專利名稱：一種太陽能戶用電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種太陽能戶用 電源。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的太陽能戶用電源首先是將太陽能電池組件產(chǎn)生的電能存儲 在蓄電池中，然后通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)化成交流電應(yīng)用于家用電器， 目前國內(nèi)的逆變器以方波逆變器居多，還有多數(shù)的逆變器是采用工頻 變壓器調(diào)制輸出的，其輸出波形的帶載能力很弱，甚至不能帶載感性 負(fù)載，損耗大，對用電設(shè)備的使用壽命也有一定的影響。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不 足，提供一種太陽能戶用電源，該電源可通過對輸出電壓進(jìn)行相位超 前反饋控制，實現(xiàn)穩(wěn)定的周期均方值輸出，并且保證輸出穩(wěn)定的修正 正弦波，對于帶載感性負(fù)載，具有良好的帶載能力。還可對蓄電池組 進(jìn)行最優(yōu)化的充電，使系統(tǒng)綜合使用壽命達(dá)到最長。
解決本實用新型技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該太陽能戶用電 源包括太陽能充電電路和逆變電路，太陽能充電電路中包括有太陽能 光伏組件和蓄電池組，還包括有控制電路，所述控制電路分別與逆變 電路的低壓直流輸入端及高壓交流輸出端相連，通過采集逆變電路高 壓交流輸出端的電壓信號并與其內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較后作出判斷，再 發(fā)出驅(qū)動信號來控制逆變電路的低壓直流輸入端，從而對逆變電路的 高壓交流輸出端進(jìn)行控制。
所述控制電路采用PWM控制電路，P觀控制電路根據(jù)采集的電壓 信號，來調(diào)節(jié)其所發(fā)出的驅(qū)動信號的脈沖寬度，以控制逆變電路的高壓交流輸出電壓。
所述控制電路可包括控制驅(qū)動芯片以及連接在蓄電池組與逆變
電路低壓直流輸入端之間的四個M0S管Q4、 Q5、 Q6、 Q7，所述四個 M0S管Q4、 Q5、 Q6、 Q7分別與控制驅(qū)動芯片的控制輸出端相連，控 制驅(qū)動芯片還與逆變電路的高壓交流輸出端相連，控制驅(qū)動芯片根據(jù) 采集到的逆變電路高壓交流輸出端的電壓信號來調(diào)節(jié)其所發(fā)出的驅(qū) 動信號的脈沖寬度，通過控制所述四個MOS管Q4、 Q5、 Q6、 Q7發(fā)出 驅(qū)動信號以控制逆變電路的低壓直流輸入端。
優(yōu)選的是，所述逆變電路的低壓直流輸入端還連接有電流保護(hù) 電路，所述電流保護(hù)電路分別與逆變電路的低壓直流輸入端和控制驅(qū) 動芯片相連，通過對逆變電路的低壓直流輸入端進(jìn)行電流采樣并作出 判斷，再通過控制驅(qū)動芯片來控制逆變電路的開斷。
所述電流保護(hù)電路可包括電流保護(hù)芯片和連接在逆變電路低壓 直流輸入端的分流器RF1，所述電流保護(hù)芯片分別與分流器RF1以及 控制驅(qū)動芯片相連，由分流器RF1對逆變器的低壓直流輸入端進(jìn)行電 流采樣并將所采集到的電流信號傳送給電流保護(hù)芯片，由電流保護(hù)芯 片作出開斷的判斷后，再通過控制驅(qū)動芯片來控制逆變器的開斷。
更優(yōu)選的是，該太陽能戶用電源還可包括有太陽能充電控制電 路，所述太陽能充電控制電路包括在蓄電池組輸入端的兩個M0S管 Q1、Q2以及與所述兩個MOS管Q1、Q2分別相連的充電控制驅(qū)動芯片， 由充電控制驅(qū)動芯片采集蓄電池組的輸入電壓，并通過控制兩個MOS 管Q1、 Q2使蓄電池組進(jìn)行恒壓恒流充電。
進(jìn)一步優(yōu)選的是，蓄電池組的一個輸出端有直流輸出連接端子 J2，在該輸出端與直流輸出連接端子J2之間可接有直流輸出控制電 路，所述直流輸出控制電路包括所述充電控制驅(qū)動芯片以及連接在蓄 電池組的輸出端與直流輸出接口之間的M0S管Q3，所述充電控制驅(qū) 動芯片與所述M0S管Q3連接，充電控制驅(qū)動芯片還與控制驅(qū)動芯片 相連，由充電控制驅(qū)動芯片采集蓄電池組的輸出電壓，并通過控制 M0S管Q3來控制蓄電池組的直流輸出端。
本實用新型由于采用相位超前校正措施，使得修正正弦波的輸出波形穩(wěn)定為220V，頻率為50Hz。系統(tǒng)有欠壓、過壓保護(hù)，過載、短路 保護(hù)，極性反接保護(hù)等功能。
本實用新型太陽能戶用電源是一種高效率低成本的控制逆變一體 機(jī)，它將太陽能光伏組件中產(chǎn)生的電能存儲于蓄電池中，然后將12V 直流電壓變換為單相220V頻率為50Hz的修正正弦波交流電，可以給 使用220V市電的設(shè)備獨立供電。其外觀新穎小巧，保護(hù)功能完善，效 率高，應(yīng)用范圍廣泛，方便了無電地區(qū)家庭民用設(shè)備在無電網(wǎng)情況下 的使用。
本實用新型的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到92%以上，既可作為獨立的家用 太陽能戶用電源單獨運(yùn)行，又在車載電源等場合使用。無論在有電網(wǎng) 的地區(qū)，還是在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)有陽光的地區(qū)使用，都具有廣泛的適 用性。它的推廣應(yīng)用，無論在環(huán)境保護(hù)方面，還是節(jié)能降耗方面，都 具有無可比擬的優(yōu)勢。
圖l為本實施例中太陽能戶用電源的整體方框圖 圖2為本實施例中低壓控制驅(qū)動芯片SG2525輸出PWM控制的 電路原理圖
圖中Jl一光伏輸入連接端子 J2—直流輸出連接端子J3— 交流輸出連接端子 Fl 、 F2 —保險片Ql、 Q2、 Q3 —MOS管 Q4、 Q5、 Q6、 Q7 — M0S管 FL1、 FL2 —分流器輸入端子EC1、 EC2—電 解電容 Rpq一分流器 D2、 D3 — 二極管 Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6—電阻 Cl、 C2—電容 Tl一工頻變壓器
具體實施方式
以下結(jié)合實施例和附圖，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 下面實施例為本實用新型的非限定性實施例。 如圖1所示，本實用新型太陽能戶用電源包括有太陽能充電電 路、太陽能充電控制電路、逆變電路、控制電路、直流輸出控制電路。 太陽能充電電路中包括有太陽能光伏組件和蓄電池組，太陽能光伏組件通過光伏輸入連接端子Jl接入。本實施例中，逆變電路中
的變壓器采用工頻變壓器Tl。
所述控制電路分別與逆變電路的低壓直流輸入端及高壓交流輸 出端相連。本實施例中，控制電路包括控制驅(qū)動芯片以及連接在蓄電
池組與逆變電路低壓直流輸入端之間的四個M0S管Q4、 Q5、 Q6、 Q7
(所述四個M0S管與工頻變壓器T1構(gòu)成的推挽電路，用于斬波)。 其中，控制驅(qū)動芯片采用SG2525，四個M0S管采用IRF3205。所述四 個MOS管Q4、 Q5、 Q6、 Q7分別與控制驅(qū)動芯片SG2525的控制輸出端 相連，控制驅(qū)動芯片SG2525還與逆變電路的高壓交流輸出端相連。 控制電路釆用P麗控制電路，P麗控制電路可根據(jù)采集到的逆變電路 高壓交流輸出端的電壓信號，來調(diào)節(jié)其所發(fā)出驅(qū)動信號的脈沖寬度， 通過控制所述四個M0S管發(fā)出的驅(qū)動信號以控制逆變電路的低壓直 流輸入端的工作，從而可以控制逆變電路的高壓交流輸出電壓。
通過控制驅(qū)動芯片SG2525的控制可以將直流電壓通過工頻變壓 器Tl變?yōu)楦邏旱?0Hz的交流電能，四個M0S管形成兩組，M0S管Q4、 Q6—組并聯(lián)，M0S管Q5、 Q7—組并聯(lián)，做成并聯(lián)電路是為了增大功 率，以利于MOS管的散熱。
具體來說，控制電路的PWM控制方式，主要是利用控制驅(qū)動芯 片SG2525的脈寬調(diào)制功能，其輸出的兩路互補(bǔ)的驅(qū)動信號(SG2525 的基本控制輸出功能)，分別控制M0S管Q4、 Q5、 Q6、 Q7同時發(fā)出 驅(qū)動信號，四只MOS管同時工作，經(jīng)過工頻變壓器T1隔離升壓輸出 交流電壓，控制驅(qū)動芯片SG2525接于工頻變壓器T1高壓交流輸出端 的一端將輸出的高壓交流電反饋，反饋信號經(jīng)RC濾波電路(由二極 管D2、 D3、電阻R1、 R3、電容C2組成的濾波電路，見圖2)后，返 回控制驅(qū)動芯片SG2525，控制驅(qū)動芯片SG2525根據(jù)采集到的反饋電 壓，進(jìn)行相位超前矯正電路運(yùn)算分析如果反饋電壓高于220V，就 減小驅(qū)動信號的占空比；低于220V，就增大驅(qū)動信號的占空比。也就 是說，反饋信號經(jīng)過RC濾波電路驅(qū)除雜波的干擾然后延時，輸出的 電壓反饋給控制驅(qū)動芯片SG2525的反相輸入1腳和補(bǔ)償控制腳9腳， 來調(diào)節(jié)控制驅(qū)動芯片SG2525的驅(qū)動輸出信號的脈沖寬度，當(dāng)輸出的
7電壓高于設(shè)定值220V時，通過圖2中的由電阻R4、電容C1、電阻 R2、 R5、 R6組成的脈寬矯正電路，使控制驅(qū)動芯片SG2525的輸出脈 寬減少；反之，則增大脈寬。這樣，最后本實用新型戶用電源所輸出 的就是頻率為50Hz、電壓為220V的修正正弦波，保證了輸出的波型 和電壓穩(wěn)定可靠。
在逆變電路的直流輸入端還連接有電流保護(hù)電路，電流保護(hù)電 路用于對輸出端的過載、短路、不可自動恢復(fù)關(guān)斷進(jìn)行保護(hù)，手動可 以恢復(fù)。所述電流保護(hù)電路分別與逆變電路的低壓直流輸入端和控制 驅(qū)動芯片SG2525相連，通過對逆變電路的低壓直流輸入端進(jìn)行電流 采樣并作出開斷的判斷，再通過控制驅(qū)動芯片SG2525來控制逆變電 路的工作。
本實施例中，所述電流保護(hù)電路包括電流保護(hù)芯片和連接在逆 變電路低壓直流輸入端的分流器RF1。其中，電流保護(hù)芯片采用 LM258，所述電流保護(hù)芯片LM258分別與分流器RF1以及控制驅(qū)動芯 片SG2525相連，由分流器RF1通過外圍采集電路(外圍電路未畫出) 對逆變電路的低壓直流輸入端進(jìn)行電流采樣并將所采集到的電流信 號傳送給電流保護(hù)芯片LM258，由電流保護(hù)芯片LM258根據(jù)采集的信 息進(jìn)行判斷，再通過輸出5V高電平或低電平來控制控制驅(qū)動芯片 SG2525的IO腳(圖1中未標(biāo)出)使控制關(guān)斷(通IO腳以5V高電平)， 從而控制逆變電路的開斷。
所述太陽能充電控制電路包括設(shè)于蓄電池組輸入端的兩個MOS 管Q1、 Q2以及與兩個M0S管Q1、 Q2分別相連的充電控制驅(qū)動芯片， 充電控制驅(qū)動芯片還與控制驅(qū)動芯片SG2525相連。本實施例中，充 電控制驅(qū)動芯片采用PIC16F676,充電控制驅(qū)動芯片PIC16F676可檢 測外部太陽能電池板的存在，并采集蓄電池組的輸入電壓、存儲容量 (PIC16F676自帶有電壓采集模塊)，通過控制兩個串聯(lián)的MOS管Ql、 Q2(M0S管的電壓損耗小，但是自身的結(jié)構(gòu)決定了只能單向關(guān)斷電流， 所以用兩只MOS管來控制充電)來對蓄電池組進(jìn)行恒流、恒壓控制， 以對蓄電池組進(jìn)行P麗方式的充電..如果蓄電池組的輸入電壓小于 13.8V，控制蓄電池組進(jìn)行恒流充電；如果蓄電池組的輸入電壓大于13.8V時控制蓄電池組以PWM方式進(jìn)行恒壓充電，以延長蓄電池組的 使用壽命。
蓄電池組的輸出端有直流輸出連接端子J2 (可以直接接直流負(fù) 載)，在該輸出端與直流輸出連接端子J2之間接有直流輸出控制電 路。
本實施例中，所述直流輸出控制電路包括所述充電控制驅(qū)動芯 片PIC16F676以及連接在蓄電池組輸出端的M0S管Q3，所述充電控 制驅(qū)動芯片PIC16F676與所述M0S管Q3的控制極連接，由充電控制 驅(qū)動芯片PIC16F676 (自身有電壓檢測模塊)釆集蓄電池組的輸出電 壓(在直流輸出連接端子J2兩端采集)對M0S管Q3進(jìn)行控制，并通 過控制M0S管Q3來控制蓄電池組的輸出電壓與負(fù)載，從而具有穩(wěn)壓 作用，最終用于保護(hù)蓄電池組。
事實上，蓄電池組的輸入電壓的過壓、欠壓關(guān)斷和可恢復(fù)控制 的電壓采集都是由充電控制驅(qū)動芯片PIC16F676的AD采集模塊來完 成。充電控制驅(qū)動芯片PIC16F676如果采集到蓄電池組的輸出電壓 (直流輸出連接端子J2的電壓)過低的信號，就以5V高電平傳送給 控制驅(qū)動芯片SG2525，控制驅(qū)動芯片SG2525接收到此信號，就停止 工作；當(dāng)蓄電池組電壓正常后，充電控制驅(qū)動芯片PIC16F676傳送給 控制驅(qū)動芯片SG2525低電平，控制驅(qū)動芯片SG2525繼續(xù)工作，以此 共同參與蓄電池組的狀態(tài)來控制交流輸出。
充電控制驅(qū)動芯片PIC16F676可對蓄電池組輸入電壓的過壓、 欠壓關(guān)斷和可恢復(fù)進(jìn)行相應(yīng)的控制，蓄電池組輸出端的過載、短路則 由電路保護(hù)芯片LM258根據(jù)情況做出判斷，再進(jìn)行相應(yīng)的控制。充電 控制驅(qū)動芯片PIC16F676和電路保護(hù)芯片LM258的保護(hù)功能可以使得 本實用新型太陽能戶用電源系統(tǒng)的輸入、輸出安全可靠。
本實施例中，控制驅(qū)動芯片SG2525為脈寬調(diào)節(jié)驅(qū)動芯片，利用 內(nèi)部推挽驅(qū)動接口 (控制驅(qū)動芯片SG2525的11、 14管腳)輸出來驅(qū) 動各M0S管，工頻變壓器原邊使用推挽式工作(三種變壓器的工作方 式之一)，使其轉(zhuǎn)換效率高，負(fù)載能力強(qiáng)，不存在磁滯飽和問題，組 成的轉(zhuǎn)換電路，將低壓直流電流變成交變電流，再通過工頻變壓器Tl升壓為高壓交流電。
所述的輸出220V， 50Hz的電壓由控制驅(qū)動芯片SG2525經(jīng)過工 頻變壓器Tl的輔助隔離輸出繞組，再由控制驅(qū)動芯片SG2525的驅(qū)動 控制補(bǔ)償9腳與外圍輔助控制1腳完成。
本實用新型太陽能戶用電源的整個工作過程是，蓄電池組中的 直流電能， 一路經(jīng)過保險片F(xiàn)l、 F2 (進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部短路保護(hù))后， 如果電流大于保險片F(xiàn)l、 F2的標(biāo)稱值就斷開，小于則正常，供直流負(fù) 載使用；另一路經(jīng)過電解電容EC1、 EC2(平波電容，為25V/4700uF) 后，作用是使經(jīng)過電解電容EC1、 EC2的電壓變得平穩(wěn)，然后經(jīng)過工頻 變壓器T1，到M0S管Q4、 Q6， Q5、 Q7，到蓄電池組的負(fù)極結(jié)束；經(jīng) 過工頻變壓器原邊的電流，在副邊變換為交流高壓電流，供給負(fù)載使 用。
直流充電過程和放電過程，在前面己經(jīng)講述，此處不在贅述。
權(quán)利要求1. 一種太陽能戶用電源，包括太陽能充電電路和逆變電路，太陽能充電電路中包括有太陽能光伏組件和蓄電池組，其特征在于還包括有控制電路，所述控制電路分別與逆變電路的低壓直流輸入端及高壓交流輸出端相連，通過采集逆變電路高壓交流輸出端的電壓信號并與其內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較后作出判斷，再發(fā)出驅(qū)動信號來控制逆變電路的低壓直流輸入端，從而對逆變電路的高壓交流輸出端進(jìn)行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能戶用電源，其特征在于所述控 制電路采用P觀控制電路，PWM控制電路根據(jù)采集的電壓信號，來調(diào) 節(jié)其所發(fā)出的驅(qū)動信號的脈沖寬度，以控制逆變電路的高壓交流輸出 電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能戶用電源，其特征在于所述控 制電路包括控制驅(qū)動芯片以及連接在蓄電池組與逆變電路低壓直流 輸入端之間的四個MOS管(Q4、 Q5、 Q6、 Q7)，所述四個M0S管(Q4、 Q5、 Q6、 Q7)分別與控制驅(qū)動芯片的控制輸出端相連，控制驅(qū)動芯片 還與逆變電路的高壓交流輸出端相連，控制驅(qū)動芯片根據(jù)采集到的逆 變電路高壓交流輸出端的電壓信號來調(diào)節(jié)其所發(fā)出的驅(qū)動信號的脈 沖寬度，通過控制所述四個MOS管(Q4、 Q5、 Q6、 Q7)發(fā)出驅(qū)動信號 以控制逆變電路的低壓直流輸入端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能戶用電源，其特征在于所述控 制驅(qū)動芯片采用SG2525芯片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能戶用電源，其特征在于所述逆 變電路的低壓直流輸入端還連接有電流保護(hù)電路，所述電流保護(hù)電路 分別與逆變電路的低壓直流輸入端和控制驅(qū)動芯片相連，通過對逆變 電路的低壓直流輸入端進(jìn)行電流采樣并作出判斷，再通過控制驅(qū)動芯片來控制逆變電路的開斷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能戶用電源，其特征在于所述電 流保護(hù)電路包括電流保護(hù)芯片和連接在逆變電路低壓直流輸入端的分流器(RF1)，所述電流保護(hù)芯片分別與分流器(RF1)以及控制驅(qū) 動芯片相連，由分流器RF1對逆變器的低壓直流輸入端進(jìn)行電流釆樣 并將所采集到的電流信號傳送給電流保護(hù)芯片，由電流保護(hù)芯片作出 開斷的判斷后，再通過控制驅(qū)動芯片來控制逆變器的開斷。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能戶用電源，其特征在于所述電 流保護(hù)芯片采用LM258芯片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3 — 7之一所述的太陽能戶用電源，其特征在 于還包括有太陽能充電控制電路，所述太陽能充電控制電路包括在蓄 電池組輸入端的兩個MOS管(Ql、 Q2)以及與所述兩個MOS管(Ql、 Q2)分別相連的充電控制驅(qū)動芯片，由充電控制驅(qū)動芯片采集蓄電池 組的輸入電壓，并通過控制兩個MOS管(Ql、 Q2)使蓄電池組進(jìn)行恒 壓恒流充電。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能戶用電源，其特征在于所述充 電控制驅(qū)動芯片采用PIC16F676芯片。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能戶用電源，其特征在于蓄電 池組的輸出端有直流輸出連接端子J2，在該輸出端與直流輸出連接 端子之間接有直流輸出控制電路，所述直流輸出控制電路包括所述充 電控制驅(qū)動芯片以及連接在蓄電池組的輸出端與直流輸出接口之間 的M0S管(Q3)，所述充電控制驅(qū)動芯片與所述MOS管(Q3)連接， 充電控制驅(qū)動芯片還與控制驅(qū)動芯片相連，由充電控制驅(qū)動芯片采集 蓄電池組的輸出電壓，并通過控制MOS管(Q3)來控制蓄電池組的直 流輸出端。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能戶用電源，包括太陽能充電電路和逆變電路，太陽能充電電路中包括有太陽能光伏組件和蓄電池組，還包括有控制電路，所述控制電路分別與逆變電路的低壓直流輸入端及高壓交流輸出端相連，通過采集逆變電路高壓交流輸出端的電壓信號并與其內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較后作出判斷，再發(fā)出驅(qū)動信號來控制逆變電路的低壓直流輸入端，從而對逆變電路的高壓交流輸出端進(jìn)行控制。本實用新型戶用電源可以實現(xiàn)穩(wěn)定的周期均方值輸出，保證輸出穩(wěn)定的修正正弦波，其外觀新穎小巧，保護(hù)功能完善，效率高，應(yīng)用范圍廣泛，方便了無電地區(qū)家庭民用設(shè)備在無電網(wǎng)情況下的使用。
文檔編號H02J7/00GK201243216SQ200820116480
公開日2009年5月20日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者宋建輝, 張新濤, 濤 杜, 郭中偉 申請人:新疆新能源股份有限公司