CN114123729A - 一种功率变换器的模拟芯片及功率变换器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种功率变换器的模拟芯片及功率变换器，模拟芯片包括：采样电路用于采集功率变换器的电气参数，功率变换器的输入端用于连接光伏组件；最大功率跟踪电路根据电气参数获得功率变换器的输入功率和/或输出功率，根据输入功率或输出功率进行最大功率跟踪，获得调节信号给多路选择器；快速关断电路收到模拟芯片外部发送的快速关断指令时，产生快速关断信号给多路选择器；保护电路在功率变换器的电气参数超过第一预设阈值时，产生保护信号给多路选择器；多路选择器从快速关断信号、保护信号或调节信号中选择一个作为控制信号，以控制功率变换器中的功率器件。模拟芯片能控制功率变换器的工作，比数字芯片可以较大降低光伏发电***成本。

Description

一种功率变换器的模拟芯片及功率变换器
技术领域
本申请涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种功率变换器的模拟芯片及功率变换器。
背景技术
光伏发电***一般包括光伏组件和功率变换器，其中，光伏组件可以将太阳能转换为电能。
目前，光伏组件包括多个光伏子串，每个光伏子串包括多个光伏电池片。多个光伏组件可以串联或并联形成光伏阵列。光伏组件的每个光伏子串的两端并联有二极管，当光伏子串受到阴影遮挡无法输出足够的电流时，二极管可以旁路掉该光伏子串，其他光伏子串的电流可以流过该二极管，从而保证其他光伏子串可以继续发电。但是，这种二极管将受遮挡的光伏子串彻底旁路的方式，造成受遮挡的光伏子串完全无法发电，浪费了该光伏子串的发电能力。
为了在光伏子串受到遮挡时能够继续发电，可以在光伏子串的两端或光伏组件的两端连接功率变换器，利用功率变换器替代并联的二极管。当光伏子串受到阴影遮挡时，光伏子串的输出电流有所降低但是仍然可以输出功率，功率变换器可以对光伏子串的输出功率进行变换，并调整自身的输出电流为与其余光伏子串或与光伏子串相连接的功率变换器相等的电流，从而提高整个光伏发电***的发电效率。
目前，功率变换器的控制均由数字芯片来实现控制，但是，如果光伏发电***中光伏子串的数量较多时，需要的功率变换器的数量也较多，每个功率变换器需要一个数字芯片，则需要较多数量的数字芯片，致使整个光伏发电***的成本较高。
发明内容
为了解决以上技术问题，本申请提供一种功率变换器的模拟芯片及功率变换器，能够控制功率变换器的工作，从而降低光伏发电***的成本。
本申请提供一种功率变换器的模拟芯片，用于控制功率变换器的工作，具体地可以控制功率变换器中的功率器件的开关状态，本申请以功率变换器应用于光伏***进行介绍，该模拟芯片包括：采样电路、最大功率跟踪电路、保护电路、快速关断电路和多路选择器；采样电路采集功率变换器的电气参数，功率变换器的输入端用于连接光伏组件；最大功率跟踪电路根据电气参数获得功率变换器的输入功率和/或输出功率，根据输入功率或输出功率进行最大功率跟踪，获得调节信号给多路选择器；快速关断电路在收到模拟芯片外部发送的快速关断指令时，产生快速关断信号给多路选择器；保护电路在功率变换器的电气参数超过第一预设阈值时，产生保护信号给多路选择器；多路选择器从快速关断信号、保护信号或调节信号中选择一个作为控制信号，以控制功率变换器中的功率器件。其中，电气参数可以包括功率变换器的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流以及温度。采样电路采集的电气参数会同时发送给最大功率跟踪电路和保护电路。
本申请提供的模拟芯片中的各个电路均由模拟电路搭建，即该模拟芯片由模拟集成电路来实现，处理的是模拟信号，通过该模拟芯片，可以实现对光伏组件的MPPT，使光伏***工作在较高的发电效率；而且该模拟芯片还可以实现功率变换器的保护功能和快速关断功能，即当功率变换器的电气参数超过阈值时，及时进行保护，降低电气参数，以免功率变换器发生损坏；例如实现异常情况对功率变换器的过压、过流、过温保护，以防止功率变换器损坏或者故障进一步扩散。另外，当需要快速关断时，控制功率变换器停止工作。由于模拟芯片集成度高，成本低，因此即使光伏***包括的光伏组件数量较多，成本也不会太高，相比于数字芯片可以降低***成本。
一种可能的实现方式，该模拟芯片的控制器还可以根据各个信号的优先级来控制功率器件，具体用于从高至低的优先级从快速关断信号、保护信号和调节信号中选择控制信号来控制功率变换器中的功率器件。另外，当需要快速关断时，控制功率变换器停止工作。快速关断的级别高于保护的级别，保护的级别高于MPPT的级别。多路选择器可以实现在需要功率变换器关断时优先进行关断及停止工作，其次在功率变换器出现异常情况时进行保护，而在正常情况下维持功率变换器的工作。模拟芯片外部的控制器可以向模拟芯片发送快速关断指令。其中，外部的控制器可以为逆变器的控制器或者汇流箱的控制器，也可以为其他上位机。
一种可能的实现方式，该模拟芯片还包括：与快速关断电路和采样电路均连接的通信电路；通信电路的通信是双向的，既可以将模拟芯片外部的控制器发送的命令转发给模拟芯片内部的各个电路，又可以将模拟芯片内部的各个电路的工作状态转发给控制器，以使控制器监控模拟芯片的运行。通信电路，用于将控制器发送的快速关断指令转发给快速关断电路，还用于将采样电路采集的功率变换器的电气参数发送给控制器；控制器，用于根据电气参数监控功率变换器的运行。
一种可能的实现方式，通信电路还连接多路选择器；通信电路将多路选择器的控制信号和/或控制信号的选择结果发送给控制器，和/或，通信电路将控制器发送的强制选择指令发送给多路选择器，多路选择器根据强制选择指令从快速关断信号、保护信号和调节信号中选择控制信号。控制器通过通信电路下发的强制选择指令为调节信号，此时多路选择器将放弃保护信号，按照控制器下发的调节信号来控制功率变换器的运行。
一种可能的实现方式，最大功率跟踪电路包括：乘法器、最大功率***和电压处理器；乘法器，用于根据电气参数中的电压和电流获得输入功率和/或输出功率；最大功率***，用于根据输入功率或输出功率进行最大功率跟踪获得电压参考值；电压处理器，用于根据电压参考值和电气参数中的输入电压或输出电压获得调节信号。
一种可能的实现方式，最大功率跟踪电路还包括：电压模拟器；电压模拟器，用于根据预设系数及电气参数中的电压获得电压预设值，电气参数中的电压包括输入电压或输出电压；电压处理器，具体用于将电压参考值和电压预设值进行比较获得比较结果，根据比较结果和电气参数中的输入电压或输出电压获得调节信号。
一种可能的实现方式，最大功率***还用于存储乘法器发送的输入功率或输出功率作为记忆功率，将光伏组件的实时功率与记忆功率进行比较获得电压参考值，即最大功率***具有记忆功能。最大功率***，还用于接收乘法器发送的输入功率或输出功率并进行存储，即将乘法器发送的输入功率或输出功率作为记忆功率，将光伏组件的实时功率与记忆功率进行比较获得电压参考值。其中，光伏组件的实时功率也是乘法器获得的功率。另外，本申请实施例不限定具体的MPPT跟踪方式，例如一种可能的实现方式，最大功率***得到电压参考值的方法可以利用扰动观测法，即电压参考值增大或减小，观测电压参考值变化时光伏组件的实时功率与记忆功率的大小，如果实时功率大于记忆功率，则电压参考值按照原来变化方向继续增大或减小，否则电压参考值按照与原来变化方向相反的方向增大或减小。例如，电压参考值增大时，实时功率大于记忆功率，则继续增大电压参考值，反之降低电压参考值。
一种可能的实现方式，电压处理器还用于当调节信号表征的参数超过第二预设阈值时，通过控制信号控制功率变换器工作在直通模式。
一种可能的实现方式，通信电路还连接最大功率跟踪电路；通信电路，还用于将最大功率跟踪电路获得的功率变换器的功率或调节信号发送给控制器；和/或用于将控制器对于最大功率跟踪电路的调整功率指令发送给最大功率跟踪电路，调整功率指令用于调整最大功率跟踪电路中的功率变换器的功率或调节信号；其中，功率变换器的功率为输入功率和/或输出功率。
一种可能的实现方式，通信电路还连接最大功率跟踪电路；通信电路，还用于将电压参考值发送给控制器；和/或，通信电路用于将控制器发送的调整电压参考值的指令转发给电压处理器。
一种可能的实现方式，通信电路还连接最大功率跟踪电路；通信电路，还用于将预设系数、电压预设值或电压参考值中的至少一项发送给控制器；和/或，用于将控制器发送的调整预设系数、电压预设值或电压参考值中至少一项的指令转发给电压处理器。
一种可能的实现方式，通信电路还连接保护电路；通信电路，还用于将保护电路的第一预设阈值和保护信号发送给控制器；还用于接收控制器发送的调整保护指令给保护电路，调整保护指令用于调整第一预设阈值或保护信号。
由于本申请提供的模拟芯片内部的各个电路均连接通信电路，进而可以通过通信电路接收外部控制器发送的指令，进而使外部控制器可以强制调整各个电路的工作参数，另外，通信电路也可以将各个电路的工作状态和参数发送给模拟芯片外部的控制器，进而由外部的控制器监视各个电路的工作状态，进而可以实现监控的双重保证。模拟芯片包括通信电路可以扩展各个信号的传递范围，增强模拟芯片的可用性，进而使光伏发电***实现对光伏组件和功率变换器的工作参数以及电气参数的监控，提高调节信号、快速关断信号和保护信号的通信范围，有利于进一步降低光伏发电***的成本。
一种可能的实现方式，控制信号为保护信号，控制信号用于控制功率变换器进行逐波限流，或控制功率变换器停止工作。以功率变换器为BUCK拓扑为例说明逐波限流的具体实现，模拟芯片输出的控制信号控制主开关管的导通时间逐周期减小直至不导通，在此过程中从功率变换器输入端流入输出端的电流逐渐变小，从而实现对主开关管和被动开关管的保护。逐波限流保护可以避免功率变换器中的开关管在保护过程中出现暂时过压或者过流现象，从而对开关管进行保护。根据不同的应用场景和电路拓扑，如果开关管不会在保护过程中出现过压或过流现象，保护信号也可以直接停止功率变换器工作来进行保护。
一种可能的实现方式，快速关断模块与控制器的通信出现异常，快速关断电路用于产生快速关断信号给多路选择器。
一种可能的实现方式，控制信号为快速关断信号，控制信号用于控制功率变换器快速放电，或控制功率变换器停止工作。
一种可能的实现方式，还包括：曲线扫描电路；曲线扫描电路，用于在接收到扫描指令时，产生曲线扫描启动信号至多路选择器；多路选择器，用于按照从高至低的优先级从快速关断信号、保护信号、曲线扫描启动信号和调节信号中选择控制信号；曲线扫描启动信号作为控制信号时，控制信号用于控制功率变换器对输入电压输入电流进行曲线扫描或对输出电压输出电流进行曲线扫描。
一种可能的实现方式，通信电路还连接曲线扫描电路；通信电路，用于将曲线扫描电路的曲线扫描启动信号和曲线扫描模式发送给控制器，还用于将控制器发送的扫描调整指令发送给曲线扫描电路，扫描调整指令用于调整曲线扫描模式和曲线扫描启动信号。本申请提供的模拟芯片还具有IV曲线扫描功能，例如可以实现功率变换器的输入电流输入电压的曲线扫描，也可以实现功率变换器的输出电流输出电压的曲线扫描，从而可以实现对光伏组件的电压电流特性进行监控，提高光伏发电***的监控和调整能力。
本申请还提供一种功率变换器，包括：功率变换电路和以上介绍的模拟芯片；功率变换器的输入端用于连接光伏组件，功率变换器的输出端用于连接汇流箱或逆变器；模拟芯片，用于输出控制信号给功率变换器，控制信号用于控制功率变换电路。
本申请至少具有以下优点：
该模拟芯片包括采样电路、最大功率跟踪电路、保护电路、快速关断电路和多路选择器；模拟芯片包括的各个电路均由模拟电路搭建，即模拟集成电路，处理模拟信号，通过该模拟芯片，可以实现对光伏组件的MPPT，使光伏***工作在较高的发电效率；而且该模拟芯片还可以实现功率变换器的保护功能和快速关断功能，即当功率变换器的电气参数超过阈值时，及时进行保护，降低电气参数，以免功率变换器发生损坏；另外，当需要快速关断时，控制功率变换器停止工作。快速关断的级别高于保护的级别，保护的级别高于MPPT的级别。由于模拟芯片集成度高，成本低，因此即使光伏***包括的光伏组件数量较多，成本也不会太高，相比于数字芯片可以降低***成本。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种光伏组件的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种功率变换器的模拟芯片的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种功率变换器的模拟芯片的示意图；
图4为本申请实施例提供的又一种模拟芯片的示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种模拟芯片的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种最大功率跟踪电路的示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种最大功率跟踪电路的示意图；
图8为本申请实施例提供的一种功率变换器的示意图；
图9为本申请实施例提供的再一种模拟芯片的示意图；
图10为本申请实施例提供的一种光伏发电***的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
以下说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“耦接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。“耦接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接电性连接。
为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面先结合附图介绍该技术方案的应用场景。
本申请实施例涉及一种功率变换器的模拟芯片，该模拟芯片用于控制功率变换器工作，即该模拟芯片可以输出驱动信号给功率变换器中的开关管，例如脉宽调制方式的驱动信号，驱动开关管的开关动作，以使功率变换器实现电能的变换。其中，功率变换器连接用于连接光伏组件或光伏子串，用于对光伏组件或光伏子串进行电能变换。另外，功率变换器也可以连接多个光伏组件。功率变换器为一种直流-直流(DC-DC，Direct Current)变换器或直流-交流(DC-AC，Alternating Current)变换器，例如可以对光伏组件的电压进行升压或降压，或者升降压，或者变换为交流电压。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种光伏组件的示意图。
本实施例仅是光伏组件的一种可能实现方式，一个光伏组件包括三个光伏子串。光伏子串的具体实现是，单个光伏电池片被分割为两个半片后，半片光伏电池片经过串联后再并联形成光伏组件内部的光伏子串，从图1可以看出，第一光伏子串包括并联在一起的半片电池串11和半片电池串12，第二光伏子串包括并联在一起的半片电池串21和半片电池串22，第三光伏子串包括并联在一起的半片电池串31和半片电池串32。
三个光伏子串串联之后形成整个光伏组件，串联的两个端口为对外的输出端口，即端口A和端口B。多个光伏组件也可以串联或者并联，形成光伏阵列，从而实现对外发电。
本申请实施例不限定一个功率变换器对应的光伏组件的数量，例如图1所示的光伏组件可以对应一个功率变换器，也可以其中每个光伏子串对应一个功率变换器，例如三个光伏子串共对应三个功率变换器。
以下本申请实施例中为了方便叙述，以一个光伏组件对应一个功率变换器为例进行介绍。
模拟芯片实施例
由于光伏发电***中包括的光伏组件的数量很多，因此，需要的功率变换器数量也很多，如果功率变换器使用数字芯片来控制，则数字芯片的价格较高，整个光伏发电***的成本较高，为了降低成本，本申请实施例提供一种功率变换器的模拟芯片，下面结合附图进行详细介绍。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种功率变换器的模拟芯片的应用场景示意图。
功率变换器200包括输入端和输出端，光伏组件100的输出端与功率变换器200的输入端相连，功率变换器200将光伏组件100的功率变换后传输至输出端。
模拟芯片300为单个的集成电路芯片，用于实现对功率变换器的控制，即向功率变换器200中的开关管发送驱动信号，控制开关管的开关状态，例如当驱动信号的电平为高电平，开关管导通；当驱动信号的电平为低电平，开关管关断。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种功率变换器的模拟芯片的示意图。
本实施例提供的功率变换器的模拟芯片300，包括：采样电路31、最大功率跟踪电路32、保护电路33、快速关断电路34和多路选择器35；
采样电路31，用于采集功率变换器的电气参数，功率变换器的输入端用于连接光伏组件；其中，电气参数可以包括功率变换器的输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vout、输出电流Iout以及温度T。由于功率变换器的输入端连接光伏组件，因此，输入电压Vin和输入电流Iin分别为光伏组件的输出电压和输出电流。采样电路31采集的电气参数会同时发送给最大功率跟踪电路32和保护电路33。
最大功率跟踪电路32，用于根据电气参数获得功率变换器的输入功率和/或输出功率，根据输入功率或输出功率进行最大功率跟踪(MPPT，Maximum Power PointTracking)获得调节信号S1给多路选择器35；
功率变换器的输入电压Vin和输入电流Iin相乘可以获得输入功率，输出电压Vout和输出电流Iout相乘可以获得输出功率。最大功率跟踪电路32可以根据输入功率进行MPPT，也可以根据输出功率进行MPPT，也可以根据输入功率和输出功率进行MPPT，本实施例中不做具体限定。在忽略功率损耗时，最大功率跟踪电路32也可以根据输入电压Vin和输入电流Iin获得光伏组件的实时功率。
最大功率跟踪电路32可以根据MPPT的算法获得跟踪光伏组件的最大功率所需要的电压参考值，实现最大功率追踪。
保护电路33，用于功率变换器的电气参数超过第一预设阈值时，产生保护信号S2给多路选择器35；
当功率变换器的输入电压超过预设第一电压阈值，或者功率变换器的输入电流超过预设第一电流阈值，或者功率变换器的输出电压超过预设第二电压阈值，或者功率变换器的输出电流超过预设第二电流阈值，或者功率变换器的温度超过预设温度阈值时，产生有效的保护信号S2并发送至多路选择器35；当多路选择器35选择保护信号S2为控制信号时，实现异常情况对功率变换器的过压、过流、过温保护，以防止功率变换器损坏或者故障进一步扩散。
以上仅是举例说明，另外，保护电路33可以根据实际需要仅检测输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、温度中的一项或多项进行保护。
快速关断电路34，用于收到模拟芯片外部发送的快速关断指令S4时，产生快速关断信号S3给多路选择器35；模拟芯片外部的控制器可以向模拟芯片发送快速关断指令S4。其中，控制器可以为逆变器的控制器或者汇流箱的控制器，也可以为其他上位机。
其中，快速关断信号S3可以为常闭信号。
当多路选择器35选择快速关断信号S3为控制信号时，将功率变换器的输出电压快速降低至安全电压以下，如果功率变换器的输入端与光伏组件的连接也有暴露给人员或其他设备的风险，则同时将功率变换器的输入电压快速降低至安全电压以下，从而在光伏发电***需要功率变换器快速关断时，将功率变换器的电压快速降低，并最终停止功率变换器的工作，对人员和其他设备进行保护。
多路选择器35，用于从快速关断信号S3、保护信号S2或调节信号S1中选择一个作为控制信号S5，用于控制功率变换器中的功率器件。即S5可以为S1或S2或S3中的一种，具体可以根据实际需要来选择。
一种可能的实现方式为，可以根据实际需要来设置优先级，例如从高至低的优先级从快速关断信号S3、保护信号S2和调节信号S1中选择控制信号S5，即其中S3的优先级最高、S2次之、S1的优先级最低。即，当S1、S2和S3同时有效时，多路选择器35选择S3作为控制信号输出，即S5＝S3。当S2和S1均有效时，多路选择器35选择S2作为控制信号输出，即S5＝S2。当只有S1有效时，多路选择器35选择S1作为控制信号输出，即S5＝S1。
多路选择器35可以实现在需要功率变换器关断时优先进行关断及停止工作，其次在功率变换器出现异常情况时进行保护，而在正常情况下维持功率变换器的工作。
本申请实施例提供的模拟芯片包括的各个电路均由模拟电路搭建，即模拟集成电路，通过该模拟芯片，可以实现对光伏组件的MPPT，使光伏***工作在较高的发电效率；而且该模拟芯片还可以实现功率变换器的保护功能和快速关断功能，即当功率变换器的电气参数超过阈值时，即使进行保护，降低电气参数，以免功率变换器发生损坏；另外，当需要快速关断时，控制功率变换器停止工作。快速关断的级别高于保护的级别，保护的级别高于MPPT的级别。由于模拟芯片集成度高，成本低，因此即使光伏***包括的光伏组件数量较多，成本也不会太高，相比于数字芯片可以降低***成本。
本申请实施例提供的模拟芯片除了具体MPPT功率、保护功能和快速关断功能以外，还具有通信功能，下面结合附图进行详细介绍。
参见图4，该图为本申请实施例提供的又一种模拟芯片的示意图。
模拟芯片300还包括：与快速关断电路34和采样电路31均连接的通信电路36；通信电路36的通信是双向的，既可以将模拟芯片外部的控制器发送的命令转发给模拟芯片内部的各个电路，又可以将模拟芯片内部的各个电路的工作状态转发给控制器，以使控制器监控模拟芯片的运行。
通信电路36连接快速关断电路34，用于将控制器发送的快速关断指令S4转发给快速关断电路34；另外通信电路36还连接采样电路31，还用于将采样电路31采集的功率变换器的电气参数发送给控制器；控制器根据电气参数监控功率变换器的运行。
另外，通信电路36还连接多路选择器35；
通信电路36，用于将多路选择器35选择的控制信号和/或控制信号的选择结果发送给控制器，还用于将控制器发送的强制选择指令发送给多路选择器35，多路选择器35根据强制选择指令从快速关断信号、保护信号和调节信号中选择控制信号。例如，多路选择器35选择保护电路33输出的保护信号为控制信号，但是控制器通过通信电路36下发的强制选择指令为快速关断信号，此时多路选择器35将放弃保护信号，按照控制器下发的快速关断信号来控制功率变换器的运行。或者例如，多路选择器35选择保护电路33输出的保护信号为控制信号，但是控制器通过通信电路36下发的强制选择指令为调节信号，此时多路选择器35将放弃保护信号，按照控制器下发的调节信号来控制功率变换器的运行。
参见图5，该图为本申请实施例提供的另一种模拟芯片的示意图。
本申请实施例提供的最大功率跟踪电路可以包括：乘法器32a、最大功率***32b和电压处理器32c。
乘法器32a用于接收采样电路31发送的电气参数，例如乘法器32a将功率变换器的输入电压和输入电流相乘，可以得到功率变换器的输入功率，即光伏组件的功率。或者，乘法器32a将功率变换器的输出电压和输出电流相乘，可以得到功率变换器的输出功率，在忽略功率变换器损耗的条件下，也可以近似得到光伏组件的功率；此功率即光伏组件的实时功率。
最大功率***32b，根据光伏组件的功率和MPPT控制算法，可以得到跟踪光伏组件最大功率所需的电压参考值，将电压参考值发送给电压处理器32c。最大功率***32b根据功率变换器的输入功率或输出功率进行最大功率跟踪获得电压参考值。
电压处理器32c根据电压参考值和电气参数中的输入电压或输出电压获得调节信号。
当模拟芯片对功率变换器的输入电压进行控制时，电压处理器32c将电压参考值与功率变换器的输入电压进行比较并进行调整，从而得到调节信号。当模拟芯片对功率变换器的输出电压进行控制时，电压处理器32c将电压参考值与功率变换器的输出电压进行比较并进行调整，从而得到调节信号；同时，电压处理器32c将调节信号S1发送至多路选择器35。在正常工作时，多路选择器35选择调节信号S1为控制信号，从而实现模拟芯片300对功率变换器的功率变换控制。
另外，本实施例提供的模拟芯片300中的通信电路36还连接保护电路33和最大功率跟踪电路。
其中，通信电路36还用于将最大功率跟踪电路获得的功率变换器的功率或调节信号发送给控制器；还用于将控制器对于最大功率跟踪电路的调整功率指令发送给最大功率跟踪电路，调整功率指令用于调整最大功率跟踪电路中的功率变换器的功率或调节信号；其中功率变换器的功率为输入功率和/或输出功率。
即模拟芯片外部的控制器可以发送调整最大功率跟踪电路的指令给模拟芯片，通信电路在接收到包含调整指令的通信信号时，可以强制最大功率跟踪电路调整工作状态，即强制调整光伏组件的功率、或调节信号。
通信电路36，还用于将电压处理器32c的电压参考值发送给控制器；还用于将控制器发送的调整电压参考值的指令转发给电压处理器32c。
通信电路36，还用于将保护电路的第一预设阈值和保护信号发送给控制器；还用于接收控制器发送的调整保护指令给保护电路，调整保护指令用于调整第一预设阈值或保护信号。
通信电路36还可以将保护电路33的工作状态作为通信信号发送至模拟芯片的外部，实现对光伏发电***中功率变换器工作状态的监控；保护电路33的工作状态即当前第一电压阈值、第一电流阈值、第二电压阈值、第二电流阈值、温度阈值、保护信号中的一项或若干项。同时，模拟芯片300外部的控制器也可以向保护电路33发送调整工作状态的指令，通信电路36在接收到包含调整指令的通信信号时，可以强制保护电路33调整工作状态，即强制调整第一电压阈值、第一电流阈值、第二电压阈值、第二电流阈值、温度阈值或保护信号。
本实施例提供的模拟芯片，内部各个电路均连接通信电路，进而可以通过通信电路接收外部控制器发送的指令，进而使外部控制器可以强制调整各个电路的工作参数，另外，通信电路也可以将各个电路的工作状态和参数发送给模拟芯片外部的控制器，进而由外部的控制器监视各个电路的工作状态，进而可以实现监控的双重保证。模拟芯片包括通信电路可以扩展各个信号的传递范围，增强模拟芯片的可用性，进而使光伏发电***实现对光伏组件和功率变换器的工作参数以及电气参数的监控，提高调节信号、快速关断信号和保护信号的通信范围，有利于进一步降低光伏发电***的成本。
本申请实施例提供的最大功率跟踪电路中的最大功率***还具有功率记忆的功能，下面结合附图进行详细介绍。
参见图6，该图为本申请实施例提供的一种最大功率跟踪电路的示意图。
最大功率***32b，还用于接收乘法器32a发送的输入功率或输出功率并进行存储，即将乘法器32a发送的输入功率或输出功率作为记忆功率，将光伏组件的实时功率与记忆功率进行比较获得电压参考值。其中，光伏组件的实时功率也是乘法器32a获得的功率。
另外，本申请实施例不限定具体的MPPT跟踪方式，例如一种可能的实现方式，最大功率***32b得到电压参考值的方法可以利用扰动观测法，即电压参考值增大或减小，观测电压参考值变化时光伏组件的实时功率与记忆功率的大小，如果实时功率大于记忆功率，则电压参考值按照原来变化方向继续增大或减小，否则电压参考值按照与原来变化方向相反的方向增大或减小。例如，电压参考值增大时，实时功率大于记忆功率，则继续增大电压参考值，反之降低电压参考值。
参见图7，该图为本申请实施例提供的另一种最大功率跟踪电路的示意图。
最大功率跟踪电路还包括：电压模拟器32d；
电压模拟器32d，用于根据预设系数及电气参数中的电压获得电压预设值，电气参数中的电压包括输入电压或输出电压；其中，预设系数可以为根据比例关系获得的，也可以为根据曲线关系获得的，在此不做具体限定。例如，根据比例关系，即一次函数关系获得电压预设值，即电压模拟器32d可以根据输入电压和第一预设电压比例获得电压预设值，也可以根据输出电压和第二预设电压比例获得电压预设值。第一预设电压比例和第二预设电压比例没有必然关系。
电压处理器32c，具体用于将电压参考值和电压预设值进行比较获得比较结果，根据比较结果和电气参数中的输入电压或输出电压获得调节信号。
电压模拟器32d根据输入电压和第一预设电压比例，得到模拟电压所需的电压预设值；最大功率***32b得到的电压参考值与电压模拟器32d得到的电压预设值进行比较，电压处理器32c将两者的比较结果与功率变换器的输出电压进行再次比较并进行调整，得到调节信号，从而实现对功率变换器输出电压的控制。
或，电压模拟器32d根据输出电压和第二预设电压比例，得到模拟电压所需的电压预设值；最大功率***32b得到的电压参考值与电压模拟器32d得到的电压参考值进行比较，电压处理器32c将两者的比较结果与功率变换器的输入电压进行再次比较并进行调整，得到调节信号，从而实现对功率变换器输入电压的控制。
或，电压模拟器32d根据输入电压和第一预设电压比例，得到模拟电压所需的电压预设值；最大功率***32b得到的电压参考值与电压模拟器32d得到的电压预设值进行比较，电压处理器32c将两者的比较结果与功率变换器的输入电压进行再次比较并进行调整，得到调节信号，从而实现对功率变换器输入电压的控制。
或，电压模拟器32d根据输出电压和第二预设电压比例，得到模拟电压所需的电压预设值；最大功率***32b得到的电压参考值与电压模拟器32d得到的电压参考值进行比较，电压处理器32c将两者的比较结果与功率变换器的输出电压进行再次比较并进行调整，得到调节信号，从而实现对功率变换器输出电压的控制。
本实施例中不限定第一预设电压比例和第二预设电压比例的具体数值，两者可以相同，也可以不同。
通信电路还连接最大功率跟踪电路；通信电路，还用于将预设系数、电压预设值或电压参考值中的至少一项发送给控制器；和/或，还用于将控制器发送的调整预设系数、电压预设值或电压参考值中至少一项的指令转发给电压处理器。
此实施例中，当功率变换器工作在非最大功率跟踪状态时，功率变换器的电压仍可以控制为与光伏组件的电压等比例的电压值，从而实现对光伏组件的电压的模拟，有利于光伏发电***的整体控制。
电压处理器，还用于当调节信号表征的参数超过第二预设阈值时，控制信号用于控制功率变换器工作在直通模式。其中，调节信号具体可以为脉冲信号，调节信号表征的参数可以为调节信号的脉冲宽度、占空比、脉冲频率或脉冲幅度等，即可以选择以上参数中的一项来判断，当超过第二预设阈值时，控制功率变换器工作在直通模式，即将输入端和输出端直接导通，中间不进行功率变换。
参见图8，该图为本申请实施例提供的一种功率变换器的示意图。
本实施例中以功率变换器的拓扑为BUCK电路为例进行介绍，也可以为其他拓扑的电路结构，在此不做具体限定。BUCK电路包括主开关管S1、被动开关管S2、电感L和输出电容C，其中主开关管S1动作来实现功率变换。
本申请实施例不限定S1和S2的具体类型，例如，可以为金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，还可以为绝缘栅双极型晶体管((Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，或者二极管。
当多路选择器选择调节信号为控制信号，并且调节信号未超过预设阈值时，模拟芯片控制功率变换器工作在正常状态，即功率变换器根据实际需求将光伏组件的电压电流变换为不同等级的电压电流并传输至功率变换器的输出端。当多路选择器选择调节信号为控制信号，并且调节信号超过预设阈值时，控制功率变换器进入直通模式，此时图8中的主开关管S1保持常通，被动开关管S2保持常断，则功率变换器的输出电压等于输入电压，输出电流等于输入电流，即光伏组件的功率直接传输至功率变换器的输出端。
此实施例中，模拟芯片具有控制功率变换器工作于直通模式的功能，当光伏组件在未受到遮挡的情况下，可以允许功率变换器不进行功率变换，而将光伏组件的功率直接传输至输出端，从而降低了功率变换器带来的损耗，提高了整个光伏发电***的发电效率。
此实施例中电路拓扑及其相应的直通模式以BUCK降压电路为例，也可以应用于功率变换器为BOOST升压电路等情况，直通模式控制方式也可以根据不同电路拓扑进行相应的调整。
当多路选择器选择保护信号为控制信号时，控制信号用于控制功率变换器进行逐波限流，或控制功率变换器停止工作。
以图8所示的功率变换器拓扑例说明逐波限流的具体实现，模拟芯片输出的控制信号控制主开关管S1的导通时间逐周期减小直至不导通，在此过程中从功率变换器输入端流入输出端的电流逐渐变小，从而实现对主开关管S1和被动开关管S2的保护。
此实施例中，逐波限流保护可以避免功率变换器中的开关管在保护过程中出现暂时过压或者过流现象，从而对开关管进行保护。根据不同的应用场景和电路拓扑，如果开关管不会在保护过程中出现过压或过流现象，保护信号也可以直接停止功率变换器工作来进行保护。
另外，本申请实施例提供的模拟芯片，还可以在快速关断电路与模拟芯片外部的控制器通信出现异常时，快速关断电路产生快速关断信号给多路选择器，来对功率变换器进行保护。
本实施例中快速关断电路与模拟芯片外部的通信链路异常，在模拟芯片不包括通信电路时，由快速关断电路自身判断通信链路异常。当模拟芯片包括通信电路时，可以由通信电路判断快速关断电路与外部的通信链路异常，也可以由快速关断电路自身判断通信链路异常。
当模拟芯片输出的控制信号为快速关断信号，控制信号用于控制功率变换器快速放电，或控制功率变换器停止工作。
继续以图8所示的BUCK电路为例进行介绍，当多路选择器选择调节信号为控制信号时，控制信号根据调节信号对功率变换器的电容放电，即控制信号控制功率变换器中的被动开关管S2保持导通或者长时间导通，从而对输出电容C进行放电，将功率变换器的输出电压快速降低至安全电压以下。
如果功率变换器的输入端与光伏组件通过线缆或其他可能暴露的方式进行连接，例如暴露给工作人员或其他设备，则模拟芯片输出的控制信号可以控制主动管S1也保持导通或者进行长时间导通，对光伏组件进行放电，将功率变换器的输入电压快速降低至安全电压以下。此过程中，需保证被动开关管S2和主开关管S1不出现过流或过热损坏。功率变换器的输出电压和输入电压下降以后，可以停止功率变换器工作，最终实现功率变换器的快速关断，从而保证工作人员和设备的安全。
根据不同的应用场景和电路拓扑，调节信号也可以直接停止功率变换器工作，并保证功率变换器的输出电压和输入电压能够在短时间内降低至安全电压以下。
本申请实施例提供的模拟芯片还具有IV曲线扫描的功能，下面结合附图进行详细介绍。
参见图9，该图为本申请实施例提供的再一种模拟芯片的示意图。
由于功率变换器的输入端连接光伏组件，因此，模拟芯片可以实现光伏组件的电压和电流的曲线扫描。
本实施例中模拟芯片300还包括：曲线扫描电路37；
曲线扫描电路37，用于在接收到扫描指令时，产生曲线扫描启动信号至多路选择器；
多路选择器35，用于按照从高至低的优先级从快速关断信号、保护信号、曲线扫描启动信号和调节信号中选择控制信号；曲线扫描启动信号作为控制信号时，控制信号用于控制功率变换器对输入电压输入电流进行曲线扫描或对输出电压输出电流进行曲线扫描。
另外，本实施例提供的模拟芯片300，通信电路36还连接曲线扫描电路37；
通信电路36，用于将曲线扫描电路37的曲线扫描启动信号和曲线扫描模式发送给控制器，还用于将控制器发送的扫描调整指令发送给曲线扫描电路37，扫描调整指令用于调整曲线扫描模式和曲线扫描启动信号。
下面以扫描指令由模拟芯片的外部控制器产生为例来介绍，即当曲线扫描电路37接收到来自模拟芯片300外部的扫描指令时，产生有效的曲线扫描启动信号并发送至多路选择器35；当多路选择器35未接收到有效的调节信号或有效的保护信号时，并且接收到有效的曲线扫描启动信号时，将曲线扫描启动信号作为控制信号，并控制功率变换器按照曲线扫描电路37预设的曲线扫描模式对功率变换器的输入电流输入电压曲线或者输出电流输出电压曲线进行扫描。多路选择器35，还用于按照从高至低的优先级从快速关断信号S3、保护信号S2、曲线扫描启动信号S7和调节信号S1中选择控制信号S5，从而保证功率变换器的可靠运行；控制信号S5用于控制功率变换器中的功率器件。即S5可以为S1或S7或S2或S3中的一种，其中S3的优先级最高、S2次之、S7再次之、S1的优先级最低。即，当S1、S7、S2和S3同时有效时，多路选择器35选择S3作为控制信号输出，即S5＝S3。当S2、S7、和S1均有效时，多路选择器35选择S2作为控制信号输出，即S5＝S2。当S7和S1均有效时，多路选择器35选择S7作为控制信号输出，即S5＝S7。当只有S1有效时，多路选择器35选择S1作为控制信号输出，即S5＝S1。
当模拟芯片300包括通信电路36时，曲线扫描电路37还可以与通信电路36连接。通信电路36可以将曲线扫描电路37的工作状态作为通信信号发送至模拟芯片300的外部；曲线扫描电路37的工作状态包括当前的曲线扫描模式和曲线扫描启动信号。同时，模拟芯片300外部的控制器也可以发送调整曲线扫描电路37工作状态的扫描调整指令给芯片，通信电路36在接收到包含扫描调整指令的通信信号时，可以强制曲线扫描电路37调整工作状态，即强制调整曲线扫描模式和曲线扫描启动信号。
其中，曲线扫描模式可以为，整段IV扫描曲线从开路电压开始，扫描步长相同；或，扫描步长不同，或分段式IV曲线扫描等。
本申请实施例提供的模拟芯片还具有IV曲线扫描功能，例如可以实现功率变换器的输入电流输入电压的曲线扫描，也可以实现功率变换器的输出电流输出电压的曲线扫描，从而可以实现对光伏组件的电压电流特性进行监控，提高光伏发电***的监控和调整能力。
功率变换器实施例
基于以上实施例提供的一种功率变换器的模拟芯片，本申请实施例还提供一种功率变换器，该功率变换器集成了模拟芯片，即功率变换器包括功率变换电路和模拟芯片，下面结合附图进行详细介绍。
参见图10，该图为本申请实施例提供的一种光伏发电***的示意图。
本申请实施例提供的光伏发电***，包括：功率变换电路200a和以上实施例介绍的模拟芯片300；
功率变换电路200a的输入端用于连接光伏组件，功率变换电路200a的输出端用于连接逆变器400；
模拟芯片300，用于输出控制信号给功率变换电路200a，控制信号用于控制功率变换电路200a进行功率变换，即模拟芯片300输出控制信号可以为PWM信号，控制功率变换电路200a中的开关管动作，例如当功率变换电路200a的拓扑为图8所示的电路时，控制信号用于控制S1和S2动作。
本实施例中是以功率变换电路200a的输出端连接逆变器400为例进行介绍，另外，功率变换电路200a和逆变器400之间还可以包括汇流箱。
本实施例提供的光伏发电***包括模拟芯片，模拟芯片不但能够控制功率变换器进行正常的功率变换，将光伏组件的电能提供给逆变器，还可以实现保护、快速关断以及曲线扫描等较多功能。由于本申请实施例提供的光伏发电***中的功率变换器数量众多，而且每个功率变换器需要配置一个控制芯片，如果利用数字芯片来实现，成本较高，而利用以上实施例提供的模拟芯片将大大降低光伏发电***的成本。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (18)

1.一种功率变换器的模拟芯片，其特征在于，包括：采样电路、最大功率跟踪电路、保护电路、快速关断电路和多路选择器；
所述采样电路，用于采集所述功率变换器的电气参数，所述功率变换器的输入端用于连接光伏组件；
所述最大功率跟踪电路，用于根据所述电气参数获得所述功率变换器的输入功率和/或输出功率，根据所述输入功率或所述输出功率进行最大功率跟踪，获得调节信号给所述多路选择器；
所述快速关断电路，用于收到所述模拟芯片外部发送的快速关断指令时，产生快速关断信号给所述多路选择器；
所述保护电路，用于所述功率变换器的电气参数超过第一预设阈值时，产生保护信号给所述多路选择器；
所述多路选择器，用于从所述快速关断信号、所述保护信号或所述调节信号中选择一个作为控制信号，以控制所述功率变换器中的功率器件。
2.根据权利要求1所述的模拟芯片，其特征在于，所述控制器，具体用于从高至低的优先级从所述快速关断信号、所述保护信号和所述调节信号中选择控制信号，用于控制所述功率变换器中的功率器件。
3.根据权利要求1所述的模拟芯片，其特征在于，还包括：与所述快速关断电路和所述采样电路均连接的通信电路；
所述通信电路，用于将控制器发送的所述快速关断指令转发给所述快速关断电路，还用于将所述采样电路采集的所述功率变换器的电气参数发送给所述控制器；所述控制器，用于根据所述电气参数监控所述功率变换器的运行。
4.根据权利要求3所述的模拟芯片，其特征在于，所述通信电路还连接所述多路选择器；
所述通信电路，用于将所述多路选择器的控制信号和/或控制信号的选择结果发送给所述控制器，和/或，用于将控制器发送的强制选择指令发送给所述多路选择器，所述多路选择器根据所述强制选择指令从所述快速关断信号、所述保护信号和所述调节信号中选择控制信号。
5.根据权利要求1-4任一项所述的模拟芯片，其特征在于，所述最大功率跟踪电路包括：乘法器、最大功率***和电压处理器；
所述乘法器，用于根据所述电气参数中的电压和电流获得所述输入功率和/或所述输出功率；
所述最大功率***，用于根据所述输入功率或所述输出功率进行最大功率跟踪获得电压参考值；
所述电压处理器，用于根据所述电压参考值和所述电气参数中的输入电压或输出电压获得所述调节信号。
6.根据权利要求5所述的模拟芯片，其特征在于，所述最大功率跟踪电路还包括：电压模拟器；
所述电压模拟器，用于根据预设系数及所述电气参数中的电压获得电压预设值，所述电气参数中的电压包括输入电压或输出电压；
所述电压处理器，具体用于将所述电压参考值和所述电压预设值进行比较获得比较结果，根据比较结果和所述电气参数中的输入电压或输出电压获得所述调节信号。
7.根据权利要求5或6所述的模拟芯片，其特征在于，所述最大功率***，还用于存储所述乘法器发送的所述输入功率或所述输出功率作为记忆功率，将所述光伏组件的实时功率与所述记忆功率进行比较获得所述电压参考值。
8.根据权利要求5或6所述的模拟芯片，其特征在于，所述电压处理器，还用于当所述调节信号表征的参数超过第二预设阈值时，通过所述控制信号控制所述功率变换器工作在直通模式。
9.根据权利要求5或6所述的模拟芯片，其特征在于，所述通信电路还连接所述最大功率跟踪电路；
所述通信电路，还用于将所述最大功率跟踪电路获得的所述功率变换器的功率或所述调节信号发送给所述控制器；和/或用于将所述控制器对于所述最大功率跟踪电路的调整功率指令发送给所述最大功率跟踪电路，所述调整功率指令用于调整所述最大功率跟踪电路中的所述功率变换器的功率或所述调节信号；其中，所述功率变换器的功率为输入功率和/或输出功率。
10.根据权利要求5所述的模拟芯片，其特征在于，所述通信电路还连接所述最大功率跟踪电路；
所述通信电路，还用于将所述电压参考值发送给所述控制器；和/或，用于将所述控制器发送的调整所述电压参考值的指令转发给所述电压处理器。
11.根据权利要求6所述的模拟芯片，其特征在于，所述通信电路还连接所述最大功率跟踪电路；
所述通信电路，还用于将所述预设系数、所述电压预设值或所述电压参考值中的至少一项发送给所述控制器；和/或，用于将所述控制器发送的调整所述预设系数、所述电压预设值或所述电压参考值中至少一项的指令转发给所述电压处理器。
12.根据权利要求3-11任一项所述的模拟芯片，其特征在于，所述通信电路还连接所述保护电路；
所述通信电路，还用于将所述保护电路的所述第一预设阈值和所述保护信号发送给所述控制器；还用于接收所述控制器发送的调整保护指令给所述保护电路，所述调整保护指令用于调整所述第一预设阈值或所述保护信号。
13.根据权利要求1-12任一项所述的模拟芯片，其特征在于，所述控制信号为所述保护信号，所述控制信号用于控制所述功率变换器进行逐波限流，或控制所述功率变换器停止工作。
14.根据权利要求1-12任一项所述的模拟芯片，其特征在于，所述快速关断模块与控制器的通信出现异常，所述快速关断电路用于产生快速关断信号给所述多路选择器。
15.根据权利要求1-14任一项所述的模拟芯片，其特征在于，所述控制信号为所述快速关断信号，所述控制信号用于控制所述功率变换器快速放电，或控制所述功率变换器停止工作。
16.根据权利要求3-15任一项所述的模拟芯片，其特征在于，还包括：曲线扫描电路；
所述曲线扫描电路，用于在接收到扫描指令时，产生曲线扫描启动信号至多路选择器；
所述多路选择器，用于按照从高至低的优先级从所述快速关断信号、所述保护信号、所述曲线扫描启动信号和所述调节信号中选择控制信号；所述曲线扫描启动信号作为控制信号时，所述控制信号用于控制所述功率变换器对输入电压输入电流进行曲线扫描或对输出电压输出电流进行曲线扫描。
17.根据权利要求16所述的模拟芯片，其特征在于，所述通信电路还连接所述曲线扫描电路；
所述通信电路，用于将所述曲线扫描电路的所述曲线扫描启动信号和曲线扫描模式发送给所述控制器，还用于将所述控制器发送的扫描调整指令发送给所述曲线扫描电路，所述扫描调整指令用于调整所述曲线扫描模式和所述曲线扫描启动信号。
18.一种功率变换器，其特征在于，包括：功率变换电路和权利要求1-17任一项所述的模拟芯片；
所述功率变换器的输入端用于连接光伏组件，所述功率变换器的输出端用于连接汇流箱或逆变器；所述模拟芯片，用于输出控制信号给所述功率变换器，所述控制信号用于控制所述功率变换电路。
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