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专利号: 201811533648X
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-07-20
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摘要:

权利要求书:

1.一种MPPT太阳能充放电控制器,其特征在于:包括一个电源模块、一个STM32主控电路模块、一个红外控制模块和一个MPPT充放电控制电路模块;其中STM32主控电路模块包括单片机模块电路、单片机CPU的复位电路模块、单片机CPU的晶振电路、单片机CPU的JTAG接口电路、SD卡驱动电路、EEPROM电路和实时时钟电路;MPPT充放电控制电路模块包括充放电控制电路、充放电控制器的驱动电路、充放电模式控制电路、信号放大电路;,所述的电源模块包括5V和3.3V电源模块电路、电源滤波电路;

电源模块对STM32主控电路模块、红外控制模块和MPPT充放电控制模块进行供电;

STM32主控电路模块通过初始化,完成对红外收发模块和MPPT充放电控制模块相关驱动的配置操作;

所述的充放电控制电路,包括十一个限流电阻,两个保护二极管、一个滤波电感、五个滤波电容、一个稳压二极管、两个滤波电阻、五个驱动MOS管和一个驱动三极管;

第二保护二极管D2的阴极接3.3V电源,阳极接V-PV电源,第三滤波电容C3的一端接第二限流电阻R2的一端,另一端接PV-电源,第二限流电阻R2的另一端接PV+电源,第五滤波电阻R5的一端接第二保护二极管的阳极,另一端接PV-电源,第六驱动MOS管Q6的漏极接PV-电源,第十三限流电阻R13的一端接充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR1的集电极,亦是第六驱动MOS管的栅极,另一端接第六驱动MOS管Q6的源极,第五驱动MOS管Q5的源极接第九限流电阻R9的一端,第九限流电阻R9的另一端接第五驱动MOS管Q5的栅极,亦是充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR2的集电极,第十一限流电阻R11的一端接第五驱动MOS管的源极,另一端接地,第十二限流电阻的一端接第六驱动MOS管的源极,另一端接地;

第二滤波电容C2一端接PV+电源,另一端接PV-电源;第一驱动MOS管Q1的漏极接PV+电源,第一限流电阻R1的一端接第一驱动MOS管Q1的源极,另一端接第一驱动MOS管Q1的栅极,亦是充放电模式控制电路中驱动芯片U1的3脚,第八限流电阻R8的一端接第四驱动MOS管Q4的源极,另一端接第四驱动MOS管Q4的栅极,第四驱动MOS管Q4的漏极接第一驱动MOS管Q1的源极,第四驱动MOS管Q4的源极接地,第四驱动MOS管Q4的栅极接充放电模式控制电路中驱动芯片U1的8脚;第一滤波电感L1的一端接第一驱动MOS管Q1的源极,另一端接蓄电池的正极;

第三限流电阻R3的一端接蓄电池的正极,另一端分别接第七滤波电阻R7的一端以及第五滤波电容C5的一端,第七滤波电阻R7的另一端以及第五滤波电容C5的另一端均接地;第四滤波电容C4的一端接蓄电池的正极,另一端接地;第六限流电阻R6的一端接第三驱动MOS管Q3的源极,另一端接第三驱动MOS管Q3的栅极,第三驱动MOS管Q3的漏极接蓄电池的负极,第三驱动MOS管Q3的栅极接充放电控制器驱动电路模块的驱动三极管TR3的集电极;第十限流电阻R10的一端接第三驱动MOS管Q3的源极,另一端接地;第二驱动三极管Q2的集电极接蓄电池的正极,基极接第三稳压二极管D3的阴极,第四限流电阻R4的的一端接蓄电池的正极,另一端接第三稳压二极管D3的阴极,第三稳压二极管D3的阳极接地;第一保护二极管D1的阴极接蓄电池的正极,阴极接第二驱动三极管Q2的发射极,亦是VCC电源;第一滤波电容C1的一端接VCC电源,另一端接地;

所述的充放电控制器的驱动电路,包括六个限流电阻和三个驱动三极管;

第二十限流电阻R20的一端接单片机CPU模块U4的41脚,另一端接第一驱动三极管TR1的基极,第一驱动三极管TR1的发射极接地,第十四限流电阻R14的一端接VCC电源,另一端接第一驱动三极管TR1的集电极;第二十一限流电阻R21的一端接单片机CPU模块U4的33脚,另一端接第二驱动三极管TR2的基极,第二驱动三极管TR2的发射极接地,第十五限流电阻R15的一端接VCC电源,另一端接第二驱动三极管TR2的集电极;第二十二限流电阻R22的一端接单片机CPU模块U4的28脚,另一端接第三驱动三极管TR3的基极,第三驱动三极管TR3的发射极接地,第十六限流电阻R16的一端接VCC电源,另一端接第三驱动三极管TR3的集电极;

所述的充放电模式控制电路,包括四个限流电阻,一个滤波电容一个驱动芯片;其中驱动芯片的型号为HIP2101;

驱动芯片U1的1脚接VCC电源,第十八限流电阻的一端接驱动芯片U1的6脚,另一端接单片机CPU模块U4的29脚,驱动芯片U1的7脚接地,第七滤波电容C7的一端接驱动芯片U1的4脚,另一端接驱动芯片U1的2脚,第26限流电阻R26的一端接驱动芯片U1的5脚,另一端接单片机CPU模块U4的26脚,第五十六限流电阻R56的一端接驱动芯片U1的8脚,另一端接第四驱动MOS管Q4的栅极,第五十七限流电阻R57的一端接驱动芯片U1的3脚,另一端接第一驱动MOS管Q1的栅极;

所述的信号放大电路包括六个限流电阻,一个滤波电容和一个运算放大器芯片U2;其中运算放大器芯片U2的型号为AS358M;

第二十五限流电阻的一端接运算放大器芯片U2的3脚,另一端接充放电控制电路第三驱动MOS管Q3的源极,第十七限流电阻R17的一端接运算放大器芯片U2的2脚,另一端接充放电控制电路第五驱动MOS管Q5的源极,第二十四限流电阻R24的一端接运算放大器芯片U2的

2脚,另一端接地;运算放大器芯片U2的4脚接地;第二十七限流电阻R27一端接运算放大器芯片U2的5脚,另一端接单片机CPU模块U4的12脚,第二十三限流电阻R23的一端接运算放大器芯片U2的6脚,另一端接地,第十九限流电阻R19的一端接单片机CPU模块U4的18脚,亦是运算放大器芯片U2的7脚,另一端接运算放大器芯片U2的6脚;第六滤波电容C6的一端接5V电源,另一端接地,运算放大器芯片U2的8脚接5V电源;

所述的单片机模块电路包括单片机U1;其型号为STM32F103C6T7;

单片机CPU模块U4的24、36、48脚接3.3V电源,9脚接VSSA电源;1脚接VBAT电源,8脚接VSSA地,23、35、47、44脚接DGND地;46脚悬空;

所述的单片机CPU复位电路包括一个电阻、一个滤波电容和一个按键;第四十一上拉电阻R41的一端接3.3V电源,第四十一上拉电阻R41的另一端与单片机U4的第7脚、第十七滤波电容C17的一端、按键S1的一端连接,第十七滤波电容C17的另一端和按键S1的另一端接地;

所述的单片机CPU的晶振电路包括一个8MHz的第一晶振Y1、一个电阻R14和2个负载电容;

第一晶振Y1的一端与单片机U4的第5脚、第二十三负载电容C23的一端、第四十三电阻R43的一端连接,第一晶振Y1的另一端与单片机U4的第6脚、第二十五负载电容C25的一端、第四十三电阻R43的另一端连接,第二十三负载电容C23的另一端与第二十五负载电容C25的另一端接地;

所述的单片机CPU的JTAG接口电路,包括一个接口,五个上拉电阻和一个限流电阻;

第三十六上拉电阻R36、第三十七上拉电阻R37、第三十八上拉电阻R38、第三十九上拉电阻R39、第四十上拉电阻R40的一端接3.3V电源,另一端分别接接口P3的13、9、7、5、3脚,接口P3的1、2脚接3.3V电源,3脚接单片机U4的第40脚,5脚接单片机U4的第38脚,7脚接单片机U4的第34脚,9脚接单片机U4的第37脚,13脚接单片机U4的第39脚;15脚接单片机U4的第7脚;第四十二限流电阻R42的一端接接口P3的9脚,另一端接接口P3的11脚;接口P3的4、6、8、

10、12、14、16、18、20脚接DGND地;接口P3的17、19脚悬空;

所述的实时时钟电路,包括一个晶振、一个实时时钟芯片和一个接口;其中实时时钟芯片为DS1302SN;

实时时钟芯片U6的1脚接3.3V电源,第二晶振Y2的一端接实时时钟芯片U6的2脚,另一端接实时时钟芯片U6的3脚,实时时钟芯片U6的4脚接DGND地,实时时钟芯片U6的5脚接单片机U4的3脚,实时时钟芯片U6的6脚接单片机U4的4脚,实时时钟芯片U6的7脚接单片机U4的2脚,实时时钟芯片U6的8脚接VBAT电源,并与接口V1的2脚连接,接口V1的1脚与DGND地连接;

所述的EEPROM电路,包括两个上拉电阻和一个EEPROM芯片;其中EEPROM芯片型号为

24C512;

EEPROM芯片U7的1、2、3、4、7脚均接DGND地,5脚接单片机U4的43脚,6脚接单片机U4的42脚,8脚接3.3V电源;第四十七上拉电阻R47、第四十八上拉电阻R48的一端接3.3V电源,另一端分别接EEPROM芯片U7的6脚、5脚;

所述的SD卡驱动电路,包括一个SD转换芯片、一个驱动三极管、五个滤波电容、一个晶振、一个滤波电阻、一个上拉电阻、一个接口P4和两个限流电阻;

SD转换芯片U5的20、7脚接3.3V电源,第二十六滤波电容C26一端接3.3V电容,另一端接DGND地;第三晶振Y3的一端与SD转换芯片U5的11脚、第二十七负载电容C27的一端、第三晶振Y3的另一端与SD转换芯片U5的第12脚、第二十八负载电容C28的一端、第二十三负载电容C23的另一端与第二十五负载电容C25的另一端连接;驱动三极管Q9的发射极接3.3V电源,基极接单片机U4的21脚,集电极接SD转换芯片U5的2脚,第二十九滤波电容C29的一端接

3.3V电源,另一端接SD转换芯片U5的2脚,第四十九滤波电阻R49的一端接DGND地,另一端接SD转换芯片U5的2脚;SD转换芯片U5的3、10接DGND地;第四十五限流电阻R45的一端接SD转换芯片U5的13脚,另一端接单片机U4的14脚,第四十六限流电阻R46的一端接3.3V电源,另一端接单片机U4的14脚,SD转换芯片U5的8脚接接口P4的3脚,9脚接接口P4的2脚,第四十四限流电阻R44的一端接3.3V电源,另一端接接口P4的1脚,第二十四滤波电容C24的一端接5V电源,另一端接DGND地,接口P4的4、5、6脚接地;SD转换芯片U5的1、16、15、14脚分别接单片机U4的20、16、17、15脚;SD转换芯片U5的4、5、6、17、18、19脚悬空;

所述的红外控制电路七个限流电阻、一个滤波电容、一个红外二极管、两个驱动三极管和一个接口;

第二十八限流电阻的一端接3.3V电源,亦是第七驱动三极管Q7的发射极,另一端接第七驱动三极管Q7的基极,第七驱动三极管Q7的集电极接第三十一限流电阻R31的一端,第三十一限流电阻R31的另一端接红外接收二极管P2的阳极;第二十九限流电阻R29的一端接第七驱动三极管Q7的基极,另一端接接单片机U4的30脚;第八驱动三极管Q8的集电极接红外接收二极管P2的阴极,第三十三限流电阻的一端接第八驱动三极管Q8的基极,另一端接单片机U4的22脚,第三十四限流电阻R34的一端接地,另一端接第八驱动三极管Q8的基极,第八驱动三极管Q8的发射极接地;第三十限流电阻R30的一端接3.3V电源,另一端悬空;第三十二限流电阻R32的一端接R30的另一端,第三十二限流电阻R32的另一端接单片机U4的31脚,第八滤波电容C8的一端接地,另一端接单片机U4的31脚;接口P1的1脚和3脚分别接第三十限流电阻R30的两端,接口P1的2脚接地;

所述的5V和3.3V电源模块电路,包括两个滤波电感、八个滤波电容、一个限流电阻、一个5V稳压芯片、一个3.3V稳压芯片和一个发光二极管;其中5V稳压芯片的型号为LM7805,

3.3V稳压芯片的型号为AMS1117-3.3;

第二滤波电感L2的一端接VCC电源,另一端接5V稳压芯片U1的Vin脚,第三滤波电感L3的一端接GND,另一端接DGND地;第十二滤波电容C12的一端接5V稳压芯片U1的Vin脚,另一端接DGND地;第九滤波电容C9的一端接5V稳压芯片U1的Vin脚,另一端接DGND地;5V稳压芯片U1的GND脚接DGND地;第十三滤波电容C13的一端接5V稳压芯片U1的Vout脚,也是3.3V稳压电源芯片U3的Vin脚,另一端接DGND地;第十六滤波电容C16的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚,另一端接DGND地;第十四滤波电容C14的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚,另一端接DGND地;第十滤波电容C10的一端接3.3V稳压芯片U3的Vin脚,另一端接DGND地;3.3V稳压芯片U3的ADJ/GND脚接DGND地;第十一滤波电容C11的一端接3.3V稳压芯片U3的Vout脚,另一端接DGND地;第十五滤波电容C15的一端接3.3V稳压芯片U3的Vout脚,另一端接DGND地;第三十五限流电阻R35的一端接3.3V电源,另一端接第四发光二极管D4的阳极,第四发光二极管D4的阴极接DGND地;

所述的电源滤波电路,包括两个滤波电容和两个滤波电感;

第四滤波电感L4的一端接3.3V电源,另一端接VDDA电源,第六滤波电感L6的一端接DGND,另一端接VSSA地;第二十一滤波电容C21和第二十二滤波电容C22电容的一端接VDDA电源,另一端均接VSSA地。

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