另一端均与模拟地AGND连接。

Images