太阳能电围栏电源的研制

摘要：介绍一种已投入使用的太阳能电围栏电源的设计思想，该电源保护电路完善、体积小、重量轻、效率高。

关键词：电源；太阳电池；电围栏

1  引言

    随着人们对生态平衡认识的深入，野生动物的保护日益受到越来越多的人的重视。但在进行野生动物的保护过程中，人和动物争食日益成为最突出的矛盾，如何保护庄稼不受野生动物破坏而又不伤害野生动物呢？太阳能电围栏也许是最佳的选择。最近，我们研制了一台果园太阳能电源，除了具有夜间照明作用外，还具有防盗、防野生动物破坏的作用，经现场试用，效果很好。

2  太阳能电围栏电源的基本方案

    太阳能电围栏电源电路工作原理框图如图1所示，该电源主要由太阳电池组件、充放电控制器、蓄电池、高压脉冲发生器和围栏线组成。太阳电池在太阳光照下输出电能，通过充放电控制器对蓄电池进行充电和放电控制，高压脉冲发生器将低压直流电逆变成5000V左右的高压脉冲输出到围栏线上，当动物碰着围栏线时，就会产生电击使动物从心理上产生条件反射，看到围栏线时就会害怕，并远离围栏线，从而达到保护农作物或者圈养牲畜的作用。

图1  太阳能电围栏电源电路工作原理框图

3  太阳能电围栏电源的设计要点

3．1  太阳能供电部分的设计

    根据当地的月平均日辐射总量及负载大小，通过计算机程序设计，确定太阳电池的功率为65W,蓄电池的容量为12V，100Ah。

    根据当地的气象条件，太阳电池组件选用36片125mm×125mm多晶硅太阳电池封装的组件^[1]。

    蓄电池选用12V，100Ah的适于太阳能发电用的免维护铅酸蓄电池。

    充放电控制器具有过充电保护、过放电保护、防反充电、防反接等功能，以确保系统长期可靠地工作，具体指标如下^[2]：

    低电压断开点    10.8V

    恢复供电电压    12.3V

    过充电断开点    14.3V

    恢复充电电压    13.6V

    温度补偿系数    －3.5mV/℃

3．2  高压脉冲部分的设计

    以UC3526PWM芯片为核心进行驱动部分的设计，UC3526的两路输出分别接到推挽部分的主开关器件上，通过变压器升压后，输出5000V左右的高压脉冲，高压脉冲的宽度由装在该电源外壳上的电位器调节。

3．2．1  高压脉冲部分的主要要求

    1）高压脉冲电压为5000V左右，但电流小，不连续，对人、畜及动物无致命伤害。

    2）脉冲宽度可调节，以尽量减小工作时的能耗，又能达到目的。

3．2．2  脉宽调制电路的选择及原理

    电围栏的输出脉冲并不需要高的频率，在考虑达到要求的条件下，尽量选用低的频率和较窄的脉宽，以减小电能的消耗。

    UC3526是一款高性能的单片集成脉宽调制型开关稳压器控制电路，它采用18脚双列直插封装。双端互补驱动级可输出直流100mA电流。并可提供外同步、软启动，欠压锁定，死区调节^[3]。与其它集成脉宽调制器相比，它能稳定地输出低至1Hz左右的脉冲。各引脚功能如下,其原理框图如图2所示。

图2  UC3526原理框图

    1误差放大器同相端    2误差放大器反相端

    3误差放大器补偿    4软起动电容

    5复位    6电流限制感应正端

    7电流限制感应负端    8输出关断端

    9定时电阻    10定时电容

    11死区调节    12外同步信号输入端

    13输出驱动A    14输出级电源正极

    15公共地    16输出驱动B

    17电源正极    18基准输出端

3．2．3  高压脉冲发生器工作原理

    图3示出了高压脉冲发生器的原理图。输出频率设定为1Hz，占空比的大小根据实际使用效果可随时通过R₁来调节，来自充放电控制器的欠压信号通过D1接到输出关断端8脚，来自充放电控制器的过压信号通过D₂也接到输出关断端8脚。图中R₅为限流保护电租，当高压脉冲发生器过流时，R₅上的采样信号通过三极管送至UC3526的补偿端3脚，达到限流保护的目的。

图3  高压脉冲发生器原理图

4  结语

    该装置投入运行后，经过近半年的现场检验，证明运行稳定可靠，实际效果也非常好，不但达到了保护果品不受动物的破坏，而且也为果园提供了生活照明用电。