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实现太阳能组件电压变化的供电网络电路设计

作者:时间:2014-01-27来源:网络收藏

随着无线技术的发展,无线网络技术越来越多投入到实际应用中, 无线传感器网络一般分布范围较广,架设供电线路,投资大,维护成本高。 如采取干电池方式供电,则每个节点的电源供电能力有限,对每个节点更换电池不仅费时、费力,增加成本,而且影响工作效率。 能否稳定持续的供电,成为制约油田无线示功仪及其无线网络发展的一个重要因素,太阳能技术的发展使供电方式产生了飞跃式的发展,已经成为油田无线示功仪及其中继网络节点供电方式的发展方向。 本文拟对油田监测示功仪及中继网络节点设计一种智能化、免维护型的太阳能充电电路,为无线网络节点供电。 该设计电路具有以下特点: ①基于开关电源技术设计的充电网络具有自动调节占空比的功能, 具有很宽的输入范围。 ②采用线性电源管理芯片,用先预充2恒流2恒压的充电方式完成整个充电过程。 ③采用低噪声、高速度的CMOS 型调节器,具有高精度的恒压、恒流输出。 ④充电过压保护、锂电池过放电保护功能,使锂电池充、放电安全可靠。 ⑤自动跟踪太阳的功能,太阳能采集板始终保持对准太阳,充分利用太阳能。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/226605.htm

1 系统设计

现有的光伏电池,单体的输出都很低(在1V 以下) ,本设计中,将多个光伏电池相串联,组成。 通过可以自动调节占空比的保证在光照强度变化和负载变化时,输出电压基本稳定,为充电管理芯片提供稳定的电压输入。 通过对的副边电压监测,保护充电管理芯片不因电压过高而损坏。 通过对电池两端的电压监测,保证锂电池不会因过放电而损坏。 由于无线示功仪及其中继网络节点的供电要求是313V,采用低噪声、高速度的CMOS型电压调节器。 在自动跟踪控制器作用下,始终保持全天候跟踪太阳。 为了防止因连续阴雨天而导致的太阳能供电不足,设计应急充电电路,充电期间,无线示功仪及其节点正常运行。 具体系统设计模块如图1所示。

图1 系统设计示意图2 硬件

2.1 及充电

本文设计中采用16个光伏电池串联,组成电压约为1218V 的,通过采集较高多的光能,保证日照能够使锂电池完全充满电。 设计电路采用正激式拓扑结构[ 1 ] 。 具体电路如图2所示。

图2 智能型太阳能充电主电路

太阳能组件产生的电能,一路经过开关变压器T1 的122绕组加至开关管Q1 的集电极( c) ,另一路经过R1 为Q1 提供基极电压。 当基极( b)的电压为高电平时, Q1 开始导通,变压器T1 的122绕组中产生1正2 负的电动势,经T1 耦合,在T1 的324绕组中产生3正4负的感应电动势,此电动势经R5 , C2 叠加到Q1的基极( b) ,使Q1 迅速饱和导通。 由于变压器T1 的122间的电流不能突变,在此过程中会产生1负2正的电动势。 变压器T1 的324绕组中感应出3负4正的电动势,通过R5 , C2 ,使Q1 迅速进入截止状态。 经R1 对C2 的不断充电, Q1 又开始导通,进入下一轮的开关振荡状态。 在导通期间, T1 变压器的副边绕组526,经整流二极管D4 向外输送能量。

稳压电路由稳压管D0、三极管Q2 等元件组成。 当负载减轻或太阳能组件输出电压升高时, A 点电压上升。 当该电压大于511V 时, D0 击穿, Q2 因b2e结正向偏置而迅速导通,使Q1 提前截止,从而使输出电压趋于下降;反之,则控制过程相反,从而使变压器T1 副边输出电压基本稳定。 当负载过重时, Q1 的c2e电流增大, R4 上的压降也随之增大。 当该电压大于017V 时, Q2 导通, Q1 截止,达到过流保护的目的。 为避免截止期间变压器T1 的122 绕组感应出的尖峰脉冲击穿开关管Q1 ,并联了尖峰脉冲吸收电路。2.2 过电压保护控制

过电压保护控制,具体电路如图3所示:整流二极管D4 接过电压保护继电器JDQ1输出。 充电控制管理芯片MCP73831最大输入电压为6V. 虽然供电网络基本输出电压为5V,但当光照强度发生剧烈变化或负载变化较大时,输出电压仍然会有一定波动,为保护MCP73831不因短时的电压波动而损坏,设计了过电压保护控制器。 当W1 的电压超过6V, JDQ 1会断开输出电路,MCP73831因断电而得到保护。 具体分析如下:此部分电路设计主要采用了LM 2903电压比较器和外围电路扩展而成。 LM 2903包含两路比较器,1, 2, 3脚为一路, 1脚为OU TPU TA, 2, 3脚为IN PU TA. 5, 6, 7脚为另一路, 7脚为OU TPU TB, 5, 6脚为IN PU TB. 其中过电压保护控制器用5, 6, 7脚的比较器。电阻R11 , R13分压后接至比较器的5脚。 当电压大于6V 即分压值大于214V. 比较器的7脚输出电平由低转为高。 Q3 饱和导通,则Q5 截止,安全工作指示灯熄灭,接点J1为高电平,此时JDQ 1开始工作,供电电路与后续电路断开,同时过电压红色警示灯亮起。

图3 过电压与过放电保护控制电路

2.3 过放电保护控制


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关键词: 太阳能组件 电压 供电网络 电路设计
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