技术领域
[0001] 本
发明为一种弱光弱风充电控制电路，属于电控节能技术领域，特别适用于作为无人值守的小型供电系统，例如
光伏发电及
风力发电新
能源供电的
路灯、高层
铁塔的
监控系统使用等。
背景技术
[0002] 现在的光伏发电及风力发电，往往都配置
蓄电池，在白天和有风的情况下
蓄电池充电储存
电能，维持夜间及无风情况下给负载供电。但在光线减弱或风力减弱的情况下，光伏发电或风力发电输出的
电压低于蓄电池电压时，充电停止。这时光伏发电或风力发电的输出
能量没有得到利用，浪费了部分能源。如何将这部分能源也利用起来，则是一个新课题。
发明内容
[0003] 本发明针对以上问题，设计一款弱光弱风充电控制电路，本发明的特征是：弱光弱风充电控制电路由窗口比较器，升压器，同步控制三部分组成，同步控制电路与升压器电路同时由窗口比较器产生的使能
信号控制启动或停止。
[0004] 1），窗口比较器设定了输入电压Uin的下
阀值U1和上阀值U2两个电压阀值，当输入电压Uin的值小于下阀值U1时或大于上阀值U2时，这两种情况下都禁止后续升压器电路和同步控制电路工作；只有当输入电压Uin的值介于下阀值U1和上阀值U2之间时，才启动后续升压器电路和同步控制电路工作；窗口比较器还产生一个使能信号控制后续升压器启动或停止；窗口比较器的具体电路如下：
电阻R1的一端连接输入电压Uin的正极（1），电阻R1的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接输入电压Uin的负极（2）；PNP
三极管V2的发射极连接输入电压Uin的正极（1），三极管V2的集
电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端和电容C1的一端以及电阻R1和电阻R2的
串联节点（3），电容C1的另一端连接输入电压Uin的负极（2）；电阻R5的一端连接输入电压Uin的正极（1），电阻R5的另一端连接稳压管VD1的负极和三极管V2的基极，稳压管VD1的正极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接三端可调精密电压基准N1的
阴极K和电阻R0的一端，三端可调精密电压基准N1的
阳极A和电阻R0的另一端连接输入电压Uin的负极（2），电阻R4的另一端连接三端可调精密电压基准N1的参考R；从电阻R6和三端可调精密电压基准N1的串联节点（4）引出使能信号控制升压器启动或停止。
[0005] 2），升压器电路选取现有集成电路作控
制芯片，控制芯片的起停控制引脚连接窗口比较器产生的使能信号；去掉了常规升压器电路中的肖特基
二极管，该
肖特基二极管由后续同步控制电路替代。
[0006] 3），同步控制电路具体如下：二极管VD3的负极、稳压管VD5的负极以及电容C2的一端连接最终
输出电压Uout的正极（5）；二极管VD3的正极连接稳压管VD4的负极，稳压管VD4的正极连接输入电压Uin的负极（2）；稳压管VD5的正极连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接二极管VD6的正极，二极管VD6的负极连接N
沟道场效应管V1的栅极和PNP三极管V3的发射极，三极管V3的集电极和场效应管V1的源极连接输入电压Uin的负极（2）；三极管V3的基极连接到二极管VD3的正极与稳压管VD4的负极这个串联节点上，三极管V3的基极还连接到电阻R7的另一端与二极管VD6的正极这个串联节点上；电容C2的另一端连接稳压管VD5的正极与电阻R7的一端这个串联节点上；肖特基二极管VD7的正极连接场效应管V1的漏极，肖特基二极管VD7的负极连接场效应管V1的源极；场效应管V1的漏极作为最终输出电压Uout的负极（6），负载RL连接在最终输出电压Uout的正极（5）和负极（6）之间。
[0007] 当光伏发电或风力发电的输出高于蓄电池电压时，该控制电路不干预、影响蓄电池正常充电；而当光伏发电或风力发电的输出低于蓄电池电压时，则启动一个
升压电路，继续给蓄电池充电，这样便成功地解决了弱光弱风情况下不能充电的难题，比较充分地利用了弱光弱
风能量。
[0008] 该弱光弱风充电控制电路由窗口比较器，升压器，同步控制三部分组成，它们分别对应
附图中A、B、C三个虚线框内的电路。因弱光弱风情况下发出的电本就微弱，要特别注意解决好提高电路效率的问题，增加C虚线框内同步控制电路能提高电能传输效率。
附图说明
[0009] 图1为本发明弱光弱风充电控制电路一个
实施例的电路图，升压器采用了集成电路QX5305作控制芯片。
[0010] 图2为升压器常规电路，与图1相比较，增加了一个肖特基二极管VD03，省去了同步控制这部分电路。
具体实施方式
[0011] 图1是本发明弱光弱风充电技术一个实施例，以下以光伏发电为例来进一步解释附图和发明所在，若是风力发电则需将发出的交流电整流滤波成直流输出即可。
[0012] 图1所示电路图中有A、B、C三个虚线框，A虚线框内的电路为窗口比较器，B虚线框内的电路为升压器，C虚线框内的电路为同步控制。
[0013] 先解释作为窗口比较器的A虚线框的功能。设光伏发电发出的直流电压为Uin（以下简称Uin为输入电压），其中（1）端为正极，（2）端为负极，输入电压Uin为窗口比较器供电，窗口比较器可
感知Uin电压的高低。如果光线较强，输入电压Uin高于某个电压值，可供蓄电池正常充电，这个值约定称作上阀值；或者是光线非常弱（例如夜间），输入电压Uin低于某个电压值，这个值约定称作下阀值；在这两种情况下都禁止B虚线框内的升压器电路和C虚线框内的同步控制电路工作。只有当输入电压Uin的值介于下阀值和上阀值之间，则启动B虚线框内的升压器电路和C虚线框内的同步控制电路工作。
[0014] A虚线框内的窗口比较器具体电路如下：电阻R1的一端连接输入电压Uin的正极（1），电阻R1的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接输入电压Uin的负极（2）；PNP三极管V2的发射极连接输入电压Uin的正极（1），三极管V2的集电极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端和电容C1的一端以及电阻R1和电阻R2的串联节点（3），为下文叙述方便计，把节点（3）约定称为“分压节点”，电容C1的另一端连接输入电压Uin的负极（2）；电阻R5的一端连接输入电压Uin的正极（1），电阻R5的另一端连接稳压管VD1的负极和三极管V2的基极，稳压管VD1的正极连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接三端可调精密电压基准N1的阴极K和电阻R0的一端，三端可调精密电压基准N1的阳极A和电阻R0的另一端连接输入电压Uin的负极（2），电阻R4的另一端连接三端可调精密电压基准N1的参考R；从电阻R6的另一端和三端可调精密电压基准N1的阴极K的串联节点（4）引出使能信号控制升压器启动或停止，为下文叙述方便计，把节点（4）约定称为“使能节点”。
[0015] 标号为N1的元件型号为TL431，是三端可调精密电压基准，该元件有阴极K、阳极A和参考R三个引脚。本实施例将N1元件变通作比较器用，当分压节点（3）的电压高于2.5伏时，N1元件导通，使能节点（4）便处于低电平状态；反之当分压节点（3）的电压低于2.5伏时，N1元件截止，使能节点（4）便处于高电平状态。
[0016] 电阻R1和电阻R2串联后接在输入电压Uin的两端，光伏电池在不同光照强度下发出的电压大小不同，电阻R2上的分压作为输入电压Uin的取样电压。若输入电压Uin足够高，分压节点（3）的电压可达到2.5伏或以上，可使N1元件导通，使能节点（4）便为低电平；否则N1元件为截止状态，使能节点（4）便为高电平。
[0017] 在三极管V2截止的情况下，分压节点（3）的电压U3 = Uin [ R2/（R1+R2）]，若要使U3≥2.5伏，则必须Uin =U1≥2.5 [ 1+（R2/R1）]伏，这个U1电压值作为输入电压Uin的下阀值。一旦U3≥2.5伏，使能节点（4）便为低电平，适当选取稳压管VD1的稳压值，使U1电压此时能击穿稳压管VD1，于是三极管V2便得到基极
电流而导通[该基极电流由（1）端→V1的发射极→稳压管VD1→电阻R6→N1元件TL431→（2）端]，忽略三极管V2的导通压降，此时电阻R3与电阻R1成并联关系，设电阻R3与电阻R1并联后的值为Rr，而Rr＜R1。若要保持U3≥2.5伏，则必须Uin = U2≥2.5[1+（R2/Rr）]伏。由于Rr＜R1，所以U2＞U1，这个U2电压值作为输入电压Uin的上阀值。
[0018] 当输入电压Uin＞上阀值U2时，分压节点（3）上的电压U3＞2.5伏，使能节点（4）便为低电平，由于使能节点（4）连接集成电路QX5305的起停控制引脚“EN”，起停控制引脚“EN”亦为低电平，禁止升压器工作。若当光伏电池发出的电压Uin＜下阀值U1时，由于U1电压值偏小不能击穿稳压管VD1，起停控制引脚“EN”同样为低电平，禁止升压器工作。
[0019] 当输入电压Uin的值介于下阀值U1和上阀值U2之间时，分压节点（3）上的电压U3＜2.5伏，使能节点（4）为高电平，集成电路QX5305的起停控制引脚“EN”亦为高电平，启动升压器工作。
[0020] 其次解释作为升压器的B虚线框的功能。升压器电路选取集成电路QX5305作控制芯片，B虚线框内是厂商推荐的QX5305的应用电路。其实具有升压功能的集成电路种类很多，只要有起停控制引脚“EN”就行，不必局限于QX5305。B虚线框内的电阻元件R01~ R06、电容元件C01~ C05、稳压管元件VD01~ VD02、电感元件L01、场效应管元件V02、集成电路QX5305等均为升压器电路所必需。该虚线框的功能就是把输入电压Uin升高到一个适当的数值并稳定输出，使之能给蓄电池充电。电感L01的一端和场效应管V02的漏极连接点（5）作为升压器输出电压的正极，连接点（5）也是最终输出电压Uout的正极，该升压器的负极仍然是输入电压Uin的负极（2），输出电压的大小由电阻R05和电阻R06的比值确定。因为是
现有技术，便不再赘述了。
[0021] 再其次解释作为输出同步控制的C虚线框的功能。如果是常规升压器电路，并不需要C虚线框内的电路，只需在电感L01的一端和场效应管V02的漏极连接点（5）端处断开，在（5）端连接一个肖特基二极管VD03的正极，肖特基二极管VD03的负极与稳压管VD02的负极相连并作为最终输出电压Uout的正极即可，如同图2表示的那样。但肖特基二极管的导通压降较大，导致损耗较大。因弱光弱风情况下发出的电本就微弱，为解决提高电能传输效率的问题，特意去掉肖特基二极管VD03，而改用C虚线框内的同步控制电路。因场效应管的导通压降很小，取代肖特基二极管后能大大降低损耗。具体电路如下：二极管VD3的负极、稳压管VD5的负极以及电容C2的一端连接最终输出电压Uout的正极（5）；二极管VD3的正极连接稳压管VD4的负极，稳压管VD4的正极连接输入电压Uin的负极（2）；稳压管VD5的正极连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接二极管VD6的正极，二极管VD6的负极连接N沟道场效应管V1的栅极和PNP三极管V3的发射极，三极管V3的集电极和场效应管V1的源极连接输入电压Uin的负极（2）；三极管V3的基极连接到二极管VD3的正极与稳压管VD4的负极这个串联节点上，三极管V3的基极还连接到电阻R7的另一端与二极管VD6的正极这个串联节点上；电容C2的另一端连接稳压管VD5的正极与电阻R7的一端这个串联节点上；肖特基二极管VD7的正极连接场效应管V1的漏极，肖特基二极管VD7的负极连接场效应管V1的源极；场效应管V1的漏极作为最终输出电压Uout的负极（6），负载RL连接在最终输出电压Uout的正极（5）和负极（6）之间。
[0022] 输出同步控制电路工作原理如下：因升压器电路中的场效应管V01是在“开”、“关”状态下工作的，也就是说场效应管V01时而导通，时而截止。当场效应管V01处于导通状态时，输入电压Uin产生的电流流过电感L01和场效应管V01，电感L01储能；适当选取稳压管VD5的稳压值，使此时电容C05上的电压不足以击穿稳压管VD5，则场效应管V1的栅极失电截止，负载RL通过肖特基二极管VD7得电。当场效应管V01处于截止状态时，输入电压Uin迭加上电感L01的感生电压后使输出电压升高，可击穿稳压管VD5，经稳压管VD5→电阻R7→二极管VD6加在场效应管V1的栅极上，场效应管V1导通，负载RL得电。也就是说，V01处于导通状态时V1截止，而V01处于截止状态时V1导通，其过程是相互交替同步进行的，故称为“同步控制”。如果升压器停止工作，则同步控制电路同样停止工作；启动升压器工作，同步控制电路亦被启动工作。
[0023] 三极管V3在场效应管V01导通时也是导通的，它能够迅速释放掉场效应管V1的栅极上储存的电荷（放电通路为三极管V3的发射极→三极管V3的基极→二极管VD3→场效应管V01→电阻R03），
加速场效应管V1的关断过程。稳压管VD4可防止场效应管V1的栅极上电压过高被击穿，电容C2能加速场效应管V1的导通过程。
[0024] 以上所述，仅是本发明的较佳实施范例而已，并非对发明作任何形式上的阀制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
