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太阳能控制器工作原理实验一、实验目的（1）了解太阳能充电控制器的工作原理；（2）认识太阳能电池板是如何给蓄电池充电；（3）掌握太阳能充电控制器的工作模式；二、实验仪器1、太阳能电池板2、光源3、HBSC5I太阳能充电控制器4、蓄电池5、电压表6、电流表7、连接线8、LED灯三、实验原理太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。1.太阳能控制器原理图3太阳能工作原理图主要是通过MCU电脑主控器来对整个充电控制器来进行控制。它可以实时的监测光电池电压和蓄电池电压，以及工作环境的温度。然后再发出MOSFET功率开关管的PWM驱动信号，对开关管的通断实施控制。它可以实现防止过充、过放、短路过载保护、反接保护、雷电保护以及温度补偿功能。2.太阳能充电控制器使用说明充电及超压指示：当系统连接正常，且有阳光照射到光电池板时，充电指示灯为绿色常亮，表示系统充电电路正常；当充电指示灯出现绿色闪烁时，说明系统过电压，蓄电池开路，检查蓄电池是否连接可靠，或充电电路损坏。充电过程使用了PWM方式，如果发生过放动作，充电先要达到提升充电电压并保持10分钟，而后降到直充电压保持10分钟，以激活蓄电池，避免硫化结晶，最后降到浮充电压。如果没有发生过放，将不会有提升充电方式，以防止蓄电池失水。这些自动控制过程将使蓄电池达到最佳充电效果并保证或延长其使用寿命。蓄电池状态指示：蓄电池电压在正常范围时，状态指示灯为绿色常亮；充满后状态指示灯为绿色慢闪；当电池电压降到欠压时状态指示灯变为橙黄色；当蓄电池电压继续降低到过放电压时，状态指示灯变为红色，此时控制器将直接关闭输出，提醒用户及时补充电能。当电池电压恢复到正常工作范围内时，将自动使输出开通，状态指示灯变为绿色。负载指示：当负载开通时，负载指示灯常亮。如果负载电流超过了控制器1.25倍的额定电流60秒时，或负载电流超过控制器1.5倍的额定电流5秒时，指示灯为红色慢闪，表示过载，控制器将关闭输出。当负载或负载侧出现短路故障时，控制器将立即关闭输出，指示灯快闪。出现上诉现象时，用户应当仔细检查负载连接情况，断开有故障的负载后，按一次按键，30秒后回复正常工作，或到第二天可以正常工作。PWM驱动MCU电脑主控器A-蓄电池A+-输出温度传感器电压采集Q1Q2光电池VPWM驱动输出控制示波端+3.各种功能的实现（1）防止过充：当开始充电时或者充电过程中，MCU电脑主控芯片根据蓄电池的电压和充电电流调整充电电压，当充电电流比较小，蓄电池电压达到13.2V时，充电电压降至13.2V形成一种动态的平衡，使充电无法继续进行。（2）防止过放：当蓄电池电压降到11.1V时，输出保护及功率驱动输出电压为0，使Q2停止工作，从而断开输出。（3）过放提升充电：MCU电脑主控芯片检测到蓄电池有过放，PWM功率驱动元件给Q1的驱动信号的占空比增大，使充电电压提升到14.6V（25°C时）。（4）短路保护或者过载保护：当MCU电脑主控芯片检测到电流传感器过流信号，输出保护及功率保护驱动立即输一个0V电压，停止Q2工作，以此保护线路不受损坏。（5）反接保护：在太阳能电池中都加入二极管，本产品在太阳能电池和蓄电输出电路的正极串联两个IN4001，以此来保护电路不受损坏。（6）雷电保护：在太阳能电池电路中并联一个瞬态抑制二极管（TVS）P6KE62CA保护器件。（7）温度补偿：在电路中串联一个温度传感器T1，以此来调节充电电压。4.工作模式设置设置方法：按下开关设置按钮持续5秒，模式（MODE）显示数字LED闪烁，松开按钮，每按一次转换一个数字，直到LED显示的数字对上用户从表中所选用的模式对应的数字即停止按键，等LED数字不闪烁即完成设置。每按一次按钮，LED数字点亮，可观察到设置的数值。纯光控“0”模式：当没有阳光时，光强降到启动点，控制器延时10分钟确认启动信号后，开通负载，负载开始工作；当没有阳光时，光强降到启动点，控制器延时10分钟确认关闭输出信号后关闭输出，负载停止工作。光控+延时方式（“1”-“9”，“0.”-“5.”）：启动过程同前。当负载工作到设定的时间就关闭负载，时间设置见下表。光控优先。（即在输出负载的过程中，如过检测到光信号，则延时10min关闭负载输出）通用控制方式“6.”：此方式仅取消光控、时控功能、输出延时以及相关的功能，保留其他所有功能，作为一般的通用控制器使用。调试方式“7.”：用于系统调试使用，与纯光控模式相同，只取消了判断光信号控制输出的10min延时，保留其他所有功能。有光信号即接通负载，无光信号即关闭负载，方便安装调试时检查系统安装的正确性。HBSC5I太阳能充电控制器模式调节表模式LED数码模式LED数码模式LED数码光控0光控+6小时关6光控+12小时关2.光控+1小时关1光控+7小时关7光控+13小时关3.光控+2小时关2光控+8小时关8光控+14小时关4.光控+3小时关3光控+9小时关9光控+15小时关5.光控+4小时关4光控+10小时关0.通用控制模式6.光控+5小时关5光控+11小时关1.调试模式7.四、预习要求（1）提前阅读试验原理部分，了解控制器的工作方式；（2）熟悉功率开关管MOSFET的工作方式和工作条件；（3）适当的了解单片机（MCU）的工作方式；五、实验步骤1、检查实验台，确认所有的开关是断开的，所有连线已经拔掉；2、取出三对连接线，三根根红线和三根黑线。把用作直流负载的LED灯的电源引入插孔和充电控制器下面代表负载输出的红黑插孔连接上。然后把测量负载电压的插孔和试验台上面的任意一个直流电压表连接起来。最后把测量负载电流用的插孔和试验台上面的任意一个直流电流表相连。3、打开充电控制器下方中间的开关（蓄电池的开关）。此时可以看到充电控制器中间的绿灯亮，代表蓄电池的电源接入。同时LED数码管亮，上面显示的是控制器的初始控制模式。按住模式（MODE）调节按钮5秒钟，等数字闪烁时再开始按调节按钮，直到LED数码管显示想要的模式就停下。这里以模式“7.”为例。4、接入电源，确认电源信号灯已亮。这里接入的是220V的交流电源，用来给光源以及电流表和电压表供电。5、这时可以看见控制器上代表输出的负载灯已经发亮，代表已经开始输出负载电压。这时可以看见负载用的LED灯发亮，同时连入的电压表、电流表都有数值显示，这代表了输出电压和电流。6、把光源调整好角度，使光源的白炽灯泡正对电池板，而且要保持适当的距离使灯光能覆盖到电池板的全部。7、把光源的电源打开并且把光度调节旋钮调到最大，使光源达到最亮。此时把控制器下面的第一个开关（代表光电池电压输入的开关）打开，此时控制器上代表光电源输入的灯变亮，同时代表负载输出的灯马上熄灭而且负载LED灯熄灭，电压表、电流表无数值显示。说明有光电源的输入，没有负载电压的输出。8、熄灭光源，此时控制器上代表光电源输入的灯熄灭。代表负载输出的灯发亮，而且负载用LED灯开始发亮，代表了有负载电压的而输出。这就是模式“7.”的工作方式。即有光电源就关闭负载输出，没有光电源就打开负载输出。9、关掉控制器下面的蓄电池接入开关、光电源接入开关以及220V交流电源的总开关。拔掉所有的连线，把实验装置都复为原位。六、实验报告依次选择控制器的“7.”、“6.”和“0”模式来做实验，观察它们工作方式上的差别和共同点。填写下表：模式016.7.工作方式不同点相同点七、注意事项（1）光源不要太靠近光电池板，这样会使光源不能覆盖到整个电池板从而使光电池的发电不充分，使测得数据与实际情况有所偏差；尽量使光源正对光电池板。（2）在调节控制器的工作模式的时候，最好关闭负载输出开关和光电源输入开关，尽量做到不带电操作。（3）控制器上的任何一个灯开始闪烁时，立即关上它下方的三个控制开关，检查相应的环节是否连错，检查完毕后再开始继续实验。（3）在本次试验中，不用打开电压表和电流表旁边的控制开关。若打开了会影响本次试验。同时试验台左下方控制光电池输出的开关也必须是关闭的，因为串入了电流表，已经使电路导通，若打开此开关，则会起到分流的作用，从而使电流表的读值要小于实际值。