專利名稱：太陽能智能家居供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能供電裝置，特別是一種太陽能智能家居供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，市場上的太陽能供電產(chǎn)品大多采用將太陽能轉(zhuǎn)化后給蓄電池充電，然后經(jīng)逆變成220V交流電后直接給電器獨(dú)立供電，如CN202260549U公開的中國實(shí)用新型專利(專利名稱一種家用太陽能供電系統(tǒng))，即采用上述技術(shù)方案，該方案如下缺陷
1.開關(guān)操作需人為控制； 2.保護(hù)功能不夠完善，過壓、欠壓、過流、短路等保護(hù)后，電器供電斷開，且不會自動恢復(fù)，需手動控制；
3.用戶使用受太陽能供電系統(tǒng)功率的影響，超過太陽能供電系統(tǒng)的用電功率將無法使用。這將造成用戶使用非常不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種智能化、適應(yīng)性強(qiáng)的太陽能家居供電系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過如下途徑實(shí)現(xiàn)的一種太陽能智能家居供電系統(tǒng)，它包括太陽能電池板、蓄電池、MCU控制器及逆變器，太陽能電池板經(jīng)充電控制電路連接蓄電池，蓄電池經(jīng)逆變器接負(fù)載，所述的逆變器與負(fù)載之間設(shè)有交流/逆變切換電路，另有220V交流電輸入接入交流/逆變切換電路，MCU控制器連接控制所述的交流/逆變切換電路及安裝在電流輸出線路上的逆變檢測電路及輸出電流檢測電路。作為方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的輸出電流檢測電路于交流/逆變切換電路輸出端連接有電流傳感器，該電流傳感器與MCU控制器連接。作為方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的充電控制電路為PWM脈寬調(diào)制充電電路。作為方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的逆變器上連接有逆變器控制電路，該電路是由三極管Q14和場效應(yīng)管Qll連接于MCU控制器，場效應(yīng)管Qll輸出端有電阻R35連接于MCU控制器。作為方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的MCU控制器上連接有IXD顯示電路、按鍵控制電路、蜂鳴器報(bào)警電路和擴(kuò)展接口。作為方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的蓄電池上安裝有蓄電池電壓檢測電路，該電路是在蓄電池電流輸出端安裝電阻R42和電阻R49并連接MCU控制器。作為方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的太陽能電池板與蓄電池之間的回路上設(shè)有TVS管。作為方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的太陽能電池板與蓄電池之間連接有光電采樣器。本發(fā)明太陽能智能家居供電系統(tǒng)，由太陽能電池板、蓄電池、MCU控制器、逆變器、轉(zhuǎn)換器等組成；太陽能電池板由MCU控制器自動控制給蓄電池充電。當(dāng)用戶用電功率小于180W時(shí)，由蓄電池經(jīng)逆變器逆變?yōu)?20V交流電后給用戶供電，當(dāng)蓄電池電量不足或用戶用電功率大于180W時(shí)，切換器自動切換為220V交流市電供電，直至蓄電池電壓恢復(fù)正?；蛴秒姽β市∮?80W后,再次切換為蓄電池供電。本發(fā)明太陽能智能家居供電系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)
I.使用了單片機(jī)和控制軟件，實(shí)現(xiàn)了智能控制，自動根據(jù)蓄電池的電量和用戶用電狀況來切換工作狀態(tài)。2.操作簡單，由MCU控制器全自動控制各項(xiàng)動作，絕大部分操作不需人為干預(yù)。3.具有蓄電池過充電、過放電、開路、接反保護(hù)。4.具有太陽能電池板接反保護(hù)，負(fù)載短路、過載保護(hù)，且以上保護(hù)均不損壞任何元器件，不燒保險(xiǎn)。 5.采用了串聯(lián)式PWM充電主電路，使充電回路的電壓損失較使用二極管的充電電路降低一半，充電效率較非PWM的高3%—6%，增加了用電時(shí)間。6.直觀的IXD顯示屏，顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)，讓用戶清楚了解當(dāng)前使用情況。與現(xiàn)有太陽能供電產(chǎn)品相比，本發(fā)明太陽能智能家居供電系統(tǒng)具有以下幾項(xiàng)優(yōu)
占-
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I.本系統(tǒng)使用了單片機(jī)和控制軟件，實(shí)現(xiàn)了智能控制，由MCU自動根據(jù)蓄電池的電量和用戶用電狀況來切換工作狀態(tài)(逆變或市電)。自動控制各項(xiàng)動作，絕大部分操作不需人為干預(yù)。2.保護(hù)功能完善，具有過壓、欠壓、過流、短路等保護(hù)，且當(dāng)蓄電池出現(xiàn)過壓、欠壓、過流等現(xiàn)象時(shí)，供電自動切換為220V交流市電供電，不影響用戶正常使用電器，且當(dāng)故障消除后，達(dá)到啟動逆變條件時(shí)，供電又自動由220V交流市電供電切換為蓄電池逆變供電。3.當(dāng)用戶用電超過蓄電池逆變器功率后，則自動切換為220V交流市電供電，低于蓄電池逆變器功率后，則又自動切換為蓄電池逆變供電，這就不會造成用戶供電中斷。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明
圖I為本發(fā)明電路方框示意 圖2為本發(fā)明的電路 圖中，逆變檢測電路I、電源供電電路2、交流/逆變切換電路3、輸出電流檢測電路4、LCD顯示電路5、充電控制電路6、逆變器控制電路7、蓄電池電壓檢測電路8、按鍵控制電路9、MCU控制器10、蜂鳴器報(bào)警電路11、擴(kuò)展接口 12、太陽能電池板21、220V交流電輸入22、負(fù)載23、逆變器24、蓄電池25、電流傳感器26、TVS管27、光電采樣器28。
具體實(shí)施例方式如圖I、圖2所示，本發(fā)明太陽能智能家居供電系統(tǒng)，它包括現(xiàn)有技術(shù)中已有的太陽能電池板21、蓄電池25、MCU控制器10及逆變器24，太陽能電池板21經(jīng)充電控制電路6連接蓄電池25，蓄電池25經(jīng)逆變器24接負(fù)載23，在本專利中，所述的逆變器24與負(fù)載23之間設(shè)有交流/逆變切換電路3，另有220V交流電輸入22接入交流/逆變切換電路3，MCU控制器10連接控制所述的交流/逆變切換電路3及安裝在電流輸出線路上的逆變檢測電路I及輸出電流檢測電路4。所述的輸出電流檢測電路4于交流/逆變切換電路3輸出端連接有電流傳感器26。所述的太陽能電池板21與蓄電池25之間連接有光電采樣器28。所述的充電控制電路6為PWM脈寬調(diào)制充電電路。所述的逆變器24上連接有逆變器控制電路7，該電路是由三極管Q14和場效應(yīng)管Qll連接于MCU控制器10，通過三極管Q14和場效應(yīng)管Qll的通斷來實(shí)現(xiàn)控制，場效應(yīng)管Qll輸出端有電阻R35連接于MCU控制器10，以實(shí)現(xiàn)場效應(yīng)管Qll電流的檢測，而達(dá)到保護(hù)逆變器或其相關(guān)部件的目的。所述的蓄電池25上安裝有蓄電池電壓檢測電路8，該電路是在蓄電池25電流輸出端安裝電阻R42和電阻R49并連接MCU控制器10。所述的MCU控制器10上連接有IXD顯示電路5、按鍵控制電路9、蜂鳴器報(bào)警電路11和擴(kuò)展接口 12。下面詳細(xì)說明本發(fā)明太陽能智能家居供電系統(tǒng)中所涉及的電路
逆變檢測電路I，此電路采用將逆變后的電壓降壓、整流，且通過光耦隔離后，變成控制信號，送入MCU控制器10中，供處理芯片Ul分析、處理后，對相關(guān)電路作出控制。所述的太 陽能電池板21與蓄電池25之間的回路上設(shè)有TVS管27，用以保護(hù)線路上各電子元器件免受浪涌電壓的損壞。逆變器輸出電壓經(jīng)二極管Dl整流、Cl濾波、R67和R69降壓后送入隔離光耦U4的
1、2腳，U4的3、4腳將根據(jù)1、2腳輸入電壓的高低而控制三極管Q16和Q8的導(dǎo)通狀態(tài)，從而控制MCU控制器10中的處理芯片Ul的38腳，Ul再根據(jù)其38腳的電壓狀況來判斷逆變器輸出電壓是否正常，若正常，則保持用戶供電繼續(xù)為逆變供電，若異常，則將用戶供電切換為220V交流市電供電，以保持用戶供電不中斷和保護(hù)用戶電器設(shè)備(電器設(shè)備不會因?yàn)槟孀兤鬏敵鲭妷寒惓６斐蓳p害)
電源供電電路2，整個(gè)電路板的供電采用將蓄電池電壓經(jīng)兩級穩(wěn)壓后供電，以保證各電路供電的穩(wěn)定。交流/逆變切換電路3，此部分電路用于切換用戶供電的方式(是由220V交流市電供電還是由蓄電池經(jīng)逆變器逆變后供電)。由Ul根據(jù)其外圍各電路的工作狀態(tài)，來通過其37腳，再經(jīng)過三極管Q4、Q5和Q2來控制繼電器Jl的工作狀態(tài)(處于逆變或市電位置)。電路工作時(shí)，MCU控制器10中的Ul通過其I腳檢測到逆變器控制電路7輸出的過流信號、2腳檢測到蓄電池電壓檢測電路8輸出的蓄電池電壓和38腳檢測到逆變檢測電路I輸出的逆變電壓信號，通過內(nèi)部控制程序來判斷是否達(dá)到切換為逆變供電或切換為交流市電供電的條件(無過流且蓄電池電壓正常且逆變電壓正常時(shí)，則切換為逆變供電；有過流現(xiàn)象或蓄電池電壓低或逆變電壓不正常時(shí)，則切換為交流市電供電。其37腳則輸出相應(yīng)的控制信號，通過三極管Q4、Q5和Q2控制繼電器Jl作相應(yīng)的切換(Ul的37腳輸出高電平時(shí)，三極管Q4、Q5截止，Q2導(dǎo)通，繼電器Jl吸合，輸出接通繼電器Jl的常開觸點(diǎn)，輸出為逆變輸出；37腳輸出低電平時(shí)，三極管Q4、Q5導(dǎo)通，Q2截止，繼電器Jl斷開，輸出接通繼電器Jl的常閉觸點(diǎn)，輸出為交流市電輸出。輸出電流檢測電路4，此部分電路用于檢測用戶供電電流。電流互感器LI檢測用戶用電狀態(tài)，電流互感器將根據(jù)用戶用電狀況，于輸出端產(chǎn)生變化的電流，再將此電流轉(zhuǎn)變成電壓后輸入到Ul的3腳，Ul根據(jù)其3腳的電壓狀況來判斷用戶的用電狀況(用電功率)，再根據(jù)用電功率來控制逆變場效應(yīng)管QlI的通斷和切換繼電器Jl的工作狀態(tài)(處于逆變或市電位置)，當(dāng)用戶用電超過逆變器最大功率時(shí)自動切換為市電，在逆變器最大功率之內(nèi)時(shí)則自動切換為逆變輸出，用戶關(guān)閉電器不用電時(shí)，則又自動轉(zhuǎn)為市電，避免用戶不用電時(shí)，逆變器空載長時(shí)間工作消耗蓄電池電能。電流互感器LI實(shí)時(shí)檢測輸出電流，并通過D2、R25、C25將電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號，再通過R26、R3、R28、R36降壓后，輸入到MCU控制器10中的處理芯片Ul的3腳，Ul再根據(jù)3腳的電壓狀況來判斷用戶使用的電器功率，再根據(jù)用電功率，Ul的37腳將輸出相應(yīng)的控制信號，控制電路3中的繼電器Jl作相應(yīng)的切換(若用電功率小于2W或大于180W或用戶關(guān)閉所有電器時(shí)，Ul的37腳輸出低電平，控制繼電器Jl斷開，切換于交流市電輸出；若用電功率大于3W并且小于180W時(shí)，則Ul的37腳輸出高電平，控制繼電器Jl吸合，切換于逆變輸出)
IXD顯示電路5，顯示機(jī)器的各種工作狀態(tài)和各項(xiàng)參數(shù)(電池電量、充電、充滿、欠壓、過壓、保護(hù)、市電、逆變、時(shí)間、日期等顯示)，讓使用者可以隨時(shí)了解機(jī)器運(yùn)行狀況，方便使用。充電控制電路6，此部分電路用于控制太陽能電池板對蓄電池充電。當(dāng)通過光電米樣器28檢測到太陽能電池板輸出的電壓高于蓄電池電壓時(shí),Ul的5腳輸出控制高電壓，經(jīng)三極管QlO、Q9后，控制場效應(yīng)管Q6和Q7導(dǎo)通，開啟充電。且充電控制方式為PWM脈寬 調(diào)制，隨著蓄電池電壓的升高，Ul的5腳將輸出不同占空比的方波，以調(diào)整場效應(yīng)管的占空比，改善充電特性，讓蓄電池充電達(dá)到完全飽和；若太陽能電池板輸出電壓低于蓄電池電壓或蓄電池已充滿時(shí)，Ul的5腳輸出控制低電壓，經(jīng)三極管Q10、Q9后，控制場效應(yīng)管Q6和Q7截止，關(guān)閉充電，以保護(hù)蓄電池。逆變器控制電路7，此部分電路用于控制逆變器的工作狀態(tài)。Ul根據(jù)其外圍各電路的工作狀況，來判定是否達(dá)到啟動逆變或關(guān)閉逆變條件時(shí)，則通過Ul的I腳，輸出控制電壓，經(jīng)三極管Q14后，控制場效應(yīng)管Qll導(dǎo)通或截止，以啟動逆變或關(guān)閉逆變。且Ul的I腳隨時(shí)通過電阻R35來檢測場效應(yīng)管Qll的DS端電壓，并根據(jù)其電壓值來判斷是否存在過流現(xiàn)象，若存在過流，則控制場效應(yīng)管Qll截止，以保護(hù)逆變器或其相關(guān)部件不受損壞。 蓄電池電壓檢測電路8，此部分電路用于檢測蓄電池的電池電壓。蓄電池輸出電壓經(jīng)R42和R49分壓后，輸入到Ul的2腳，Ul實(shí)時(shí)檢測其2腳的電壓，通過2腳的電壓狀況來判斷蓄電池的電量情況，再根據(jù)此電量情況來控制其相關(guān)電路的工作狀況，以防止蓄電池過充電或過放電，以保護(hù)蓄電池。按鍵控制電路9，此部分電路用于對系統(tǒng)的功能擴(kuò)展作出簡單的控制和調(diào)整。通過按鍵，用戶可以調(diào)節(jié)或控制系統(tǒng)的時(shí)間和日期、打開或關(guān)閉定時(shí)器、調(diào)整定時(shí)時(shí)間、系統(tǒng)出現(xiàn)異常產(chǎn)生保護(hù)后的重啟、220V交流市電停電后的逆變啟動等。MCU控制器10，控制外理電路中的控制處理芯片(Ul)乃系統(tǒng)的核心部件，整個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)控制均由此芯片完成。芯片內(nèi)存儲有系統(tǒng)需要的控制程序和各項(xiàng)數(shù)據(jù)，芯片實(shí)時(shí)根據(jù)其外圍各電路工作所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，跟其內(nèi)部儲存的數(shù)據(jù)相比校，自動控制各外圍電路，使各電路按照程序所設(shè)定的方式運(yùn)行，達(dá)到智能控制，以方便用戶使用。MCU控制器10中的Ul第I腳既為逆變控制腳，也為過流信號檢測腳，通過軟件設(shè)置該引腳的工作狀態(tài)來決定其功能。當(dāng)設(shè)置I腳為強(qiáng)上拉輸出時(shí)，則為逆變控制腳。當(dāng)該弓丨腳輸出高電平時(shí)，三極管Q14導(dǎo)通、場效應(yīng)管Qll截止，關(guān)閉逆變；該引腳輸出低電平時(shí)，三極管Q14截止、場效應(yīng)管Qll導(dǎo)通，打開逆變。打開逆變后，軟件自動設(shè)置I腳為開漏輸入，并打開I腳的AD檢測功能，則I腳無電壓輸出，但三極管Q14因其基極無電壓，則仍截止、場效應(yīng)管Qll仍導(dǎo)通，繼續(xù)維持逆變狀態(tài)。逆變工作時(shí)，在場效應(yīng)管DS端將產(chǎn)生一微弱的電壓信號(小于0. 5V，對三極管Q14的工作狀態(tài)無影響)，且隨著逆變器用電功率的加大，此電壓將會逐漸升高。此電壓通過R35限流，輸入到Ul的I腳，Ul通過檢測其I腳的電壓，來判斷場效應(yīng)管工作是否過流(場效應(yīng)管過流則表示逆變器超過使用功率或逆變器工作異常)。若過流時(shí)，則Ul的37腳立即輸出低電平，交流/逆變切換電路3中的繼電器Jl切換于交流市電供電狀態(tài)，且Ul的I腳立即轉(zhuǎn)為強(qiáng)上拉輸出，輸出高電平，控制三極管Q14導(dǎo)通、場效應(yīng)管Qll截止，關(guān)閉逆變。從而達(dá)到保護(hù)逆變器或相關(guān)元器件不受損壞，并且使用戶電器的供電不受影響。蜂鳴器報(bào)警電路11，此部分電路用于對系統(tǒng)的設(shè)定條件達(dá)到(如鬧鐘、定時(shí)器時(shí)間到等)或出現(xiàn)異常狀況(電池電壓過低、超壓、過流保護(hù)、系統(tǒng)連接時(shí)蓄電池接反等)作出報(bào)警聲提示，以提醒用戶注意。電路工作時(shí)，Ul的17腳輸出報(bào)警控制信號，二極管D12和D15正偏導(dǎo)通，D13和D14反偏截止，蜂鳴器發(fā)聲。當(dāng)用戶將蓄電池接反時(shí)，二極管D13和D14正偏導(dǎo)通，D12和D15反偏截止，蜂鳴器發(fā)聲，提示用戶蓄電池接反，且蓄電池接反后，電路7中的場效應(yīng)管Ql I反 偏截止，蓄電池電源不能構(gòu)成回路，電路不工作，這就不會損壞元器件。擴(kuò)展接口 12，此接口用于用戶護(hù)展系統(tǒng)功能。如通過對系統(tǒng)定時(shí)器的設(shè)置，將用戶需要控制的電器(如電燈、電視機(jī)、電風(fēng)扇等)的電源開關(guān)線接于插座CN8上，可實(shí)現(xiàn)電器的定時(shí)自動開、關(guān)，以方便用戶使用。
權(quán)利要求
1.一種太陽能智能家居供電系統(tǒng)，它包括太陽能電池板(21)、蓄電池(25)、MCU控制器(10)及逆變器(24)，太陽能電池板(21)經(jīng)充電控制電路(6)連接蓄電池(25)，蓄電池(25)經(jīng)逆變器(24)接負(fù)載(23)，其特征在于所述的逆變器(24)與負(fù)載(23)之間設(shè)有交流/逆變切換電路(3)，另有220V交流電輸入(22)接入交流/逆變切換電路(3)，MCU控制器(10)連接控制所述的交流/逆變切換電路(3)及安裝在電流輸出線路上的逆變檢測電路(I)及輸出電流檢測電路(4)。
2.如權(quán)利要求I所述的太陽能智能家居供電系統(tǒng)，其特征在于所述的輸出電流檢測電路(4)于交流/逆變切換電路(3)輸出端連接有電流傳感器(26)，該電流傳感器(26)與MCU控制器(10)連接。
3.如權(quán)利要求I所述的太陽能智能家居供電系統(tǒng)，其特征在于所述的充電控制電路(6)為PWM脈寬調(diào)制充電電路。
4.如權(quán)利要求I所述的太陽能智能家居供電系統(tǒng)，其特征在于所述的逆變器(24)上連接有逆變器控制電路(7)，該電路是由三極管Q14和場效應(yīng)管Qll連接于MCU控制器(10)，場效應(yīng)管Qll輸出端有電阻R35連接于MCU控制器(10)。
5.如權(quán)利要求I或2所述的太陽能智能家居供電系統(tǒng)，其特征在于所述的MCU控制器(10)上連接有IXD顯示電路(5)、按鍵控制電路(9)、蜂鳴器報(bào)警電路(11)和擴(kuò)展接ロ(12)。
6.如權(quán)利要求I所述的太陽能智能家居供電系統(tǒng)，其特征在于所述的蓄電池(25)上安裝有蓄電池電壓檢測電路(8)，該電路是在蓄電池(25)電流輸出端安裝電阻R42和電阻R49并連接MCU控制器(10 )。
7.如權(quán)利要求I所述的太陽能智能家居供電系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽能電池板(21)與蓄電池(25)之間的回路上設(shè)有TVS管(27)。
8.如權(quán)利要求I或7所述的太陽能智能家居供電系統(tǒng)，其特征在干所述的太陽能電池板(21)與蓄電池(25)之間連接有光電采樣器(28)。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能智能家居供電系統(tǒng)，它的太陽能電池板由MCU控制器自動控制給蓄電池充電。當(dāng)用戶用電功率小于180W時(shí)，由蓄電池經(jīng)逆變器逆變?yōu)?20V交流電后給用戶供電，當(dāng)蓄電池電量不足或用戶用電功率大于180W時(shí)，切換器自動切換為220V交流市電供電，直至蓄電池電壓恢復(fù)正?；蛴秒姽β市∮?80W后，再次切換為蓄電池供電。本發(fā)明具有智能自動控制、保護(hù)功能完善等特點(diǎn)。
文檔編號H02J7/00GK102832701SQ201210366100
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者李斌 申請人:重慶市貝倉光電科技有限公司