CN102694471B - 光伏逆变器辅助电源*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏逆变器辅助电源***，其特征在于：包括启动电路单元，启动电路单元的输入端与与逆变器DC直流母线电压相连，逆变器DC直流母线电压还连接电源转换电路，启动电路单元的输出端连接限流延时触发电路单元，电源控制单元的使能端连接控制单元，控制单元根据后端检测保护电路单元产生的第二电压控制信号使能电源控制单元，电源控制单元与自举电路单元相连，当电源控制单元能够产生稳定的直流电压后，自举电路单元在后端检测保护电路单元产生的第一电压控制信号的控制下工作。本发明的优点是：采用双闭环反馈控制***，保证辅助电源的输出电压稳定；采用控制信号与控制器复位电路逻辑组合，保证了控制的稳定运行。

Description

光伏逆变器辅助电源***
技术领域
本发明涉及一种光伏逆变器辅助电源***，属于太阳能光伏发电技术领域。
背景技术
光伏逆变器的辅助电源与常用开关电源相比有很大不同。通常，普通开关电源用电是电网的交流电经过变压、整流后，接到其输入端，因此开关电源的电压是相对稳定的。然而在光伏并网***中，太阳能电池板输出的直流电直接接到辅助电源的输入端，不再经过整流环节；另外随着太阳光照强度和环境温度的变化，光伏阵列输出端的电压会出现较大的波动。因此光伏并网逆变器的辅助电源的输入端电压是不稳定的，这就要求太阳能逆变器辅助电源***的工作电压范围更宽。但是在实际的应用中，往往会遇到因光伏阵列输出功率波动，无法时刻满足***功率需求，致使辅助电源反复启停；或虽辅助电源能启动，但达不到需要的宽输入电压范围内辅助电源正常工作的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种开启电压值可设定，可避免反复启停，功耗小且效率高的太阳能光伏逆变器辅助电源***。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种光伏逆变器辅助电源***，其特征在于：包括启动电路单元，启动电路单元的输入端与与逆变器DC直流母线电压相连，逆变器DC直流母线电压还连接电源转换电路，电源转换电路包括反激变压器及电源控制单元，启动电路单元的输出端连接限流延时触发电路单元，在启动过程中，由限流延时触发电路单元为电源控制单元提供开通阈值电压从而使得反激变压器工作，电源控制单元的使能端连接控制单元，控制单元根据后端检测保护电路单元产生的第二电压控制信号使能电源控制单元，电源控制单元与自举电路单元相连，当电源控制单元能够产生稳定的直流电压后，自举电路单元在后端检测保护电路单元产生的第一电压控制信号的控制下工作，由自举电路单元控制限流延时触发电路单元为电源控制单元提供工作电压Vcc，同时，由自举电路单元将启动电路单元关闭，从而完成启动过程。
优选地，所述启动电路单元包括第一稳压二极管，第一稳压二极管的阴极连接所述逆变器DC直流母线电压，第一稳压二极管的阳极分别与第一电阻及MOSFET管的漏极相连，第一电阻依次串联第二电阻及第三电阻，第三电阻与第三稳压二极管的阴极相连，第三稳压二极管的阳极连接第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接所述自举电路单元，第一MOSFET管的源极连接第四电阻，第四电阻与所述自举电路单元相连，第一MOSFET管的栅极连接第一三极管的集电极，第一三极管的基极与第五电阻相连，第五电阻连接所述自举电路单元，第一三极管的射极连接第四稳压二极管的阴极，第四稳压二极管的阳极接地，由第一三极管的基极通过第五电阻给出启动电压UO，第一稳压二极管及第三稳压二极管的稳压值及启动电压UO之和为开启启动电路单元的直流母线电压最小值，即当逆变器直流母线电压值高于该最小值时，启动电路单元才开始工作。
优选地，所述电源转换电路包括反激变压器，反激变压器的初级线圈的一端连接所述直流母线电压，另一端连接第二MOSFET管的漏极，由反激变压器的次级线圈的电压输出端产出输出电压Vout，反激变压器的次级线圈的电压输出端还接回电源控制单元的稳压输入端，电源控制单元的输出端连接第二MOSFET管的栅极，第二MOSFET管的源极分别通过第十八电阻接地及连接所述控制单元。
优选地，所述控制单元包括第五三极管，第五三极管的基极通过第十电阻连接所述第二电压控制信号，在第五三极管的发射极与基极之间跨接第十一电阻，第五三极管的发射极连接参考电压Vref，第五三极管的集电极分别连接所述电源控制单元的使能端及所述第二MOSFET管的源极。
优选地，所述限流延时触发电路单元包括限流电路及第一电容，所述启动电路单元通过限流电路为第一电容充电，在启动阶段，由充电后的第一电容为所述电源控制单元提供所述开通阈值电压，在所述自举电路单元启动后，由所述自举电路单元通过限流延时触发电路单元包括的分压电阻为所述电源控制单元提供工作电压Vcc。
优选地，所述自举电路单元包括第四三极管，第四三极管的集电极分别连接第六二极管及第五二极管的阳极，第六二极管及第五二极管的阴极分别连接所述启动电路单元及所述限流延时触发电路单元，第四三极管的发射极连接所述电源转换电路，第四三极管的基极通过第九电阻连接所述第一电压控制信号。
本发明的优点是：采用双闭环反馈控制***，保证辅助电源的输出电压稳定；采用控制信号与控制器复位电路逻辑组合，保证了控制的稳定运行，防止因电源不稳而使控制***不稳定产生秩序紊乱。本发明更进一步的优点是：1、由反向二极管构成的启动电路可以设定辅助电源***开启电压值及启动功率，从而避免辅助电源在光照过弱的情况下开启，保护逆变器；启动电路只工作在启动过程中，电源稳定后，启动电路自动关闭；2、辅助电源***工作范围宽，***无损失，功耗极低，特别适合光伏逆变***使用。
附图说明
图1为光伏逆变器启动自举电路图；
图2为光伏逆变器辅助电源转换及控制电路图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明针对光伏逆变器辅助电源的要求，设计一种启动后便可实现自举，可避免反复启停，功耗小且效率高的太阳能光伏逆变器辅助电源***。该***在光伏逆变***中一端与逆变器DC直流母线电压相连，另一端与检测保护电路单元相连并输出逆变器各部所需供电电压。结合图1，本发明具体包括五个电路单元，分别为启动电路单元1、限流延时触发电路单元2、自举电路单元3、电源转换电路单元4及控制电路单元5。启动电路单元1的输入端与逆变器DC直流母线电压相连，逆变器DC直流母线电压还连接电源转换电路4，电源转换电路4包括反激变压器T1及电源控制单元，启动电路单元1的输出端连接限流延时触发电路单元2，在启动过程中，由限流延时触发电路单元2为电源控制单元提供开通阈值电压从而使得反激变压器T1工作，电源控制单元的使能端CS连接控制单元5，控制单元5根据后端检测保护电路单元产生的第二电压控制信号K2使能电源控制单元，电源控制单元与自举电路单元3相连，当电源控制单元能够产生稳定的直流电压后，自举电路单元3在后端检测保护电路单元产生的第一电压控制信号K1的控制下工作，由自举电路单元3控制限流延时触发电路单元2为电源控制单元提供工作电压Vcc，同时，由自举电路单元3将启动电路单元1关闭，从而完成启动过程。
辅助电源***具体实施例电路如图1和图2所述。此电路除能实时检测母线电压，还能根据设定的电压阈值按顺序先后开启辅助电源***的启动电路单元1、限流延时触发电路单元2、自举电路单元3、电源转换电路单元4，并能在母线电压掉落时防止辅助电源的反复启停。具体说明如下：
启动电路单元1包括第一稳压二极管D1，第一稳压二极管D1的阴极连接所述逆变器DC直流母线电压，第一稳压二极管D1的阳极分别与第一电阻R1及MOSFET管M1的漏极相连，第一电阻R1依次串联第二电阻R2及第三电阻R3，第三电阻R3与第三稳压二极管D3的阴极相连，第三稳压二极管D3的阳极连接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极连接自举电路单元3的第六二极管D6的阴极，第一MOSFET管M1的源极连接第四电阻R4，第四电阻R4与自举电路单元3的第六二极管D6的阴极相连，第一MOSFET管M1的栅极连接第一三极管Q1的集电极，第一三极管Q1的基极与第五电阻R5相连，第五电阻R5连接所述自举电路单元3，第一三极管Q1的射极连接第四稳压二极管D4的阴极，第四稳压二极管D4的阳极接地，由第一三极管Q1的基极通过第五电阻R5给出启动电压UO，启动电压UO由第四稳压二极管D4决定，第一稳压二极管D1及第三稳压二极管D3的稳压值及启动电压UO之和为开启启动电路单元的直流母线电压最小值，即当逆变器直流母线电压值高于该最小值时，启动电路单元才开始工作。
限流触发电路单元2包括由第二三极管Q2、第三三极管Q3、第六电阻R6及第七电阻R7构成的限流电路。在启动电路单元1生成约为电压基准值的启动电压UO的过程中，通过第六电阻R6及以第二三极管Q2、第三三极管Q3为主要元件构成的限流电路给第一电容C1充电，当第一电容C1的电压达到电源控制单元中的电源控制芯片的开通阈值电压后，由电源控制芯片触发反激变压器T1工作。限流电路的作用是防止给第一电容C1充电的电流过大，使启动电路负载过重。
如图2所示，电源转换电路4包括反激变压器T1，在反激变压器T1的初级线圈上连接有第十九电阻R19、第六电容C6、第十稳压二极管D10及第九稳压二极管D9，其初级线圈的一端连接直流母线电压，另一端连接第二MOSFET管M2的漏极。由反激变压器T1的次级线圈的电压输出端产出输出电压Vout，在该次级线圈上连接有第七二极管D7、第八二极管D8、第一熔断器F1、第二熔断器F2、第四电容C4、第五电容C5、第二十电阻R20及第二十一电阻R21。反激变压器T1的次级线圈的电压输出端还接回电源控制单元的稳压输入端FB。其中，电源控制单元采用电源控制芯片UCC2801D。次级线圈的电压输出端通过由第十二电阻R12及第十三电阻R13组成的分压电路分压后，再通过第十四电阻R14、第十五电阻R15、第二电容C2及第三电容C3连接电源控制芯片UCC2801D的稳压输入端FB。电源控制芯片UCC2801D的输出端OUT连接由第十六电阻R16及第十七电阻R17组成的分压电路，第二MOSFET管M2的栅极连接第十七电阻R17。第二MOSFET管M2的源极分别通过第十八电阻R18接地及连接控制单元5。
控制单元5包括第五三极管Q5，第五三极管Q5的基极通过第十电阻R10连接第二电压控制信号K2，在第五三极管Q5的发射极与基极之间跨接第十一电阻R11，第五三极管Q5的发射极连接参考电压Vref，第五三极管Q5的集电极分别连接电源控制芯片UCC2801D的使能端CS及第二MOSFET管M2的源极。
自举电路单元3包括第四三极管Q4，第四三极管Q4的集电极分别连接第六二极管D6及第五二极管D5的阳极，第六二极管D6及第五二极管D5的阴极分别连接所述启动电路单元1及所述限流延时触发电路单元2，第四三极管Q4的发射极连接所述电源转换电路4，第四三极管Q4的基极通过第九电阻R9连接第一电压控制信号K1。
本发明提供的辅助电源***由后端检测保护电路单元产生的第一电压控制信号K1连接到自举电路单元3构成闭环反馈，同时，由该检测保护电路单元产生的第二电压控制信号K2信号连接到电源转换电路单元4构成闭环反馈。
本发明的辅助电源***控制流程中需说明的是：1. 第二电压控制信号K2不稳定，使第一电压控制信号K1也不稳定，辅助电源无法正常工作；2. 第二电压控制信号K2稳定后，辅助电源才能够开启，电源在电压设定范围内自举，使得辅助电源芯片正常工作。
当逆变器DC直流母线电压大于开启启动电路单元的直流母线电压最小值时，启动电路单元1启动并输出启动电压UO，同时，通过第二电压控制信号K2将置于高电平使能电源控制芯片UCC2801D，否则，第二电压控制信号K2始终保持在低电平。由启动电压UO为第一电容C1充电，当第一电容C1充满后，通过电源控制芯片UCC2801D的工作电源端口Vcc为其提供开通阈值电压，电源控制芯片UCC2801D开始工作。由电源控制芯片UCC2801D控制反激变压器T1产生直流电压，该直流电压反馈回电源控制芯片UCC2801D的稳压输入端FB，由电源控制芯片UCC2801D将其稳压后，输出稳定直流电压。判断该稳定直流电压是否稳定，若稳定，则将第一电压控制信号K1置于高电平从而开启自举电路单元3，在此之前第一电压控制信号K1一直处于低电平状态。自举电路单元3将该稳定直流电压加至第五二极管D5及第六二极管D6的阳极，由第五二极管D5通过第八电阻R8为电源控制芯片UCC2801D提供工作电压Vcc，使得电源控制芯片UCC2801D能够通过输出端OUT输出PWM信号，从而使得反激变压器T1形成不同电位的电压给太阳能逆变器各部分供电。同时第六二极管D6则将第一三极管Q1的集电极电位强制上拉，使第一三极管Q1饱和导通，继而使第一MOSFET管M1的栅极电位下拉至约电压基准值，第一MOSFET管M1截止，从而启动电路单元1关闭，辅助电源启动过程结束。

Claims (1)

1.一种光伏逆变器辅助电源***，其特征在于：包括启动电路单元（1），启动电路单元（1）的输入端与逆变器直流母线相连，逆变器直流母线还连接电源转换电路（4），电源转换电路（4）包括反激变压器（T1）及电源控制单元，启动电路单元（1）的输出端连接限流延时触发电路单元（2），在启动过程中，由限流延时触发电路单元（2）为电源控制单元提供开通阈值电压从而使得反激变压器（T1）工作，电源控制单元的使能端（CS）连接控制单元（5），控制单元（5）根据后端检测保护电路单元产生的第二电压控制信号（K2）使能电源控制单元，电源控制单元与自举电路单元（3）相连，当电源控制单元能够产生稳定的直流电压后，自举电路单元（3）在后端检测保护电路单元产生的第一电压控制信号（K1）的控制下工作，由自举电路单元（3）控制限流延时触发电路单元（2）为电源控制单元提供工作电压Vcc，同时，由自举电路单元（3）将启动电路单元（1）关闭，从而完成启动过程；
所述启动电路单元（1）包括第一稳压二极管（D1），第一稳压二极管（D1）的阴极连接所述逆变器直流母线，第一稳压二极管（D1）的阳极分别与第一电阻（R1）及第一MOSFET管（M1）的漏极相连，第一电阻（R1）依次串联第二电阻（R2）及第三电阻（R3），第三电阻（R3）与第三稳压二极管（D3）的阴极相连，第三稳压二极管（D3）的阳极连接第二二极管（D2）的阳极，第二二极管（D2）的阴极连接所述自举电路单元（3），第一MOSFET管（M1）的源极连接第四电阻（R4），第四电阻（R4）与所述自举电路单元（3）相连，第一MOSFET管（M1）的栅极连接第一三极管（Q1）的集电极，第一三极管（Q1）的基极与第五电阻（R5）相连，第五电阻（R5）连接所述自举电路单元（3），第一三极管（Q1）的射极连接第四稳压二极管（D4）的阴极，第四稳压二极管（D4）的阳极接地，由第一三极管（Q1）的基极通过第五电阻（R5）给出启动电压UO，第一稳压二极管（D1）及第三稳压二极管（D3）的稳压值及启动电压UO之和为开启启动电路单元的直流母线电压最小值，即当逆变器直流母线电压值高于该最小值时，启动电路单元才开始工作；
所述电源转换电路（4）包括反激变压器（T1），反激变压器（T1）的初级线圈的一端连接所述直流母线，另一端连接第二MOSFET管（M2）的漏极，由反激变压器（T1）的次级线圈的电压输出端产出输出电压Vout，反激变压器（T1）的次级线圈的电压输出端还接回电源控制单元的稳压输入端（FB），电源控制单元的输出端（OUT）连接第二MOSFET管（M2）的栅极，第二MOSFET管（M2）的源极分别通过第十八电阻（R18）接地及连接所述控制单元（5）；
所述控制单元（5）包括第五三极管（Q5），第五三极管（Q5）的基极通过第十电阻（R10）连接所述第二电压控制信号（K2），在第五三极管（Q5）的发射极与基极之间跨接第十一电阻（R11），第五三极管（Q5）的发射极连接参考电压Vref，第五三极管（Q5）的集电极分别连接所述电源控制单元的使能端（CS）及所述第二MOSFET管（M2）的源极；所述限流延时触发电路单元（2）包括限流电路及第一电容（C1），所述启动电路单元（1）通过限流电路为第一电容（C1）充电，在启动阶段，由充电后的第一电容（C1）为所述电源控制单元提供所述开通阈值电压，在所述自举电路单元（3）启动后，由所述自举电路单元（3）通过限流延时触发电路单元（2）包括的分压电阻为所述电源控制单元提供工作电压Vcc；
所述自举电路单元（3）包括第四三极管（Q4），第四三极管（Q4）的集电极分别连接第六二极管（D6）及第五二极管（D5）的阳极，第六二极管（D6）及第五二极管（D5）的阴极分别连接所述启动电路单元（1）及所述限流延时触发电路单元（2），第四三极管（Q4）的发射极连接所述电源转换电路（4），第四三极管（Q4）的基极通过第九电阻（R9）连接所述第一电压控制信号（K1）。
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