本實用新型屬于太陽能控制技術領域，特別是涉及一種太陽能充放電控制器。

背景技術：

太陽能控制器全稱為太陽能充放電控制器，是用于太陽能發電系統中，控制多路太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給太陽能逆變器負載供電的自動控制設備。它對蓄電池的充、放電條件加以規定和控制，并按照負載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負載的電能輸出，是整個光伏供電系統的核心控制部分。

太陽能控制器采用高速CPU微處理器和高精度A/D模數轉換器，是一個微機數據采集和監測控制系統。既可快速實時采集光伏系統當前的工作狀態，隨時獲得PV站的工作信息，又可詳細積累PV站的歷史數據，為評估PV系統設計的合理性及檢驗系統部件質量的可靠性提供了準確而充分的依據。此外，太陽能控制器還具有串行通信數據傳輸功能，可將多個光伏系統子站進行集中管理和遠距離控制。

組成太陽能供電系統主要有太陽能電池組件，可充電蓄電池以及兩者之間的充放電控制器。充放電控制器作為連接太陽能電池組件和蓄電池之間的紐帶，其控制方式的合理性決定了太陽能電池組件的成本和蓄電池的壽命。特別是現在作為太陽能電池的主要材料高純度硅的價格日益高漲，而且制造蓄電池的鉛，其價格也在不斷上漲。如何提高太陽能電池組件的利用率，提高蓄電池的使用壽命就顯得特別重要了。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種太陽能充放電控制器，通過采用光敏開關電路連接到太陽能電池板，通過光敏開關電路作為蓄電池充電的一次開關，通過防反充電電路作為第二次蓄電池充電的二次開關，通過定時控制電路設定控制時間段，解決了現有的太陽能充放電控制器的蓄電池使用壽命低，電轉換效率慢，控制繁瑣等問題。

為解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的：

本實用新型為一種太陽能充放電控制器，包括光敏開關電路、防反充電電路、BUCK充電電路、MCU控制電路；所述光敏開關電路、防反充電電路、BUCK充電電路依次連接；所述MCU控制電路分別連接有ADC采樣電路、定時控制電路、顯示單元和放電電路；其中，所述ADC采樣電路分別采集光敏開關電路、防反充電電路、BUCK充電電路和放電電路的電信號；所述ADC采樣電路采集的電信號輸送到MCU控制電路所述放電電路與一電壓檢測單元串聯到負載，所述電壓檢測單元檢測放電電路與負載工作的電壓信號。

進一步地，所述光敏開關電路連接到太陽能電池板，通過光敏開關電路作為第一步判定白天和黑夜，進而作為蓄電池充電的一次開關，通過防反充電電路判定蓄電池充電是否充滿，作為第二次蓄電池充電的二次開關。

進一步地，所述BUCK充電電路與蓄電池連接，對蓄電池的充電，BUCK充電電路為同步續流BUCK拓撲電路。

進一步地，所述顯示單元采用LCD顯示器。

進一步地，所述ADC采樣電路還連接到太陽能電池板，采集太陽能電池板的電信號。

進一步地，所述電信號包括電壓信號、電流信號和溫度信號。

本實用新型具有以下有益效果：

1、本實用新型通過采用低功耗的元器件，減小功率損耗降低發熱量，縮減控制器體積，節約產品成本。

2、本實用新型通過采用MCU控制電路，利用DC-DC變換器使得充電電路阻抗和太陽能電池內部阻抗匹配，從而獲取太陽能電池最大功率輸出，峰值功率利用率提高30％，提高了太陽能組件的利用率。

3、本實用新型通過采用光敏開關電路連接到太陽能電池板，通過光敏開關電路作為第一步判定白天和黑夜，進而作為蓄電池充電的一次開關，通過防反充電電路判定蓄電池充電是否充滿，作為第二次蓄電池充電的二次開關，通過定時控制電路設定控制時間段，具有控制靈活性高，應用范圍廣泛；有效地提高了太陽能電池板與蓄電池之間的充放電關系，提高蓄電池的使用壽命。

當然，實施本實用新型的任一產品并不一定需要同時達到以上所述的所有優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型的一種太陽能充放電控制器的系統圖；

圖2為負載電流采樣電路圖；

圖3為太陽能板電壓電路圖；

圖4為蓄電池電壓采樣電路圖；

圖5為為太陽能輸入電流采樣電路圖；

圖6為MCU控制電路圖；

圖7-9為BUCK拓撲的驅動原理圖和防反部分驅動原理圖；

圖10為BUCK充電部分電路原理圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

請參閱圖1所示，本實用新型為一種太陽能充放電控制器，包括光敏開關電路、防反充電電路、BUCK充電電路、MCU控制電路；光敏開關電路、防反充電電路、BUCK充電電路依次連接；MCU控制電路分別連接有ADC采樣電路、定時控制電路、顯示單元和放電電路。

其中，ADC采樣電路分別采集光敏開關電路、防反充電電路、BUCK充電電路和放電電路的電信號；ADC采樣電路采集的電信號輸送到MCU控制電路；放電電路與一電壓檢測單元串聯到負載，所述電壓檢測單元檢測放電電路與負載工作的電壓信號。

其中，光敏開關電路連接到太陽能電池板，通過光敏開關電路作為第一步判定白天和黑夜，進而作為蓄電池充電的一次開關，通過防反充電電路判定蓄電池充電是否充滿，作為第二次蓄電池充電的二次開關。

其中，BUCK充電電路與蓄電池連接，對蓄電池的充電。BUCK充電電路為同步續流BUCK拓撲電路。BUCK充電電路采用MOS低導通內阻的MOS管代替二極管，減小功率損耗降低發熱量，縮減控制器體積，節約產品成本。

其中，顯示單元采用LCD顯示器。

其中，ADC采樣電路還連接到太陽能電池板，采集太陽能電池板的電信號。

其中，電信號包括電壓信號、電流信號和溫度信號。

通過恒壓恒流充電以及MCU控制電路的充電控制方式減少了鉛酸蓄電池充電時所發生的極化反應，提高充電效率，通過敏開關電路連接到太陽能電池板，通過光敏開關電路作為第一步判定白天和黑夜，進而作為蓄電池充電的一次開關，通過防反充電電路判定蓄電池充電是否充滿，作為第二次蓄電池充電的二次開關，達到了保護蓄電池的效果，提高了蓄電池的使用壽命。

基于同步續流BUCK拓撲電路的太陽能充放電控制器，它包括太陽能組件和BUCK電路的輸入端相連，BUCK電路的輸出端和蓄電池相連，MCU根據采樣電路的反饋結果和恒壓恒流的不同階段控制BUCK電路的工作狀態。

LCD顯示單元時時接收來自MCU的信息，直觀的展示控制器所有采樣數據和工作狀態，并支持按鍵操作，用來設置產品的工作參數。放電電路通過MCU提供的驅動信號來控制負載的運行與關閉。

如圖2所示為負載電流采樣，如圖5所示為太陽能輸入電流采樣，如圖3所示為太陽能板電壓和如圖4所示蓄電池電壓采樣。電流采樣部分對低壓的輸入信號放大47倍，再經過保護電路R14、D1和R23、D3接入MCU的AD采樣口，提高的弱信號的采樣能力。電壓采樣部分采用1％精度的電阻對太陽能板和蓄電池的輸入電壓進行分壓再經過保護電路R38、D5和R39、D6接入MCU的AD采樣口。

如圖6所示，本實用新型的系統MCU采用STM32F103C8T6，采用外部8MHZ高精度晶振經過9倍頻后產生72MHZ的系統頻率。使用外部3.3V做為系統的參考電壓，即MCU的第9腳，參考點標記為VDDA，以此來做為運算放大器的基準點。配置為同時采樣6組數據，輸出2組共計5路頻率和占空比都不相同的PWM信號做為整個系統的驅動信號，同時啟用兩組USART口，其中一組給控制器的LCD提供顯示內容，另一組用來做為控制器與PC的連接端口。

如圖7-9所示，本控制器的驅動芯片U6采用美國IR公司生產的IR2110驅動器。它兼有光耦隔離(體積小)和電磁隔離(速度快)的優點，同時具有高端懸浮自舉功能，可以減少驅動電源的數目。MCU輸出的PWM控制信號為3.3V脈沖，經過U6的電平匹配和轉換后分別驅動BUCK電路的降壓管和續流管。使用光耦隔離驅動信號的輸入和輸出，杜絕高壓端串入低壓端產生危險。

如圖10所示，本控制器的BUCK拓撲電路相對于常規的BUCK電路，采用低導通內阻的MOS管代替續流管。

圖中S+與S-分別為太陽能的輸入正極和負極，BAT+和BAT-為蓄電池的正負極

圖中的左上角的Q2只有在太陽能充電電流達到一定值時才由程序控制導通，不僅能降低損耗，而且Q2還起到太陽能防反接和蓄電池防回流的作用。

因為太陽能板的特性太陽能板在低電壓時基本不會輸出電流，所以對于太陽能不需要Boost充電電路，而且太陽能的最大功率點電壓至都較高所以需要Buck電路來給蓄電池充電，防止蓄電池鉗位太陽能板電壓，降低功率。

Buck工作原理：

當輸入電壓高于蓄電池電壓時。Q3、Q4、Q6、Q7、L3共同組成BUCK電路。

其中Q3、Q4同時導通同時斷開，Q6、Q7同時導通同時斷開。

Q3、Q4導通時，電流流過L3且線性增加，電感L3儲存電能，L3上的電壓與蓄電池上的電壓Vbt串聯，接近于輸入電壓Vsolar。所以降壓充電不會鉗位太陽能板電壓

Q3、Q4斷開時，L3上的電流會保持緩慢減小，L3兩端電壓極性產生翻轉形成高于蓄電池電壓的VL，電流經過Q6、Q7給蓄電池充電。在電流逐漸減小的過程中VL逐漸減小至小于Vbt時，C21向電池充電

Buck充電過程中Q3、Q4斷開期間叫做降壓的續流時間，一般的Buck電路中Q6、Q7的位置采用的是二極管，但是這款控制器采用MOS管和二極管共同續流的方式，在一個續流周期內流進續流管的電流是逐漸減小的，在續流的初始階段電流比較大，所以采用MOS管續流，因為MOS管導通后壓降是由內阻決定的，而且MOS管導通內阻非常小。所以相對于二極管來說發熱量很小。在續流的后期電流會很小，程序自動計算在合適的時候斷開續流MOS管，使用二極管續流，防止產生反向BOOST現象。

二極管在流過20A電流時壓降在1.2V左右，如果流過二極管的電流達到20A，那么損耗功率P＝U*I，1.2V*20A＝24W

也就說24W全部產生熱量，不僅浪費能源而且電路將產生高溫，但是新型電路采用MOS管續流，在續流期間的前段時間電流足夠大時MOS管導通減小損耗，在后期電流減小時MOS管斷開使用外置二極管續流防止蓄電池回流。MOS導通內阻一般在0.03Ω。通過相同的20A電流，MOS管上的損耗功率P＝I*I*R，20A*20A*0.03Ω＝12W

由此可見使用MOS管續流能夠減小損耗，提高充電效率。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上公開的本實用新型優選實施例只是用于幫助闡述本實用新型。優選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該實用新型僅為所述的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本實用新型的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本實用新型。本實用新型僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。