一种户外光伏均衡供电系统

摘要

本发明公开了一种户外光伏均衡供电系统，涉及电压供给领域，该户外光伏均衡供电系统包括：太阳能供电模块，用于将太阳能转化为电能，作为供电电压输出给上限阈值检测模块、负载工作模块；上限阈值检测模块，用于判断供电电压是否高于上限阈值，在高于上限阈值时，触发超阈值处理模块工作；超阈值处理模块，用于均衡供电电压，且同时产生PWM信号改变输出给负载工作模块的电压；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在光伏供电电压过大时，通过上限阈值检测模块和超阈值处理模块配合，来消耗电压，同时控制负载工作模块的MOS管导通程度，以此来使得光伏供电电压经由MOS管的电压满足负载的工作需求，同时不会损坏负载。

权利要求

1.一种户外光伏均衡供电系统，其特征在于：

该户外光伏均衡供电系统包括：

太阳能供电模块，用于将太阳能转化为电能，作为供电电压输出给上限阈值检测模块、负载工作模块；

上限阈值检测模块，用于判断供电电压是否高于上限阈值，在高于上限阈值时，触发超阈值处理模块工作；

超阈值处理模块，用于均衡供电电压，且同时产生PWM信号改变输出给负载工作模块的电压；

负载工作模块，用于供电电压正常时，负载得电工作；供电电压高于上限阈值时，通过PWM信号调节输出给负载的电压大小，负载得电工作；

太阳能供电模块的输出端连接上限阈值检测模块的输入端、负载工作模块的第一输入端，上限阈值检测模块的输出端连接超阈值处理模块的输入端，超阈值处理模块的输出端连接负载工作模块的第二输入端；

上限阈值检测模块包括第五电阻、第二电位器、第六电阻、第七电阻、可控精密稳压源、第四三极管，第五电阻的一端连接第七电阻的一端、第四三极管的发射极、太阳能供电模块的输出端，第五电阻的另一端连接第二电位器的一端，第二电位器的另一端通过第六电阻接地，第二电位器的滑动端连接可控精密稳压源的参考极，可控精密稳压源的正极接地，可控精密稳压源的负极连接第七电阻的另一端、第四三极管的基极，第四三极管的集电极连接超阈值处理模块的输入端；

超阈值处理模块包括第五二极管、第八电阻、第九电阻、稳压器、第十电阻、第三电容、第四电容、定时器，第五二极管的正极连接稳压器的输入端、第九电阻的一端、上限阈值检测模块的输出端，第五二极管的负极连接第八电阻的一端，第八电阻的另一端连接接地，稳压器的接地端接地，稳压器的输出端连接定时器的4号引脚、定时器的8号引脚，第九电阻的另一端连接定时器的7号引脚、第十电阻的一端，第十电阻的另一端连接定时器的2号引脚、定时器的6号引脚、第三电容的一端，第三电容的另一端接地，定时器的5号引脚通过第四电容接地，定时器的1号引脚接地，定时器的3号引脚连接负载工作模块的第二输入端。

2.根据权利要求1所述的户外光伏均衡供电系统，其特征在于，太阳能供电模块包括太阳能电池、第一二极管、第二二极管、第一电容、超级电容、第三二极管，太阳能电池的负极接地，太阳能电池的正极连接第一二极管的正极、第二二极管的正极，第一二极管的负极接地，第二二极管的负极连接第一电容的一端、超级电容的一端、第三二极管的正极，第一电容的另一端接地，超级电容的另一端接地，第三二极管的负极连接上限阈值检测模块的输入端、负载工作模块的第一输入端。

3.根据权利要求1所述的户外光伏均衡供电系统，其特征在于，负载工作模块包括第三MOS管、反相器、负载、第五三极管、第五电容、第十一电阻，第三MOS管的S极连接太阳能供电模块的输出端，第三MOS管的D极连接负载的一端，负载的另一端接地，第三MOS管的G极连接第五三极管的发射极，第五三极管的集电极连接反相器的输出端，反相器的输入端连接超阈值处理模块输出端，第五三极管的基极连接第五电容的一端、第十一电阻的一端，第十一电阻的另一端连接超阈值处理模块输出端，第五电容的另一端接地。

说明书

一种户外光伏均衡供电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电压供给领域，具体是一种户外光伏均衡供电系统。

背景技术

[0002] 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

[0003] 在户外用电时，往往通过太阳能电池来供电，但是由于光强差异，使得太阳能电池产生的电压往往会波动，在电压过高时易导致用电器损坏，需要改进。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种户外光伏均衡供电系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 一种户外光伏均衡供电系统，包括：

[0007] 太阳能供电模块，用于将太阳能转化为电能，作为供电电压输出给上限阈值检测模块、负载工作模块；

[0008] 上限阈值检测模块，用于判断供电电压是否高于上限阈值，在高于上限阈值时，触发超阈值处理模块工作；

[0009] 超阈值处理模块，用于均衡供电电压，且同时产生PWM信号改变输出给负载工作模块的电压；

[0010] 负载工作模块，用于供电电压正常时，负载得电工作；供电电压高于上限阈值时，通过PWM信号调节输出给负载的电压大小，负载得电工作；

[0011] 太阳能供电模块的输出端连接上限阈值检测模块的输入端、负载工作模块的第一输入端，上限阈值检测模块的输出端连接超阈值处理模块的输入端，超阈值处理模块的输出端连接负载工作模块的第二输入端。

[0012] 作为本发明再进一步的方案：太阳能供电模块包括太阳能电池、第一二极管、第二二极管、第一电容、超级电容、第三二极管，太阳能电池的负极接地，太阳能电池的正极连接第一二极管的正极、第二二极管的正极，第一二极管的负极接地，第二二极管的负极连接第一电容的一端、超级电容的一端、第三二极管的正极，第一电容的另一端接地，超级电容的另一端接地，第三二极管的负极连接上限阈值检测模块的输入端、负载工作模块的第一输入端。

[0013] 作为本发明再进一步的方案：上限阈值检测模块包括第五电阻、第二电位器、第六电阻、第七电阻、可控精密稳压源、第四三极管，第五电阻的一端连接第七电阻的一端、第四三极管的发射极、太阳能供电模块的输出端，第五电阻的另一端连接第二电位器的一端，第二电位器的另一端通过第六电阻接地，第二电位器的滑动端连接可控精密稳压源的参考极，可控精密稳压源的正极接地，可控精密稳压源的负极连接第七电阻的另一端、第四三极管的基极，第四三极管的集电极连接超阈值处理模块的输入端。

[0014] 作为本发明再进一步的方案：超阈值处理模块包括第五二极管、第八电阻、第九电阻、稳压器、第十电阻、第三电容、第四电容、定时器，第五二极管的正极连接稳压器的输入端、第九电阻的一端、上限阈值检测模块的输出端，第五二极管的负极连接第八电阻的一端，第八电阻的另一端连接接地，稳压器的接地端接地，稳压器的输出端连接定时器的4号引脚、定时器的8号引脚，第九电阻的另一端连接定时器的7号引脚、第十电阻的一端，第十电阻的另一端连接定时器的2号引脚、定时器的6号引脚、第三电容的一端，第三电容的另一端接地，定时器的5号引脚通过第四电容接地，定时器的1号引脚接地，定时器的3号引脚连接负载工作模块的第二输入端。

[0015] 作为本发明再进一步的方案：负载工作模块包括第三MOS管、反相器、负载、第五三极管、第五电容、第十一电阻，第三MOS管的S极连接太阳能供电模块的输出端，第三MOS管的D极连接负载的一端，负载的另一端接地，第三MOS管的G极连接第五三极管的发射极，第五三极管的集电极连接反相器的输出端，反相器的输入端连接超阈值处理模块输出端，第五三极管的基极连接第五电容的一端、第十一电阻的一端，第十一电阻的另一端连接超阈值处理模块输出端，第五电容的另一端接地。

[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在光伏供电电压过大时，通过上限阈值检测模块和超阈值处理模块配合，来消耗电压，同时控制负载工作模块的MOS管导通程度，以此来使得光伏供电电压经由MOS管的电压满足负载的工作需求，同时不会损坏负载。

附图说明

[0017] 图1为一种户外光伏均衡供电系统的原理图。

[0018] 图2为一种户外光伏均衡供电系统的电路图。

[0019] 图3为太阳能供电模块的电路图。

具体实施方式

[0020] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0021] 请参阅图1，一种户外光伏均衡供电系统，包括：

[0022] 太阳能供电模块1，用于将太阳能转化为电能，作为供电电压输出给上限阈值检测模块2、负载工作模块4；

[0023] 上限阈值检测模块2，用于判断供电电压是否高于上限阈值，在高于上限阈值时，触发超阈值处理模块3工作；

[0024] 超阈值处理模块3，用于均衡供电电压，且同时产生PWM信号改变输出给负载工作模块4的电压；

[0025] 负载工作模块4，用于供电电压正常时，负载得电工作；供电电压高于上限阈值时，通过PWM信号调节输出给负载的电压大小，负载得电工作；

[0026] 太阳能供电模块1的输出端连接上限阈值检测模块2的输入端、负载工作模块4的第一输入端，上限阈值检测模块2的输出端连接超阈值处理模块3的输入端，超阈值处理模块3的输出端连接负载工作模块4的第二输入端。

[0027] 在本实施例中：请参阅图3，太阳能供电模块1包括太阳能电池E1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、超级电容CH、第三二极管D3，太阳能电池E1的负极接地，太阳能电池E1的正极连接第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极，第一二极管D1的负极接地，第二二极管D2的负极连接第一电容C1的一端、超级电容CH的一端、第三二极管D3的正极，第一电容C1的另一端接地，超级电容CH的另一端接地，第三二极管D3的负极连接上限阈值检测模块2的输入端、负载工作模块4的第一输入端。

[0028] 太阳能电池E1将太阳能转化为电能，经过第二二极管D2、第一电容C1为超级电容CH充电，经过超级电容CH供电，来使得输出供电电压VCC更加平稳。

[0029] 在另一个实施例中：可略去第二二极管D2，这样会导致光强较弱时，超级电容CH输出电压反流向太阳能电池E1。

[0030] 在本实施例中：请参阅图2，上限阈值检测模块2包括第五电阻R5、第二电位器RP2、第六电阻R6、第七电阻R7、可控精密稳压源Z1、第四三极管V4，第五电阻R5的一端连接第七电阻R7的一端、第四三极管V4的发射极、太阳能供电模块1的输出端，第五电阻R5的另一端连接第二电位器RP2的一端，第二电位器RP2的另一端通过第六电阻R6接地，第二电位器RP2的滑动端连接可控精密稳压源Z1的参考极，可控精密稳压源Z1的正极接地，可控精密稳压源Z1的负极连接第七电阻R7的另一端、第四三极管V4的基极，第四三极管V4的集电极连接超阈值处理模块3的输入端。

[0031] 在供电电压VCC正常时，第二电位器RP2、第六电阻R6采样供电电压VCC，输出给可控精密稳压源Z1的参考极，由于供电电压VCC未超过上限阈值，这时可控精密稳压源Z1的参考极电压较小，可控精密稳压源Z1不导通，第四三极管V4的基极电压为高电平，第四三极管V4截止；在供电电压VCC超过上限阈值时，可控精密稳压源Z1导通，使得第四三极管V4的基极电压下限，第四三极管V4导通，且根据供电电压VCC大小，改变第四三极管V4的导通程度，供电电压VCC越大，可控精密稳压源Z1的参考极电压越大，进而可控精密稳压源Z1的负极电压越小（可控精密稳压源Z1特性，型号可选择TL431），第四三极管V4的导通程度越高；因此供电电压VCC越大，上限阈值检测模块2输出电压越大。

[0032] 在本实施例中：请参阅图2，超阈值处理模块3包括第五二极管D5、第八电阻R8、第九电阻R9、稳压器U4、第十电阻R10、第三电容C3、第四电容C4、定时器U2，第五二极管D5的正极连接稳压器U4的输入端、第九电阻R9的一端、上限阈值检测模块2的输出端，第五二极管D5的负极连接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端连接接地，稳压器U4的接地端接地，稳压器U4的输出端连接定时器U2的4号引脚、定时器U2的8号引脚，第九电阻R9的另一端连接定时器U2的7号引脚、第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端连接定时器U2的2号引脚、定时器U2的6号引脚、第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端接地，定时器U2的5号引脚通过第四电容C4接地，定时器U2的1号引脚接地，定时器U2的3号引脚连接负载工作模块4的第二输入端。

[0033] 第四三极管V4的输出电压经过稳压器U4为定时器U2（型号为555定时器U2）供给工作电压，经过第九电阻R9、第十电阻R10为第三电容C3充电，第三电容C3通过充放电来改变定时器U2的2号引脚、6号引脚的电平高低，进而使得定时器U2的3号引脚输出PWM信号；供电电压VCC越大，第四三极管V4的输出电压越大，使得经过第九电阻R9、第十电阻R10到第三电容C3的充电速度越快，而第三电容C3经过第十电阻R10到定时器U2的7号引脚放电速度不变，使得定时器U2的2号引脚、6号引脚处于低电平时间减少，高电平时间不变，进而使得定时器U2的3号引脚输出PWM信号占空比增大。

[0034] 在另一个实施例中：可略去第五二极管D5，第五二极管D5作为发光二极管，指示当前供电电压VCC超出上限阈值。

[0035] 在本实施例中：请参阅图2，负载工作模块4包括第三MOS管V3、反相器U3、负载X、第五三极管V5、第五电容C5、第十一电阻R11，第三MOS管V3的S极连接太阳能供电模块1的输出端，第三MOS管V3的D极连接负载X的一端，负载X的另一端接地，第三MOS管V3的G极连接第五三极管V5的发射极，第五三极管V5的集电极连接反相器U3的输出端，反相器U3的输入端连接超阈值处理模块3输出端，第五三极管V5的基极连接第五电容C5的一端、第十一电阻R11的一端，第十一电阻R11的另一端连接超阈值处理模块3输出端，第五电容C5的另一端接地。

[0036] 供电电压VCC正常时，超阈值处理模块3不工作，无PWM信号输入，第五三极管V5截止，第三MOS管V3（PMOS管）的G极一直为低电平，第三MOS管V3完全导通，供电电压VCC直接为负载X供电；供电电压VCC超出上限阈值时，超阈值处理模块3输出PWM信号，第五三极管V5导通，输出PWM信号经过反相器U3后降低第三MOS管V3的导通频率，使得供电电压VCC经过第三MOS管V3的电压满足负载X用电需求且不会损坏负载X；供电电压VCC越大，上限阈值检测模块2输出电压越大，超阈值处理模块3输出PWM信号占空比越大，经由反相器U3后的占空比越小，使得单位时间内第三MOS管V3的导通频率越小，上限阈值检测模块2、超阈值处理模块3共同构成负反馈电路，根据供电电压VCC的大小来调节第三MOS管V3的导通频率，以此来构建均衡供电，且由于采用太阳能供电，在光强适宜时第三MOS管完全导通，在光强较大时，第三MOS管的单位导通时间下降，一般单位导通时间在70%以上。

[0037] 此外，第五电容C5用于滤波，将PWM信号变为平稳信号输入第五三极管V5的G极，第五三极管V5作为开关使用。

[0038] 本发明的工作原理是：太阳能供电模块1将太阳能转化为电能，作为供电电压输出给上限阈值检测模块2、负载工作模块4；上限阈值检测模块2判断供电电压是否高于上限阈值，在高于上限阈值时，通过触发超阈值处理模块3工作；超阈值处理模块3均衡供电电压，且同时产生PWM信号改变输出给负载工作模块4的电压；负载工作模块4供电电压正常时，负载得电工作；供电电压高于上限阈值时，通过PWM信号调节输出给负载的电压大小，负载得电工作；本发明通过超阈值处理模块3、负载工作模块4构建均衡供电，在供电电压VCC超出阈值时，依旧为负载X供给合适电压。

[0039] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

[0040] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。