CN212341757U - 一种小功率光伏分路供电线性电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小功率光伏分路供电线性电源电路，该电路包括：升压驱动电路、升压储能电路、线性电源电路和输出保护电路，其中：所述升压驱动电路连接到升压储能电路的一端，所述升压储能电路的另一端连接到线性电源电路，所述线性电源电路的另一端连接到输出保护电路。本实用新型公开的技术方案解决了将太阳能光伏电池变动电能转变为智能电子设备要求的各个独立稳定直流输出，并且没有过压过电流的问题，且其中公开的技术指标达到同类小功率光伏分路供电线性电源的技术要求，能够广泛应用于国家气象、环保、水文等监测站点的光伏分路供电电源实际电路中，具有良好的应用前景。

Description

一种小功率光伏分路供电线性电源电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种小功率光伏分路供电线性电源电路。

背景技术

国家节能减排与自然环境保护政策实施，要求能源生产更加清洁，对环境的影响更小。太阳能是一种清洁与可持续的能源，光伏供电设备现在大量采用，但是光伏电池的输出电能是变动的。

目前，国家气象、环保、水文等监测站点偏远，户外使用环境恶劣，在供电的过程中普遍采用太阳能控制器，但是该控制器无电池管理功能，且蓄电池的过充过放，导致所述太阳能控制器的寿命极短；另外由于设备均非智能化，因此，目前还无法进行远程监控和管理，只能被动式的维护。

目前，已采用光伏电源设备解决以上问题。但是，由于在监测站点中需要用到很多12V小功率供电的智能电子设备，这需要将光伏变动电能转换成许多小功率的稳压分路供电单元。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种小功率光伏分路供电线性电源电路。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：构造一种小功率光伏分路供电线性电源电路，包括：升压驱动电路、升压储能电路、线性电源电路和输出保护电路，其中：

所述升压驱动电路连接到升压储能电路的一端，所述升压储能电路的另一端连接到线性电源电路，所述线性电源电路的另一端连接到输出保护电路。

进一步的，所述升压储能电路包括MOSFET管Q1、电感L1、电容E2、电容E3、电阻R1和二极管D1，其中：

光伏正极输入端Input+通过电感L1连接到MOSFET管Q1的漏极；MOSFET管Q1的源极通过电阻R1连接到光伏负极输入端Input-；

电感L1连接二极端D1的阳极，二极端D1的阴极分别连接到电容E2和电容E3，电容E2和电容E3的另一端均连接到电阻R1与光伏负极输入端Input-连接的一端。

上述进一步方案的有益效果是：当MOSFET管Q1导通时，由MOSFET管Q1对电感L1充电储能；当MOSFET管Q1截止时，则充完电的电感L1对电容E2和电容E3充电，由此抬高、稳定了电路的输出电压；且，其中的二极管D1起着抑制反向电流的作用，反向电流是指二极管在常温和最高反向电压的作用下，流过二极管的反向电流，其中，反向电流越小，电路的单方向导电性能越好，因此，本方案中通过二极管D1来抑制反向电流，能够进一步提高电路的导电性能。

进一步的，所述升压储能电路还包括保险F1、电容C1和电容E1，其中：

光伏正极输入端Input+通过保险F1连接到电容C1和电容E1，电容C1和电容E1的另一端连接到光伏负极输入端Input-。

上述进一步方案的有益效果是：在本方案中公开的储能电路作用下，通过电容C1和电容E1对电路进行输入滤波的处理。

进一步的，所述升压驱动电路包括控制芯片U1、电阻R8、电阻R9、电阻R3、电容C2和电容C3，其中：

控制芯片U1的Vfb引脚通过电阻R3连接到第一电源供电端+12VP；

控制芯片U1的OUT引脚、Insense引脚分别通过电阻R8、电阻R9连接到MOSFET管Q1的门极和源极；控制芯片U1的Vcc引脚连接到电容C2和电容C3，电容C2和电容C3的另一端接地。

上述进一步方案的有益效果是：以控制芯片U1为核心自激式工作方式产生PWM高频脉宽调制信号，通过对升压电路输出电压与MOSFET管Q1的工作电流进行检测,产生PWM脉宽调制信号并调整波形占空比，从而达到控制LC串联升压电路功能。

进一步的，所述线性电源电路包括基准源U3、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C10、电容C11和电容E4；其中：

储能电路下的二极管D1分别连接到MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的漏极，MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的门极分别连接到基准源U3的阴极和电容C10，其中，电容C10的另一端经由电阻R14连接到第二供电电源端+12VS，且电容C10的另一端和基准源U3的参考端均连接到电阻R15、电阻R16和电容C11，电阻R15、电阻R16和电容C11的另一端接地；基准源U3的阳极接地，且连接到电阻R15、电阻R16和电容C11接地的一端；

所述MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的源极经由电容E4分别连接到12V+输出。

上述进一步方案的有益效果是：通过基准源U3调整输出电压的反馈平衡，从而有效的控制MOSFET管Q2和MOSFET管Q3的线性输出电流，使得本方案公开的线性电源电路不受输入的影响，形成恒流源线性电源电路。

进一步的，所述线性电源电路还包括电源控制芯片U2和电阻R13，其中：

MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的门极通过电阻R13连接到电源控制芯片U2的正极输出端；电源控制芯片U2的负极输出端依次连接到电源控制芯片U2的正极输入端和第三电源供电端+12VP，电源控制芯片U2的负极输入端接地。

上述进一步方案的有益效果是：通过电源控制芯片U2来对基准源U3提供稳定输入电压比较的功能。

进一步的，所述输出保护电路包括MOSFET管Q4、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C12、三极管Q6和二极管ZD1，其中：

MOSFET管Q2和MOSFET管Q3的源极连接到12V+输出，MOSFET管Q4的漏极连接到12V-输出；MOSFET管Q4的门极连接到电阻R18，电阻R18的另一端连接到MOSFET管Q4的源极与电阻R17，电阻R17的另一端连接到线性电源电路；且，MOSFET管Q4的门极还分别连接到三极管Q6的集电极和二极管ZD1的阳极，二极管ZD1的阴极经由电阻R19连接到第四电源供电端+12VS；

三极管Q6的发射极接地，且，三极管Q6的基极分别连接到电阻R20、电阻R21和电容C12，电阻R21和电容C12的另一端接地。

上述进一步方案的有益效果是：通过检测输出电压量12VS与电流量IOUT+、IOUT-是否正常，来控制CPU发信号管制三极管Q5导通和截止，从而控制MOSFET管Q4的开关状态，达到控制输出保护功能。

附图说明

图1是本实用新型的小功率光伏分路供电线性电源电路结构图；

图2是本实用新型的升压储能电路的结构示意图；

图3是本实用新型的升压驱动电路的结构示意图；

图4是本实用新型的包括线性电源电路和输出保护电路的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，一种小功率光伏分路供电线性电源电路，包括：升压驱动电路、升压储能电路、线性电源电路和输出保护电路，其中：

升压驱动电路连接到升压储能电路的一端，升压储能电路的另一端连接到线性电源电路，线性电源电路的另一端连接到输出保护电路。

本实用新型的小功率光伏分路供电线性电源电路，通过储能电路将输入的光伏变动电能信号整定为13V直流稳压信号，并经过升压驱动电路产生升压MOSFET管的PWM驱动控制信号，再经过电源电路将储能电路输出的13V直流稳压信号转变成12V直流稳压信号，最后再通过输出保护电路输出，达到控制输出保护的效果。

如图2所示，本实用新型提供的一个或多个实施例中，所述升压储能电路包括MOSFET管Q1、电感L1、电容E2、电容E3、电阻R1和二极管D1，其中：

由MOSFET管Q1、电感L1、电容E2、电容E3和二极管D1组成LC串联升压主电路，LC串联升压主电路下各个组件的连接方式为：

光伏正极输入端Input+通过电感L1连接到MOSFET管Q1的漏极；MOSFET管Q1源极的通过电阻R1连接到光伏负极输入端Input-；

电感L1与MOSFET管Q1连接的一端还连接二极端D1的阳极，二极端D1的阴极分别连接到电容E2和电容E3，电容E2和电容E3的另一端均分别连接到光伏负极输入端Input-、接地。

上述LC串联升压主电路的工作原理为：

当MOSFET管Q1导通时对电感L1充电储能；当MOSFET管Q1截止时由电感L1对电容E2和电容E3充电，抬高、稳定输出电压；其中，二极管D1起着防反向电流作用，提高电路的导电性能。

在本实用新型提供的一个或多个实施例中，为了抑制和防止干扰，所述升压储能电路包括还包括保险F1、电容C1和电容E1，其中：

由电容C1和电容E1组成滤波电路，滤波电路的连接关系为：

光伏正极输入端Input+通过保险F1连接到电容C1和电容E1，电容C1和电容E1的另一端连接到光伏负极输入端Input-。

如图3所示，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，升压驱动电路包括控制芯片U1、电阻R8、电阻R9、电阻R3、电容C2和电容C3。本实施例中控制芯片U1采用型号为UC2845的控制芯片，其中：

控制芯片U1的Vfb引脚通过电阻R3连接到第一电源供电端+12VP；

控制芯片U1的OUT引脚、Insense引脚分别通过电阻R8、电阻R9连接到储能电路下的MOSFET管Q1的门极和源极；

控制芯片U1的Vcc引脚连接到电容C2和电容C3，电容C2和电容C3的另一端接地。

所述升压驱动电路是以控制芯片U1为核心自激式工作方式产生PWM高频脉宽调制信号，通过对升压驱动电路输出电压12VP与MOSFET管Q1的工作电流进行检测,产生PWM脉宽调制信号并调整波形占空比，从而控制升压电路主MOSFET管导通与截止的工作状态，达到控制LC串联升压电路功能。

如图4所示，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，线性电源电路包括基准源U3、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C10、电容C11和电容E4；本实施例中基准源U3采用的型号为AZ431，其中：

二极管D1分别连接到MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的漏极，MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的门极分别连接到基准源U3的阴极和电容C10，其中，电容C10的另一端经由电阻R14连接到第二供电电源端+12VS，且电容C10的另一端和基准源U3的参考端均连接到电阻R15、电阻R16和电容C11，电阻R15、电阻R16和电容C11的另一端接地；基准源U3的阳极接地；

所述MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的源极经由电容E4分别连接到12V+输出。

线性电源电路下，由基准源U3、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C10和电容C11组成的恒流源电路。基于组建的恒流电路，通过基准源U3调整基准电压2.5V到反馈平衡状态，从而有效的控制MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的线性输出电流大小，从而不受输入变化的影响，形成恒流源线性电源电路。

在本实用新型提供的一个或多个实施例中，为了对基准源U3提供稳定的输入电压比较功能，线性电源电路中还包括电源控制芯片U2和电阻R13，其中：

MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的门极通过电阻R13连接到电源控制芯片U2的正极输出端；电源控制芯片U2的负极输出端依次连接到电源控制芯片U2的正极输入端和第三电源供电端+12VP，电源控制芯片U2的负极输入端接地。

如图4所示，在本实用新型提供的一个或多个实施例中，输出保护电路包括MOSFET管Q4、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C12、三极管Q6与二极管ZD1，其中：

MOSFET管Q2和MOSFET管Q3的源极连接到12V+输出，MOSFET管Q4的漏极连接到12V-输出；MOSFET管Q4的门极连接到电阻R18，电阻R18的另一端连接到MOSFET管Q4的源极与电阻R17，电阻R17的另一端连接到线性电源电路；且，MOSFET管Q4的门极还分别连接到三极管Q6的集电极和二极管ZD1的阳极，二极管ZD1的阴极经由电阻R19连接到第四电源供电端+12VS；三极管Q6的发射极接地，且，三极管Q6的基极分别连接到电阻R20、电阻R21和电容C12，电阻R21和电容C12的另一端接地。

当前输出保护电路下，通过检测输出电压量12VS与电流量IOUT+、IOUT-是否正常，进而使得CPU发送信号来控制三极管Q5的导通与截止，从而控制MOSFET管Q4的开关状态，达到控制输出保护功能。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种小功率光伏分路供电线性电源电路，其特征在于，包括：升压驱动电路、升压储能电路、线性电源电路和输出保护电路，其中：

所述升压驱动电路连接到升压储能电路的一端，所述升压储能电路的另一端连接到线性电源电路，所述线性电源电路的另一端连接到输出保护电路。

2.根据权利要求1所述的一种小功率光伏分路供电线性电源电路，其特征在于，所述升压储能电路包括MOSFET管Q1、电感L1、电容E2、电容E3、电阻R1和二极管D1，其中：

光伏正极输入端Input+通过电感L1连接到MOSFET管Q1的漏极；MOSFET管Q1的源极通过电阻R1连接到光伏负极输入端Input-；

电感L1连接二极端D1的阳极，二极端D1的阴极分别连接到电容E2和电容E3，电容E2和电容E3的另一端均连接到电阻R1与光伏负极输入端Input-连接的一端。

3.根据权利要求2所述的一种小功率光伏分路供电线性电源电路，其特征在于，所述升压储能电路还包括保险F1、电容C1和电容E1，其中：

光伏正极输入端Input+通过保险F1连接到电容C1和电容E1，电容C1和电容E1的另一端连接到光伏负极输入端Input-。

4.根据权利要求2所述的一种小功率光伏分路供电线性电源电路，其特征在于，所述升压驱动电路包括控制芯片U1、电阻R8、电阻R9、电阻R3、电容C2和电容C3，其中：

控制芯片U1的Vfb引脚通过电阻R3连接到第一电源供电端+12VP；

控制芯片U1的OUT引脚、Insense引脚分别通过电阻R8和电阻R9连接到MOSFET管Q1的门极和源极；

控制芯片U1的Vcc引脚连接到电容C2和电容C3，电容C2和电容C3的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种小功率光伏分路供电线性电源电路，其特征在于，所述线性电源电路包括基准源U3、MOSFET管Q2、MOSFET管Q3、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C10、电容C11和电容E4；其中：

储能电路下的二极管D1分别连接到MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的漏极，MOSFET管Q2和MOSFET管Q3的门极分别连接到基准源U3的阴极和电容C10，其中，电容C10的另一端经由电阻R14连接到第二供电电源端+12VS，所述电容C10的另一端和基准源U3的参考端均连接到电阻R15、电阻R16和电容C11，电阻R15、电阻R16和电容C11的另一端接地；基准源U3的阳极接地，且连接到电阻R15、电阻R16和电容C11接地的一端；

所述MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的源极经由电容E4分别连接到12V+输出。

6.根据权利要求5所述的一种小功率光伏分路供电线性电源电路，其特征在于，所述线性电源电路还包括电源控制芯片U2和电阻R13，其中：

MOSFET管Q2、MOSFET管Q3的门极通过电阻R13连接到电源控制芯片U2的正极输出端；电源控制芯片U2的负极输出端依次连接到电源控制芯片U2的正极输入端和第三电源供电端+12VP，电源控制芯片U2的负极输入端接地。

7.根据权利要求6所述的一种小功率光伏分路供电线性电源电路，其特征在于，所述输出保护电路包括MOSFET管Q4、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电容C12、三极管Q6和二极管ZD1，其中：

MOSFET管Q2和MOSFET管Q3的源极连接到12V+输出，MOSFET管Q4的漏极连接到12V-输出；MOSFET管Q4的门极连接到电阻R18，电阻R18的另一端连接到MOSFET管Q4的源极与电阻R17，电阻R17的另一端连接到线性电源电路；且，MOSFET管Q4的门极还分别连接到三极管Q6的集电极和二极管ZD1的阳极，二极管ZD1的阴极经由电阻R19连接到第四电源供电端+12VS；

三极管Q6的发射极接地，且，三极管Q6的基极分别连接到电阻R20、电阻R21和电容C12，电阻R21和电容C12的另一端接地。

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