具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及采樣電路領域，具體地，涉及一種具有限壓保護功能的光伏電池米樣電路。
【背景技術】
[0002]光伏電池(也叫PV電池)，是太陽能光伏電池的簡稱，它是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。
[0003]PV電池的直流電流-電壓(1-V)測量可以利用直流1-V曲線圖對PV電池進行評測，1-V曲線圖通常表示太陽能電池產生的電流與電壓的函數關系。電池能夠產生的最大功率(PMAX)出現在最大電流(IMAX)和電壓(VMAX)點，曲線下方的面積表示不同電壓下電池能夠產生的最大輸出功率。生成這種1-V曲線圖需要對光伏電池進行采樣，以準確測量電流和電壓。
[0004]現有技術中，一般利用專門的測量工具(例如安培計和電壓源)，或者集成了電源和測量功能的儀器(例如數字源表或者源測量單元)，生成這種ι-ν曲線圖。為了適應這類應用的需求，測試設備必須能夠在PV電池測量可用的量程范圍內提供電壓源并吸收電流，同時，提供分析功能以準確測量電流和電壓，使用設備較多、成本較高。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的就在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種結構簡單、使用方便、成本低的具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路，該采樣電路還設置有鉗位保護電路，還能對采樣電路提供限壓保護。
[0006]本實用新型解決上述問題所采用的技術方案是:
[0007]具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路，包括光伏電池、運算放大器F、滑動變阻器R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、兩個ADC轉換器；光伏電池的負極通過電阻R6接地、正極連接輸入電源Vo ;滑動變阻器R4與電阻R5串聯后滑動變阻器R4連接光伏電池的正極，電阻R5接地；所述運算放大器F的同相輸入端連接光伏電池的負極，反相輸入端通過電阻R7接地，輸出端與一個ADC轉換器的輸入端相連；所述電阻R8連接在運算放大器F的輸出端和反相輸入端之間；另一個ADC轉換器的輸入端連接在電阻R5和滑動變阻器R4之間；所述ADC轉換器的輸入端還設置有對輸入信號進行限壓保護的鉗位保護電路。
[0008]作為本實用新型的進一步改進，所述鉗位保護電路由2個二極管構成，一個二極管正極連接ADC轉換器的輸入端、負極連接電源VDD，另一個二極管正極接地、負極連接ADC轉換器的輸入端。
[0009]作為本實用新型的又一改進，上述具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路還包括濾波電容C2，濾波電容C2 —端連接輸入電源Vo，另一端接地。
[0010]優選的，所述電阻R6的阻值為0.1 Ω。
[0011]作為本實用新型的再一改進，上述具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路還包括兩個低通濾波電路，第一個低通濾波電路由電阻Rl和電容Cl構成，電阻Rl的一端連接運算放大器F的輸出端，電容Cl的一端接地，電阻Rl的另一端和電容Cl的另一端均連接一個ADC轉換器的輸入端；第二個低通濾波電路由電阻R2和電容C3構成，電阻R2的一端連接在電阻R5和滑動變阻器R4之間，電容C3的一端接地，電阻R2的另一端和電容C3的另一端均連接另一個ADC轉換器的輸入端。
[0012]綜上，本實用新型的有益效果是:
[0013]本實用新型的采樣電路的電路結構簡單，可以與單片機配合，簡單、方便地實現光伏電池的電流和電壓采樣，無需使用其他的傳感器和復雜的設備，成本低；本實用新型的采樣電路還設置有鉗位保護電路，還能對采樣電路的ADC轉換器提供限壓保護。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0016]實施例1:
[0017]如圖1所示，具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路，包括光伏電池、運算放大器F、滑動變阻器R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、第一 ADC轉換器ADC0、第二 ADC轉換器ADC1、濾波電容C2 ;光伏電池的負極通過電阻R6接地、正極連接輸入電源Vo ;滑動變阻器R4與電阻R5串聯后滑動變阻器R4連接光伏電池的正極，電阻R5接地；所述運算放大器F的同相輸入端連接光伏電池的負極，反相輸入端通過電阻R7接地，輸出端與第一 ADC轉換器ADCO的輸入端相連，電源端連接+5V直流電源，接地端接地；所述電阻R8連接在運算放大器F的輸出端和反相輸入端之間；第二 ADC轉換器ADCl的輸入端連接在電阻R5和滑動變阻器R4之間；濾波電容C2—端連接輸入電源Vo，另一端接地。兩個ADC轉換器(第一ADC轉換器ADCO、第二 ADC轉換器ADCl)為用于數據的模數轉換的模數轉換器，第一 ADC轉換器ADC0、第二 ADC轉換器ADCl均具有電源端和接地端，其電源端連接電源VDD、接地端接地。輸入電源Vo來自外部電路，可用于對光伏電池充電。
[0018]為了防止進入兩個ADC轉換器的電壓過大造成芯片損壞，本實施例中還利用鉗位保護二極管進行限壓保護，分別在第一 ADC轉換器ADC0、第二 ADC轉換器ADCl的輸入端設置對輸入信號進行限壓保護的鉗位保護電路。
[0019]第一 ADC轉換器ADCO的鉗位保護電路由二極管Dl和二極管D2構成，二極管D2正極連接第一 ADC轉換器ADCO的輸入端、負極連接電源VDD，二極管Dl正極接地、負極連接第一 ADC轉換器ADCO的輸入端。
[0020]第二 ADC轉換器ADCl的鉗位保護電路由二極管D3和二極管D4構成，二極管D4正極連接第二 ADC轉換器ADCl的輸入端、負極連接電源VDD，二極管D3正極接地、負極連接第二 ADC轉換器ADCl的輸入端。
[0021]本實用新型中對光伏電池的電流采樣不外加傳感器，通過I個傳感電阻R6把流過光伏電池的電流轉換成電壓后，再進行ADC轉換取樣。電壓采樣直接通過改變滑動變阻器R4的大小，使輸出電壓在額定范圍，再傳送到ADC轉換器的進行數據轉換。本實用新型的采樣電路可以與單片機配合，簡單、方便地實現光伏電池的電流和電壓采樣，而且電路結構簡單、成本低。
[0022]由于流過光伏電池的電流可能會很大(超過1A)，如果電阻R6取得較大，那么就會產生較大的電壓降，消耗的功率太大，就會產生較多的熱量。本實用新型中使R6=0.1 Ω，用LM358運算放大器把電壓放大后再傳送到ADC轉換器中。
[0023]本實施例中，所述濾波電容C2的容值為200 μ F。
[0024]實施例2:
[0025]在實施例1的基礎上，為了抑制串入ADC轉換器輸入信號上的干擾，還進行RC低通濾波，在兩個ADC轉換器的輸入端錢設置兩個低通濾波電路，第一個低通濾波電路由電阻Rl和電容Cl構成，電阻Rl的一端連接運算放大器F的輸出端、另一端連接第一 ADC轉換器ADCO的輸入端，電容Cl的一端接地，另一端連接第一 ADC轉換器ADCO的輸入端；第二個低通濾波電路由電阻R2和電容C3構成，電阻R2的一端連接在電阻R5和滑動變阻器R4之間、另一端連接第二 ADC轉換器ADCl的輸入端，電容C3 —端接地、另一端連接第二 ADC轉換器ADCl的輸入端。
[0026]以上僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路，其特征在于，包括光伏電池、運算放大器F、滑動變阻器R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、兩個ADC轉換器；光伏電池的負極通過電阻R6接地、正極連接輸入電源Vo ;滑動變阻器R4與電阻R5串聯后滑動變阻器R4連接光伏電池的正極，電阻R5接地；所述運算放大器F的同相輸入端連接光伏電池的負極，反相輸入端通過電阻R7接地，輸出端與一個ADC轉換器的輸入端相連；所述電阻R8連接在運算放大器F的輸出端和反相輸入端之間；另一個ADC轉換器的輸入端連接在電阻R5和滑動變阻器R4之間；所述ADC轉換器的輸入端還設置有對輸入信號進行限壓保護的鉗位保護電路。2.根據權利要求1所述的具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路，其特征在于，所述鉗位保護電路由2個二極管構成，一個二極管正極連接ADC轉換器的輸入端、負極連接電源VDD,另一個二極管正極接地、負極連接ADC轉換器的輸入端。3.根據權利要求1所述的具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路，其特征在于，還包括濾波電容C2，濾波電容C2 —端連接輸入電源Vo，另一端接地。4.根據權利要求1至3任一所述的具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路，其特征在于，所述電阻R6的阻值為0.1 Ω。5.根據權利要求1至3任一所述的具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路，其特征在于，還包括兩個低通濾波電路，第一個低通濾波電路由電阻Rl和電容Cl構成，電阻Rl的一端連接運算放大器F的輸出端，電容Cl的一端接地，電阻Rl的另一端和電容Cl的另一端均連接一個ADC轉換器的輸入端；第二個低通濾波電路由電阻R2和電容C3構成，電阻R2的一端連接在電阻R5和滑動變阻器R4之間，電容C3的一端接地，電阻R2的另一端和電容C3的另一端均連接另一個ADC轉換器的輸入端。
【專利摘要】具有限壓保護功能的光伏電池采樣電路，包括運算放大器、滑動變阻器、電阻R5、電阻R7、電阻R8、2個ADC轉換器；光伏電池的負極通過電阻R6接地、正極連接輸入電源Vo；滑動變阻器與電阻R5串聯后滑動變阻器連接光伏電池的正極，電阻R5接地；運算放大器的同相輸入端連接光伏電池的負極，反相輸入端通過電阻R7接地，輸出端與一個ADC轉換器的輸入端相連；電阻R8連接在運算放大器的輸出端和反相輸入端之間；另一個ADC轉換器的輸入端連接在電阻R5和滑動變阻器之間；ADC轉換器的輸入端設置有對輸入信號進行限壓保護的鉗位保護電路。本實用新型電路結構簡單，可與單片機配合，簡單、方便地實現電池的電流和電壓采樣，成本低。
【IPC分類】H02H9/04, G01R19/25
【公開號】CN204633326
【申請號】CN201520275085
【發明人】汪斌, 張昕, 周蕓
【申請人】成都銳奕信息技術有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年4月30日