一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器的制造方法
【專利摘要】一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器，由太陽(yáng)能電池模塊、蓄電池、充放電電路、電壓采集電路、單片機(jī)控制電路和光耦驅(qū)動(dòng)電路組成，采用脈寬調(diào)制控制技術(shù)來(lái)控制蓄電池充放電，通過(guò)控制MOSFET管的開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)與發(fā)電功率規(guī)模相適應(yīng)的功率控制器。本發(fā)明的有益效果：1、為大面積的太陽(yáng)能電池組形成光伏發(fā)電系統(tǒng)裝置，提供了功率控制器這一關(guān)鍵核心部件；2、為我國(guó)廣泛應(yīng)用清潔能源提供了可靠的技術(shù)保障。
【專利說(shuō)明】一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器
[0001]【【技術(shù)領(lǐng)域】】本發(fā)明涉及光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器。
[0002]【【背景技術(shù)】】隨著石化燃料資源面臨枯竭，以及環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，人類將在相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)歷史階段著重謀求清潔能源的開(kāi)發(fā)，由此便掀起了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的熱潮。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能光伏電池的光生伏原理把太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式，這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)電池組件，再配合功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電系統(tǒng)裝置，才能為生產(chǎn)、生活提供需要的清潔能源。因此，開(kāi)發(fā)與發(fā)電功率規(guī)模相適應(yīng)的功率控制器已成為人們十分迫切的科技創(chuàng)新課題。
[0003]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器。
[0004]這種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器，包括單片機(jī)、蓄電池，其特征在于，由太陽(yáng)能電池模塊、蓄電池、充放電電路、電壓采集電路、單片機(jī)控制電路和光耦驅(qū)動(dòng)電路組成，采用脈寬調(diào)制控制技術(shù)來(lái)控制蓄電池充放電，通過(guò)控制MOSFET管的開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)與發(fā)電功率規(guī)模相適應(yīng)的功率控制器。
[0005]所述單片機(jī)為AT89S51，其外圍電路包括上電復(fù)位電路、晶振、LED指示燈，設(shè)置有A/D轉(zhuǎn)換模塊，使用的電源為5V電壓。
[0006]所述蓄電池采用恒壓充電方法，電壓在10.8V-12V之間為快充，電壓在12V-14.5V之間為浮充，電壓為14.5V時(shí)停止充電。
[0007]所述充放電電路由防反充二極管D1、濾波電容Cl、續(xù)流二極管D2、MOSFET管Q1、濾波電容C2、MOSFET管Ql構(gòu)成。
[0008]所述電壓采集電路使用兩個(gè)串聯(lián)的電阻，電阻大小比例為10: 1，并聯(lián)在需要檢測(cè)的電壓兩端，從兩個(gè)電阻中間采集電壓。
[0009]本發(fā)明的有益效果:1、為大面積的太陽(yáng)能電池組形成光伏發(fā)電系統(tǒng)裝置，提供了功率控制器這一關(guān)鍵核心部件；2、為我國(guó)廣泛應(yīng)用清潔能源提供了可靠的技術(shù)保障。
[0010]【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本發(fā)明系統(tǒng)電路原理圖圖3是本發(fā)明充放電電路圖圖4是本發(fā)明單片機(jī)及其外圍電路圖。
[0011]【【具體實(shí)施方式】】現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)一步闡述如下:
如圖2所示，電路包含太陽(yáng)能電池，DC-DC變換電路，蓄電池，數(shù)據(jù)采集電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)控制電路及狀態(tài)顯示部分。本發(fā)明以ATMEL系列AT89S51單片機(jī)為控制中心的軟硬件的結(jié)合，使用并聯(lián)在電池兩端的兩個(gè)串聯(lián)電阻，以分壓方式對(duì)蓄電池、太陽(yáng)能電池的電壓進(jìn)行采樣，送到A/D轉(zhuǎn)換得到一個(gè)數(shù)字信號(hào)的電壓值，再將信號(hào)送入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。單片機(jī)輸出經(jīng)光耦電路控制MOSFET管。控制MOSFET管導(dǎo)通的方式是脈沖寬度調(diào)制(PWM)，根據(jù)程序設(shè)計(jì)的載荷變化來(lái)調(diào)制MOSFET管柵的偏置，達(dá)到實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。按程序設(shè)計(jì)當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于12V，充電模式為均充，Ql為完全導(dǎo)通狀態(tài)，也就是導(dǎo)通的脈沖占空比最大；當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓在12V-14.5V，充電模式為浮充，Ql導(dǎo)通與不導(dǎo)通的占空比例變小；當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓等于15V，Q1截止充電停止。當(dāng)檢測(cè)到蓄電池的電壓低于10.8V，Q2關(guān)閉停止放電。
[0012]作為太陽(yáng)能儲(chǔ)能用的蓄電池由于存在過(guò)放、過(guò)充、使用壽命短等問(wèn)題，要選擇合適的充放電方式。所有的蓄電池充電過(guò)程都有快充、過(guò)充和浮充3個(gè)階段，每個(gè)階段都有不同的充電要求?，F(xiàn)行的充電方法主要有恒流充電、恒壓充電、恒壓限流充電、間隙式充電法等，這些充電方法各有利弊。本設(shè)計(jì)采用最容易實(shí)現(xiàn)的恒壓充電。蓄電池的電壓在10.8V-12V之間為快充；蓄電池的電壓在12V-14.5V之間為浮充；蓄電池的電壓為14.5V時(shí)停止充電。
[0013]如圖3所示，電路由防反充二極管D1、濾波電容Cl、續(xù)流二極管D2、M0SFET管Q1、濾波電容C2、MOSFET管Ql等構(gòu)成。二極管Dl是為了防反充，當(dāng)陰天或晚上蓄電池的電壓高于太陽(yáng)能電池的電壓時(shí)，Dl就生效。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)間(即PWM—脈沖寬度調(diào)制)，就可以控制輸出電壓。所使用的MOSFET是電壓控制單極性金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動(dòng)功率較小。而且MOSFET只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時(shí)間，因而開(kāi)關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開(kāi)關(guān)。本發(fā)明中采用IRF9540N P溝道MOSFET管，P溝道MOSFET的導(dǎo)通電壓Vth〈0，可以實(shí)現(xiàn)MOSFET的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)光耦U5導(dǎo)通時(shí)，由于Ql的G極電壓很小，G極近似接地，Vgs〈0，當(dāng)S極電壓達(dá)到一定值時(shí)，Ql導(dǎo)通。Q2的原理類似。
[0014]電壓采集電路使用兩個(gè)串聯(lián)的電阻，大小比例為10:1，然后并聯(lián)在需要檢測(cè)的電壓兩端，從兩個(gè)電阻中間采集電壓。由分壓公式得出采集的電壓為、,21/11，當(dāng)蓄電池充滿電時(shí)電壓為14.5V，計(jì)算出采集到的電壓為1.3V，符合A/D轉(zhuǎn)換芯片的TLC549的輸入值。
[0015]光耦開(kāi)關(guān)電路，當(dāng)輸入信號(hào)Cl為低電平時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端兩管腳間的電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”；當(dāng)Cl為高電平時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光，輸出端兩管腳間的電阻變小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”，此時(shí)從U5輸入的電壓經(jīng)光耦流向接地端，Kl處的電壓接近為零，MOSEFT的Vgs〈0，當(dāng)S極電壓達(dá)到一定值時(shí)，Ql導(dǎo)通。
[0016]如圖4所示，本發(fā)明采用AT89S51單片機(jī)，單片機(jī)及其外圍電路包括上電復(fù)位電路，晶振，LED指示燈，其中D3、D4為高電平有效，用來(lái)顯示工作狀態(tài)。
[0017]AT89S51單片機(jī)設(shè)有內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊，因此采集的電壓需要經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換才可接入單片機(jī)。本發(fā)明采用8位串行A/D轉(zhuǎn)換器芯片TLC549。需要采集的信號(hào)從2管腳AIN輸入，I管腳的基準(zhǔn)電壓使用5V，5、6、7三管腳連單片機(jī)。
[0018]單片機(jī)對(duì)電源質(zhì)量要求嚴(yán)格，只有波形穩(wěn)定清晰的電源才能使單片機(jī)上電復(fù)位，否則無(wú)法上電復(fù)位，晶振不能起振，單片機(jī)就不工作。蓄電池提供的電壓是12V，單片機(jī)電源使用5V電壓，因此需要穩(wěn)壓后才能供單片機(jī)使用，本發(fā)明采用LM7805穩(wěn)壓后得到波形較好的電源才供單片機(jī)使用。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器，包括單片機(jī)、蓄電池，其特征在于，由太陽(yáng)能電池模塊、蓄電池、充放電電路、電壓采集電路、單片機(jī)控制電路和光耦驅(qū)動(dòng)電路組成，采用脈寬調(diào)制控制技術(shù)來(lái)控制蓄電池充放電，通過(guò)控制MOSFET管的開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)與發(fā)電功率規(guī)模相適應(yīng)的功率控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器，其特征在于，所述單片機(jī)為AT89S51，其外圍電路包括上電復(fù)位電路、晶振、LED指示燈，設(shè)置有A/D轉(zhuǎn)換模塊，使用的電源為5V電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器，其特征在于，所述蓄電池采用恒壓充電方法，電壓在10.8V-12V之間為快充，電壓在12V-14.5V之間為浮充，電壓為14.5V時(shí)停止充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器，其特征在于，所述充放電電路由防反充二極管Dl、濾波電容Cl、續(xù)流二極管D2、MOSFET管Ql、濾波電容C2、MOSFET管Ql構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能功率控制器，其特征在于，所述電壓采集電路使用兩個(gè)串聯(lián)的電阻，電阻大小比例為10: 1，并聯(lián)在需要檢測(cè)的電壓兩端，從兩個(gè)電阻中間采集電壓。
【文檔編號(hào)】H02S40/38GK104242812SQ201410518400
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月3日
【發(fā)明者】陳才宏, 宋靜, 江志勇 申請(qǐng)人:湖南德海通信設(shè)備制造有限公司