CN104270085A - 一种太阳能光伏发电***中的dc/dc变换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的小型太阳能光伏发电***中的太阳能电池的输出电压大于蓄电池的充电电压，并且为进一步提高***的转换效率，所以充电控制电路是以BUCK电路降压电路为主，并进行了一些改进。与BUCK电路相比，本发明所述的DC/DC变换电路多了一个功率开关管二，且功率开关管二与功率开关管一的状态始终相反，即功率开关管一导通功率开关管二截止，功率开关管一截止功率开关管二导通。这种设计的好处是可以减少电路中功率的消耗。

Description

一种太阳能光伏发电***中的DC/DC变换电路
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，具体而言，涉及一种太阳能光伏发电***中的DC/DC变换电路。
背景技术
在太阳能光伏发电***中因太阳能电池产生的电压和蓄电池工作的电压都是直流电压，所以需要DC/DC电压变换电路。
太阳能光伏发电***中经常使用的DC/DC变换电路主要有BUCK电路，BOOST电路，BUCK-BOOST电路以及CUK电路。其中BUCK电路输出电压与输入电压比小于1为降压电路，BOOST电路输出电压与输入电压比大于1为升压电路。
BUCK电路输入端工作在断续状态，如果直接将BUCK电路接在太阳能电池上将造成太阳能电池输出电流不连续，太阳能电池不能工作在最大功率点，因此需要在太阳能电池输出端并联储能电容以保证太阳能电池阵列输出电流的连续，该储能电容多为电解电容。当开关管导通时，太阳能电池对蓄电池进行充电；当开关管断开时，太阳能电池对储能电容充电，保证太阳能电池始终处于发电状态。由于开关管反复的导通和截止，两种状态不断地切换，直流电压被转换为脉冲形式的电压，再经过L，C滤波，形成直流电压输出。通过调节BUCK电路开关管PWM的占空比D实现调节太阳能电池输出平均功率的目的，从而实现对太阳能电池的MPPT功能。典型的连接太阳能电池的BUCK电路结构如图1所示，图1中，10为太阳能电池，Cin为储能电容，Q为开关管，D为二极管，L为电感，C为电容，R为电阻，20为蓄电池。
BUCK电路实现太阳能电池阵列最大功率点跟踪的优点是：结构简单，控制容易实现，开关管的输出电流小，线路的损耗小。BUCK电路的缺点是：必须在电路输入端并联一个储能电容，在大功率情况下，储能电容始终处于大电流充放电状态，对其可靠工作不利；同时由于储能电容通常为电解电容，使BUCK电路无法在较高的频率下工作；并且BUCK电路只能用于降压电路。
BOOST电路以电感电流源方式向蓄电池放电实现蓄电池电压升高的目的。与BUCK电路相比，BOOST电路的电感在电路的输入端，因此只要输入电感足够大，BOOST电路可以始终工作于输入电流连续的状态下，电感上的纹波电流可以很小，几乎接***滑的直流电流，因此在光伏发电***应用中，BOOST电路在输入端可以并联容量较小的无感电容甚至可以不加电容，如图2中虚线Cin所示，这样就可避免加电容带来的种种弊端。同时BOOST结构也非常简单，并且电路中开关管有一端是接地的，在设计PWM时不需考虑开关管导通压降问题，这将使开关管的设计更加简单。典型的BOOST电路如图2所示，图2中，10为太阳能电池，Cin为储能电容，Q为开关管，D为二极管，L为电感，C为电容，R为电阻，20为蓄电池。
BOOST电路的优点是与BUCK电路相比起来更加简单。但BOOST电路的不足之处在于其输入端电压较低，与BUCK电路在同样的功率相比下，输入电流较大，因而电路损耗较大，BOOST电路转化效率略低一些；而且BOOST电路只能进行升压变换。
发明内容
本发明所解决的技术问题：在BUCK电路中，Q导通时，太阳能电池对蓄电池进行充电，Q截止时，L、D、蓄电池形成回路，电路起到续流的作用，即L中的电流逐渐减小，这时电路中的电流全部流经D，这将形成比较大的功率消耗；BOOST电路的的输入端电压较低，与BUCK电路在同样的功率相比下，输入电流较大，因而电路损耗较大。
本发明提供如下技术方案：一种太阳能光伏发电***中的DC/DC变换电路，包括太阳能电池、储能电容、电容、功率开关管一、二极管一、二极管二、电感、电阻、蓄电池，所述二极管一与太阳能电池正极串接，所述储能电容与太阳能电池并联，所述功率开关管一与二极管二串接，所述串接的功率开关管一和二极管二与储能电容并联，所述电阻与蓄电池并联，所述电容与电阻并联，所述电感一端与电容连接，所述电感另一端与功率开关一连接。所述DC/DC变换电路还包括功率开关管二，所述功率开关管二与二极管二并联，所述功率开关管二与功率开关管一的状态始终相反。
本发明所涉及的小型太阳能光伏发电***中的太阳能电池的输出电压大于蓄电池的充电电压，并且为进一步提高***的转换效率，所以充电控制电路是以BUCK电路降压电路为主，并进行了一些改进。与BUCK电路相比，本发明所述的DC/DC变换电路多了一个功率开关管二，且功率开关管二与功率开关管一的状态始终相反，即功率开关管一导通功率开关管二截止，功率开关管一截止功率开关管二导通。这种设计的好处是可以减少电路中功率的消耗。在不加功率开关管二时，功率开关管一导通时，太阳能电池对蓄电池进行充电；功率开关管一截止时，电感、二极管二、蓄电池形成回路，电路起到续流的作用，即电感中的电流逐渐减小，这时电路中的电流全部流经二极管二，这将形成比较大的功率消耗。在添加了功率开关管二后，功率开关管一截止时，电感、功率开关管二、蓄电池形成回路，电路仍起到续流的作用，但是此时电路中的电流不都是流过二极管二，大部分的电流此时流过功率开关管二，且功率开关管二导通时的内阻极小，这样在整个电路上功率的消耗也就变小了。
作为本发明的优选，所述功率开关管一和功率开关管二均为MOSFET管。
本发明给出了太阳能光伏发电***中应用的改进的BUCK电路，用该类型电路可以进行最大功率点跟踪并且有效减小电路中功率消耗，使太阳能电池电能利用效率增大。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为现有技术中的BUCK电路结构图；
图2为现有技术中的BOOST电路结构图；
图3为本发明一种太阳能光伏发电***中的DC/DC变换电路。
图中符号说明：
10－太阳能电池；
20－蓄电池；
Cin－储能电容；C－电容；
D－二极管；D1－二极管；D2－二极管；
L－电感；
Q－开关管；Q1－MOSFET管；Q2－MOSFET管；
R－电阻。
具体实施方式
如图3所示，一种太阳能光伏发电***中的DC/DC变换电路，包括太阳能电池10、储能电容Cin、电容C、MOSFET管一Q1、二极管一D1、二极管二D2、电感L、电阻R、蓄电池20，所述二极管一D1与太阳能电池10正极串接，所述储能电容Cin与太阳能电池10并联，所述MOSFET管一Q1与二极管二D2串接，所述串接的MOSFET管一Q1和二极管二D2与储能电容Cin并联，所述电阻R与蓄电池20并联，所述电容C与电阻R并联，所述电感L一端与电容C连接，所述电感L另一端与功率开关一Q1连接，其特征在于：还包括MOSFET管二Q2，所述MOSFET管二Q2与二极管二D2并联，所述MOSFET管二Q2与MOSFET管一Q1的状态始终相反。
实际工作中，MOSFET管二Q2与MOSFET管一Q1的状态始终相反，即MOSFET管一Q1导通MOSFET管二Q2截止，MOSFET管一Q1截止MOSFET管二Q2导通。MOSFET管一Q1截止时，电感L、MOSFET管二Q2、蓄电池20形成回路，电路起到续流的作用，但是此时电路中的电流不都是流过二极管二D2，大部分的电流此时流过MOSFET管二Q2，且MOSFET管二Q2导通时的内阻极小，这样在整个电路上功率的消耗也就变小了。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种太阳能光伏发电***中的DC/DC变换电路，包括太阳能电池(10)、储能电容(Cin)、电容(C)、功率开关管一(Q1)、二极管一(D1)、二极管二(D2)、电感(L)、电阻(R)、蓄电池(20)，所述二极管一(D1)与太阳能电池(10)正极串接，所述储能电容(Cin)与太阳能电池(10)并联，所述功率开关管一(Q1)与二极管二(D2)串接，所述串接的功率开关管一(Q1)和二极管二(D2)与储能电容(Cin)并联，所述电阻(R)与蓄电池(20)并联，所述电容(C)与电阻(R)并联，所述电感(L)一端与电容(C)连接，所述电感(L)另一端与功率开关一(Q1)连接，其特征在于：还包括功率开关管二(Q2)，所述功率开关管二(Q2)与二极管二(D2)并联，所述功率开关管二(Q2)与功率开关管一(Q1)的状态始终相反。
2.如权利要求1所述的一种太阳能光伏发电***中的DC/DC变换电路，其特征在于：所述功率开关管一(Q1)和功率开关管二(Q2)均为MOSFET管。
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