CN101645672B - 一种太阳能电池板供电***及其启动控制方法 - Google Patents

一种太阳能电池板供电***及其启动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于太阳能电池技术领域，提供了一种太阳能电池板高开路电压供电***的启动控制方法，***包括太阳能电池板、调压控制单元、调压单元、逆变电路单元以及滤波电容；调压单元、逆变电路单元和滤波电容并联于太阳能电池板两端，调压控制单元与调压单元连接，控制调压单元的接通或关断。本发明在后级逆变电路两端并联一调压单元，当***启动时通过控制该调压单元的通、断来实现控制太阳能电池板输出电压的目的，使得后级逆变电路能在安全电压下顺利启动工作，在不损耗能量的同时，扩大了输入电压范围，可以优化后级电路功率器件选型，提高***效率。

Description

一种太阳能电池板供电***及其启动控制方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池板高开路电压供电***的启动控制方法。
背景技术
太阳能发电作为一种新兴的能源技术，已经在全球开始蓬勃发展。通过将太阳能电池串联和并联，可以得到大功率的输出电力能源。但是很多时候太阳能电池板过高的开路电压制约了负载电路元件的选型和效率的提高，为了电路正常启动工作，有时后级逆变电路必须使用耐压很高的开关管，而在正常工作的时候，开关管的实际工作电压与其初始耐压值相差甚远，如此，不利于开关管选型的优化，制约了后级电路效率的提高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种太阳能电池板供电***及其启动控制方法，旨在提高后级逆变电路的效率。
本发明实施例是这样实现的，一种太阳能电池板供电***，包括：
太阳能电池板、调压控制单元、调压单元、逆变电路单元以及滤波电容；其中所述调压单元、所述逆变电路单元和所述滤波电容并联于所述太阳能电池板的两端，所述调压控制单元与所述调压单元连接，控制所述调压单元的接通或关断；
当所述太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内超过逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，所述调压控制单元控制所述开关单元接通；当所述太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内低于所述逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，所述调压控制单元控制所述开关单元关断，所述逆变电路单元正常逆变工作。
本发明实施例提供的太阳能电池板供电***的启动控制方法，包括以下步骤：
当太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内超过逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，控制并联于太阳能电池板两端的调压单元接通使电池板输出电流增大，输出电压下降至设定值，逆变电路单元启动工作并关断本调压电路；
当太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内低于逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，控制并联于太阳能电池板两端的调压单元关断，逆变电路单元正常逆变工作。
本发明实施例中，在后级逆变电路两端并联一调压单元，当***启动时通过控制该开关单元的通、断来实现控制太阳能电池板输出电压的目的，使得后级逆变电路能在安全电压下顺利启动工作，在不损耗能量的同时，扩大了输入电压范围，可以优化后级电路功率器件选型，提高***效率。
附图说明
图1A和图1B分别是本发明实施例提供的太阳能电池的等效模型以及I-V曲线示意图；
图2是本发明实施例提供的太阳能电池板供电***的结构原理图；
图3是图2所示太阳能电池板供电***的一种实施方式；
图4、图5、图6分别是图3所示电路中的各个开关通断时的控制信号流向图；
图7是图3所示电路正常工作的时序图；
图8、图9是在图3所示电路中监控开关馆S2是否短路损坏的控制原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，在后级逆变电路两端并联一调压单元，当***启动时通过控制该开关单元的通、断来实现控制太阳能电池板输出电压的目的，使得后级逆变电路能在安全电压下顺利启动工作。
从图1A所示的太阳能电池(等效电流源和二极管并联模型)以及图1B示出的I-V曲线可以看出，随着输出电流I的增大，其输出电压V会越来越小。本发明实施例利用太阳能电池的这个特性，提供了如图2所示的太阳能电池板供电***的结构原理，为了便于描述，仅示出了与本发明相关的部分。
参照图2，本发明实施例提供的供电***包括太阳能电池板SOLARARRAY、调压控制单元1、调压单元2、逆变电路单元3以及逆变电路单元3的滤波电容Bus capacity，其中调压单元2、逆变电路单元3和滤波电容Buscapacity并联于太阳能电池板SOLAR ARRAY的两端，而调压控制单元1与调压单元2连接，控制调压单元2的接通或关断。
当太阳能电池板SOLAR ARRAY的输出电压值低于逆变电路单元3中的单个开关管耐压值的预定比例时候(如90％)，调压控制单元1控制调压单元2关断，逆变电路单元3正常逆变工作。而当初始太阳能电池开路电压超过逆变电路单元3中的单个开关管耐压的预定比例以上时，调压控制单元1控制开关单元2接通，此时太阳能电池板SOLAR ARRAY的输出电流增大，而根据图1B，其输出电压开始下降，与太阳能电池板SOLAR ARRAY并联的滤波电容Bus capacity上的电压也开始调压单元2放电下降。当滤波电容Bus capacity下降至逆变电路单元3的开关管额定电压的一定比例时(例如80％额定电压)时，逆变电路单元3开始工作，同时调压控制单元1接收到的直流电源检测信号在正常范围内，控制开关单元2关断，启动逆变电路单元3使之正常工作。
图3为图2所示太阳能电池板供电***的一种实施方式，其中，第一控制器S1 control、主控制器Main control、稳压管D、电容C1组成了图2中的调压控制单元1，而功率电阻R1、开关管S1、开关管S2则组成了图2中的调压单元2。
当所述太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内超过所述逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，所述主控制器Main control控制所述开关管S2接通以使所述电容C1充电至所述稳压管D的稳定电压，然后所述第一控制器S1 control得电并控制所述开关管S1接通；当所述太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内低于所述逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，所述主控制器Main control控制所述开关管S2关断以使所述电容C1放电，然后所述第一控制器S1 control失电并控制所述开关管S1关断。
进一步地，考虑到开关管S2有可能发生短路的现象，在调压控制单元1中还设置一差分电路amplifier，其两个输入端分别连接电容C1的两端，其输出端连接主控制器Main control，主控制器Main control通过监控差分电路amplifier的输出判断开关管S2是否损坏。
进一步地，为避免在开关管S1、S2同时短路时发生逆变器无法正常工作的情况，在开关单元中2设置一连接在功率电阻R1和开关管S1之间的慢断型保险管。
图3所示太阳能电池板供电***有三种工作模式，详述如下：
一、正常工作模式
当输入太阳能电池板SOLAR ARRAY电压低于后级全桥电路单个开关管耐压的90％时候，调压控制单元1不工作，S1、S2均受控不开通。全桥逆变电路正常逆变工作，当直流电压超过全桥电路单个开关管耐压的90％以上时，该调压控制单元1开始工作。首先通过Main control控制S2开通，如附图4所示。
因为S2导通，C1电容充电至稳压管D的稳定电压，当C1两端电压满足S1 control电路正常工作条件时，该电路工作并控制S1导通。此时S1 control的内部定时电路也开始工作，如附图5所示。
S1和S2导通之后，太阳能电池板的输出电流增大，而其输出电压开始下降(原理参见图1B示出的IV曲线)，与之并联的BUS电容上的电压也开始放电下降。当侦测BUS电压下降至后级逆变电路开关管额定电压的一定比例时(例如80％额定电压)后级逆变器电路开始工作，其初始加载功率目标为功率电阻R1上消耗功率和BUS电容放电功率之差(相关计算可以通过侦测的电压和自身设定参数获得)。通过后级电路功率的消耗(附图1)，保证太阳能电池板的输出电压稳定。当后级电路正常工作后关断本调压控制单元开关管S2。因为S2关断，电容C1通过电阻R2，电阻R3放电，S1 control电路停止工作，之后S1关断。如附图6所示。
整个正常工作的时序为如附图7所示。
二、S2短路损坏的工作模式：
在接上太阳能面板后，假设主开关管S2短路损坏，则S1 control供电电容C1保持恒定电压，初始S1受控开通；经过一段时间后(由延时电路给定)，S1control电路发出低电平信号，关断S1。由于S2处于短路，导致C1两端电压恒定，此时amplifier的差分电路持续输出高电平给Main control，Main control通过监控该高电平持续时间来判断S2损坏。如附图8所示。
三、S1、S2短路损坏的工作模式：
当接上太阳能电池板后，假设开关管S2和开关管S1都短路损坏，则fuse在超量程工作一段时间熔断。同时因为S2短路，所以此时S1 control的供电电容C1两端电压仍然保持恒定，此时差分放大器持续送出高电平给Main control，Main control通过监控该高电平持续时间来判断S2损坏，并给出warning信号。如附图9所示。
本发明实施例中，在后级逆变电路两端并联一调压单元，当***启动时通过控制该开关单元的通、断来实现控制太阳能电池板输出电压的目的，使得后级逆变电路能在安全电压下顺利启动工作，在不损耗能量的同时，扩大了输入电压范围，可以优化后级电路功率器件选型，提高***效率。同时还具备多种工作模式，可以通过采用差分电路来判断开关管是否短路损坏。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳能电池板供电***，其特征在于，包括：
太阳能电池板、调压控制单元、调压单元、逆变电路单元以及滤波电容；其中所述调压单元、所述逆变电路单元和所述滤波电容并联于所述太阳能电池板的两端，所述调压控制单元与所述调压单元连接，控制所述调压单元的接通或关断；
当所述太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内超过逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，所述调压控制单元控制所述调压单元接通；当所述太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内低于所述逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，所述调压控制单元控制所述调压单元关断，所述逆变电路单元正常逆变工作。
2.如权利要求1所述的太阳能电池板供电***，其特征在于：
所述调压控制单元包括第一控制器、第二控制器、稳压管D、电容C1、电阻R3；所述电容C1为第一控制器的供电滤波电容，且电容C1通过电阻R3与所述太阳能电池板的正极连接；所述稳压管D并联在所述电容C1两端，所述稳压管D的阴极连接在所述电阻R3与电容C1的连接端；
所述调压单元包括依次连接的功率电阻R1、由所述第一控制器控制的开关管S1、与开关管S1并联的电阻R2以及由所述第二控制器控制的开关管S2；
所述电容C1与所述稳压管D的阳极的连接端连接在所述开关管S1与所述开关管S2之间；
当所述太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内超过所述逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，所述第二控制器控制所述开关管S2接通以使所述电容C1充电至所述稳压管D的稳定电压，然后所述第一控制器得电并控制所述开关管S1接通，使得流经功率电阻R1上的电流增加；当所述太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内低于所述逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，所述第二控制器控制所述开关管S2关断以使所述电容C1通过电阻R2、电阻R3放电，然后所述第一控制器失电并控制所述开关管S1关断。
3.如权利要求2所述的太阳能电池板供电***，其特征在于，所述调压控制单元还包括一差分电路，其两个输入端分别连接所述电容C1的两端，其输出端连接所述第二控制器，所述第二控制器通过监控所述差分电路的输出判断所述开关管S2是否损坏。
4.如权利要求2或3所述的太阳能电池板供电***，其特征在于，所述调压单元还包括一连接在所述功率电阻R1和所述开关管S1之间的慢断型保险管。
5.一种太阳能电池板供电***的启动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
当太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内超过逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，控制并联于太阳能电池板两端的调压单元接通，使电池板输出电流增大，输出电压下降至设定值，逆变电路单元开始工作并关断本调压电路；
当太阳能电池板输出的直流电压值在预定范围内低于逆变电路单元中的单个开关管的耐压值时，控制并联于太阳能电池板两端的调压单元关断，逆变电路单元正常逆变工作。
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