CN219678153U - 一种光伏充电保护电路及光伏充电控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光伏充电领域，具体涉及一种光伏充电保护电路及光伏充电控制器。该光伏充电保护电路包括光伏、降压单元、继电器单元、电压比较单元、驱动缓冲单元和主控单元，降压单元用于将光伏的电压降压后输出；继电器单元设置在光伏与降压单元之间；电压比较单元用于将降压单元输出的电压与预设电压值进行比较，根据比较结果输出电平信号；主控单元分别与驱动缓冲单元和电压比较单元连接，并输出开关控制信号至驱动缓冲单元；驱动缓冲单元与电压比较单元的输出端连接，并基于电压比较单元输出的电平信号，开启或停止将主控单元的开关控制信号输出至继电器单元，以控制继电器单元的导通或断开。本申请可提高对外接电池和负载设备充电的可靠性。

Description

一种光伏充电保护电路及光伏充电控制器

技术领域

本实用新型涉及光伏充电领域，具体涉及一种光伏充电保护电路及光伏充电控制器。

背景技术

光伏充电控制器中，通常采用降压充电电路将光伏的电压降压后为电池充电，电池通过外接负载设备进行放电。

相关技术中，降压充电电路的续流回路采用功率二极管或场效应管进行续流。然而，当降压充电电路中的主功率管损坏短路时，光伏输出的电压直接输出至电池，并输出至与电池并接的负载设备。由于与电池并接的负载设备所允许的最高输入电压较低，光伏直接输出的电压高，会直接损坏负载设备，充电可靠性低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光伏充电保护电路及光伏充电控制器，解决现有光伏充电容易损坏负载设备，充电可靠性低的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光伏充电保护电路，包括光伏、降压单元、继电器单元、电压比较单元、驱动缓冲单元和主控单元，其中，所述降压单元用于将所述光伏的电压降压后输出；

所述继电器单元设置在所述光伏与所述降压单元之间；所述电压比较单元用于将所述降压单元输出的电压与预设电压值进行比较，根据比较结果输出电平信号；所述主控单元分别与所述驱动缓冲单元和所述电压比较单元连接，并输出开关控制信号至所述驱动缓冲单元；所述驱动缓冲单元与所述电压比较单元的输出端连接，并基于所述电压比较单元输出的电平信号，开启或停止将所述主控单元的开关控制信号输出至所述继电器单元，以控制所述继电器单元的导通或断开。

其中，较佳方案是：所述继电器单元包括第一继电器，所述第一继电器串联设置在所述光伏和所述降压单元之间，且所述第一继电器的控制端与所述驱动缓冲单元连接。

其中，较佳方案是：所述继电器单元还包括用于吸收浪涌电流的预充电模块，所述预充电模块与所述第一继电器并联连接。

其中，较佳方案是：所述预充电模块包括依次串联的可调电阻、第二继电器和输入电容，所述可调电阻的另一端与所述光伏的正极和所述第一继电器的一端连接，所述第二继电器与所述输入电容的串联节点与所述第一继电器的另一端连接，所述第二继电器的控制端与所述驱动缓冲单元连接，所述输入电容的另一端与所述光伏的负极连接。

其中，较佳方案是：所述驱动缓冲单元包括第一驱动缓冲器和第二驱动缓冲器，所述第一驱动缓冲器分别与所述电压比较单元的输出端、主控单元和第一继电器的控制端连接，所述第二驱动缓冲器分别与所述电压比较单元的输出端、主控单元和所述第二继电器的控制端连接。

其中，较佳方案是：所述光伏充电保护电路还包括信号反相单元，所述信号反相单元设于所述电压比较单元的输出端与所述驱动缓冲单元之间，所述信号反相单元用于将所述电压比较单元输出的电平信号转换为相位相反的电平信号。

其中，较佳方案是：所述信号反相单元包括反相器，所述反相器的输入端与所述电压比较单元的输出端连接，所述反相器的输出端与所述驱动缓冲单元连接。

其中，较佳方案是：所述信号反相单元还包括上拉电阻和二极管，所述上拉电阻的一端与外部电源连接，另一端与所述反相器的输入端连接，所述二极管的正极与所述反相器的输入端连接，负极与所述电压比较单元的输出端连接。

其中，较佳方案是：所述降压单元包括第一开关管、第二开关管、电感和储能电容，所述第一开关管和所述第二开关管串联设置，所述第一开关管的漏极与所述继电器单元连接，所述第二开关管的源极与所述光伏的负极连接，所述第一开关管的栅极和所述第二开关管的栅极均与所述主控单元连接，所述第一开关管和所述第二开关管的串联节点与所述电感的一端连接，所述电感的另一端与所述储能电容连接，所述储能电容的另一端与所述光伏的负极连接。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种光伏充电控制器，包括所述的光伏充电保护电路。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型通过在光伏和降压单元之间设置继电器单元，并设置电压比较单元将降压单元输出的电压与预设电压值进行比较，根据比较结果输出电平信号，驱动缓冲单元基于电压比较单元输出的电平信号，开启或停止将主控单元的开关控制信号输出至继电器单元，以控制所述继电器单元的导通或断开，实现在输出电压过高的情况下，控制切断继电器单元，快速切断光伏与降压单元之间通路，切断电压输出，提高光伏充电控制器对电池及负载设备充电的可靠性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的光伏充电保护电路的结构框图；

图2是本实用新型的光伏充电保护电路的部分电路示意图；

图3是图1中驱动缓冲单元的第一驱动缓冲器的电路示意图；

图4是图1中驱动缓冲单元的第二驱动缓冲器的电路示意图；

图5是图1中电压比较单元和信号反相单元的电路示意图。

附图中的标号如下：

10、光伏；20、降压单元；30、继电器单元；31、预充电模块；40、电压比较单元；41、电压检测模块；50、驱动缓冲单元；60、主控单元；70、信号反相单元；

K1、第一继电器；K2、第二继电器；R1、可调电阻；R2、上拉电阻；C1、输入电容；C2、储能电容；U1、第一驱动缓冲器；U2、第二驱动缓冲器；U3、反相器；U4、比较器；D1、二极管；Q1、第一开关管；Q2、第二开关管；L1、电感。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种光伏充电保护电路的优选实施例。

参考图1，光伏充电保护电路包括光伏10、降压单元20、继电器单元30、电压比较单元40、驱动缓冲单元50和主控单元60。

光伏10可以利用光伏10电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能，输出电压。

降压单元20用于将光伏10的电压降压后输出。

继电器单元30设置在光伏10与降压单元20之间。

电压比较单元40用于将降压单元20输出的电压与预设电压值进行比较，根据比较结果输出电平信号；

主控单元60分别与驱动缓冲单元50和电压比较单元40连接，并输出开关控制信号至驱动缓冲单元50；

驱动缓冲单元50与电压比较单元40的输出端连接，并基于电压比较单元40输出的电平信号，开启或停止将主控单元60的开关控制信号输出至继电器单元30，以控制继电器单元30的导通或断开。

本申请通过在光伏10和降压单元20之间设置继电器单元30，并设置电压比较单元40将降压单元20输出的电压与预设电压值进行比较，根据比较结果输出电平信号，驱动缓冲单元50基于电压比较单元40输出的电平信号，开启或停止将主控单元60的开关控制信号输出至继电器单元30，以控制继电器单元30的导通或断开，实现在降压单元20短路输出电压过高的情况下，控制切断继电器单元30，快速切断光伏10与降压单元20之间通路，切断电压输出，提高对外接电池及负载设备充电的可靠性。

参考图1和图2，继电器单元30包括第一继电器K1。第一继电器K1串联设置在光伏10和降压单元20之间，且第一继电器K1的控制端与驱动缓冲单元50连接。

驱动缓冲单元50基于电压比较单元40输出的电平信号，开启或停止将主控单元60的开关控制信号输出至第一继电器K1的控制端，控制第一继电器K1的导通或断开，从而导通或切断光伏10与降压单元20之间的通路。

当第一继电器K1导通，光伏10与降压单元20之间的通路导通，光伏10可以通过降压单元20降压后输出，为外接的电池和负载设备供电。当第一继电器K1断开，光伏10与降压单元20之间的通路被切断，即使降压单元20中的元器件短路，光伏10也无法通过降压单元20输出电压至外接电池和负载设备，降低光伏10输出高压损坏负载设备的可能性，提高充电可靠性。

参考图1和图2，继电器单元30还包括用于吸收浪涌电流的预充电模块31。预充电模块31与第一继电器K1并联连接。光伏10输出的电压经第一继电器K1传输至降压单元20，存在浪涌电流，通过设置预充电模块31，可以在导通第一继电器K1前先使用预充电模块31吸收浪涌电流，有效保护第一继电器K1的触点。

具体地，预充电模块31包括依次串联的可调电阻R1、第二继电器K2和输入电容C1。可调电阻R1的另一端与光伏10的正极和第一继电器K1的一端连接。第二继电器K2与输入电容C1的串联节点与第一继电器K1的另一端连接，第二继电器K2的控制端与驱动缓冲单元50连接。输入电容C1的另一端与光伏10的负极连接。

在降压单元20输出的电压小于预设电压值的情况下，驱动缓冲单元50将主控单元60的开关控制信号输出至第二继电器K2，第二继电器K2导通，可调电阻R1调节至合适的阻值，光伏10输出的电压经可调电阻R1和第二继电器K2为输入电容C1充电，吸收浪涌电流，有效保护第一继电器K1的触点。

在降压单元20输出的电压大于预设电压值的情况下，驱动缓冲单元50停止将主控单元60的开关控制信号输出至第二继电器K2，即驱动缓冲单元50输出低电平信号，第二继电器K2断开。

在一个实施例中，参考图1、图3和图4，驱动缓冲单元50包括第一驱动缓冲器U1和第二驱动缓冲器U2。第一驱动缓冲器U1分别与电压比较单元40的输出端、主控单元60和第一继电器K1的控制端连接，第二驱动缓冲器U2分别与电压比较单元40的输出端、主控单元60和第二继电器K2的控制端连接。

通过设置第一驱动缓冲器U1和第二驱动缓冲器U2，主控单元60的开关控制信号可以分别通过第一驱动缓冲器U1和第二驱动缓冲器U2，分别对第一继电器K1和第二继电器K2的导通状态进行控制，控制方便。

具体地，第一驱动缓冲器U1的使能端与电压比较单元40的输出端连接，第一驱动缓冲器U1的输入端与主控单元60连接，输出端与第一继电器K1的控制端连接。当第一驱动缓冲器U1的使能端接收到低电平信号，第一驱动缓冲器U1使能，第一驱动缓冲器U1开启将主控单元60的开关控制信号传输至第一继电器K1的控制端，主控单元60开关控制信号可以设置为高电平信号，第一驱动缓冲器U1输出高电平信号导通第一继电器K1。当第一驱动缓冲器U1的使能端接收到高电平信号，第一驱动缓冲器U1处于高阻抗关断状态，停止将主控单元60的开关控制信号传输至第一继电器K1的控制端，第一驱动缓冲器U1输出为低电平信号，第一继电器K1断开。图3中所示的PN_PV-Relay信号为主控单元60输出的对第一继电器K1的开关控制信号，PV-Relay信号为第一驱动缓冲器U1输出至第一继电器K1的信号。

第二驱动缓冲器U2的使能端与电压比较单元40的输出端连接，第二驱动缓冲器U2的输入端与主控单元60连接，输出端与第二继电器K2的控制端连接。当第二驱动缓冲器U2的使能端接收到低电平信号，第二驱动缓冲器U2使能，第二驱动缓冲器U2开启将主控单元60的开关控制信号传输至第二继电器K2的控制端，主控单元60开关控制信号可以设置为高电平信号，第二驱动缓冲器U2输出高电平信号，导通第二继电器K2。当第二驱动缓冲器U2的使能端接收到高电平信号，第二驱动缓冲器U2处于高阻抗关断状态，停止将主控单元60的开关控制信号传输至第二继电器K2的控制端，第二驱动缓冲器U2输出为低电平信号，第二继电器K2断开。图4中所示的PN_PV-Relay-Aux信号为主控单元60输出的对第二继电器K2的开关控制信号，PV-Relay-Aux信号为第二驱动缓冲器U2输出至第二继电器K2的信号。

在其他实施例中，驱动缓冲单元50也可以是设置一第三驱动缓冲器，第三驱动缓冲设置多个输入端和多个输出端，多个输入端与主控单元60的不同的端口连接，不同的输出端可分别连接至第一继电器K1和第二继电器K2的控制端，实现对第一继电器K1和第二继电器K2的控制。

在一个实施例中，参考图1，光伏充电保护电路还包括信号反相单元70，信号反相单元70设于电压比较单元40的输出端与驱动缓冲单元50之间。信号反相单元70用于将电压比较单元40输出的电平信号转换为相位相反的电平信号。

通过设置信号反相单元70可以对电压比较单元40输出的电平信号的波形进行整形，可防止一些信号的干扰。

具体地，参考图1和图5，信号反相单元70包括反相器U3，反相器U3的输入端与电压比较单元40的输出端连接，反相器U3的输出端与驱动缓冲单元50连接。

反相器U3可以将电压比较单元40输出的电平信号的相位反转180度，输出与原电平信号相位相反的电平信号，可以对原电平信号的波形进行整形，防止一些信号的干扰。反相器U3输出的电平信号为图3至图5中所标识的EN-CHG。

在一个实施例中，信号反相单元70还包括上拉电阻R2和二极管D1。上拉电阻R2的一端与外部电源连接，另一端与反相器U3的输入端连接。二极管D1的正极与反相器U3的输入端连接，负极与电压比较单元40的输出端连接。

通过在反相器U3的输入端设置上拉电阻R2和二极管D1，当降压单元20输出的电压大于预设电压值时，电压比较单元40的输出端输出低电平信号，反相器U3的输入端为低电平信号，而不是高电平信号，防止电平信号的误判。

在一个实施例中，参考图1和图2，降压单元20包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、电感L1和储能电容C2。第一开关管Q1和第二开关管Q2串联设置，第一开关管Q1的漏极与继电器单元30连接，第二开关管Q2的源极与光伏10的负极连接，第一开关管Q1的栅极和第二开关管Q2的栅极均与主控单元60连接，第一开关管Q1和第二开关管Q2的串联节点与电感L1的一端连接。电感L1的另一端与储能电容C2连接，储能电容C2的另一端与光伏10的负极连接。

当继电器单元30的第一继电器K1导通，主控单元60控制第一开关管Q1导通，控制第二开关管Q2截止，电感L1的电流线性上升，输出储能；主控单元60控制第一开关管Q1截止，控制第二开关管Q2导通，电感L1的电流线性下降，通过第二开关管Q2续流，实现光伏10的电压的降压输出。

在一个实施例中，参考图1和图5，电压比较单元40包括比较器U4和电压检测模块41。比较器U4的正相输入端与主控单元60连接，反相输入端与电压检测模块41连接，输出端与驱动缓冲单元50连接。电压检测模块41与降压单元20连接。电压检测模块41用于检测降压单元20输出的电压，并将检测到的电压传输至比较器U4的反相输入端。图5中PWM_set_Vout_Ref信号为主控单元60传输至比较器U4的正相输入端的信号。

主控单元60输出PWM信号至比较器U4的正相输入端。通过设置PWM信号的占空比，设置对应输入比较器U4的正相输入端的预设电压值，该预设电压值可以是基于外接电池的电压保护值和电压检测模块41的元器件的参数所对应设置的。通过主控单元60设置PWM信号的占空比设置预设电压值属于现有技术，其软件部分不属于本实用新型的改进。

参考图1至图5，本申请的光伏充电保护电路的大致工作原理如下：

电压比较单元40的电压检测模块41检测降压单元20输出的电压，并将检测到的电压传输至比较器U4的反相输入端，比较器U4将电压检测模块41检测到的电压与正相输入端输入的预设电压值进行比较，在电压大于预设电压值的情况下，比较器U4输出低电平信号。低电平信号经信号反相单元70的反相器U3反相转换为高电平信号，驱动缓冲单元50的第一驱动缓冲器U1和第二驱动缓冲器U2的使能端接收到高电平信号，第一驱动缓冲器U1和第二驱动缓冲器U2处于高阻抗关断状态，停止将主控单元60的开关控制信号传输至第一继电器K1和第二继电器K2的控制端，第一驱动缓冲器U1和第二驱动缓冲器U2的输出端均输出低电平信号，第一继电器K1和第二继电器K2均处于断开状态，光伏10与降压单元20之间通路切断，不会输出电压，避免损坏外接电池及负载设备。

在电压检测模块41检测到的电压小于预设电压值的情况下，比较器U4输出高电平信号。高电平信号经信号反相单元70的反相器U3反相转换为低电平信号，驱动缓冲单元50的第一驱动缓冲器U1和第二驱动缓冲器U2的使能端接收到低电平信号，第一驱动缓冲器U1和第二驱动缓冲器U2使能，开启将主控单元60的开关控制信号传输至第一继电器K1和第二继电器K2的控制端，主控单元60通过第二驱动缓冲器U2输出高电平信号至第二继电器K2的控制端，开启第二继电器K2，光伏10通过预充电模块31的可调电阻R1和第二继电器K2对输入电容C1进行充电，吸收浪涌电流。主控单元60通过第一驱动缓冲器U1输出高电平信号至第一继电器K1的控制端，开启第一继电器K1，光伏10通过降压单元20进行降压后输出，为外接电池和负载设备供电。

本申请还提供一种光伏充电控制器的优选实施例。

光伏充电控制器包括上述的光伏充电保护电路。本申请光伏充电控制器的光伏充电保护电路通过在光伏10和降压单元20之间设置继电器单元30，并设置电压比较单元40将降压单元20输出的电压与预设电压值进行比较，根据比较结果输出电平信号，驱动缓冲单元50基于电压比较单元40输出的电平信号，开启或停止将主控单元60的开关控制信号输出至继电器单元30，以控制继电器单元30的导通或断开，实现在输出电压过高的情况下，控制切断继电器单元30，快速切断光伏10与降压单元20之间通路，切断电压输出，提高光伏充电控制器对电池及负载设备充电的可靠性。

以上所述者，仅为本实用新型最佳实施例而已，并非用于限制本实用新型的范围，凡依本实用新型申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本实用新型所涵盖。

Claims (10)

1.一种光伏充电保护电路，其特征在于，包括光伏、降压单元、继电器单元、电压比较单元、驱动缓冲单元和主控单元，其中，

所述降压单元用于将所述光伏的电压降压后输出；

所述继电器单元设置在所述光伏与所述降压单元之间；

所述电压比较单元用于将所述降压单元输出的电压与预设电压值进行比较，根据比较结果输出电平信号；

所述主控单元分别与所述驱动缓冲单元和所述电压比较单元连接，并输出开关控制信号至所述驱动缓冲单元；

所述驱动缓冲单元与所述电压比较单元的输出端连接，并基于所述电压比较单元输出的电平信号，开启或停止将所述主控单元的开关控制信号输出至所述继电器单元，以控制所述继电器单元的导通或断开。

2.根据权利要求1所述的光伏充电保护电路，其特征在于，所述继电器单元包括第一继电器，所述第一继电器串联设置在所述光伏和所述降压单元之间，且所述第一继电器的控制端与所述驱动缓冲单元连接。

3.根据权利要求2所述的光伏充电保护电路，其特征在于，所述继电器单元还包括用于吸收浪涌电流的预充电模块，所述预充电模块与所述第一继电器并联连接。

4.根据权利要求3所述的光伏充电保护电路，其特征在于，所述预充电模块包括依次串联的可调电阻、第二继电器和输入电容，所述可调电阻的另一端与所述光伏的正极和所述第一继电器的一端连接，所述第二继电器与所述输入电容的串联节点与所述第一继电器的另一端连接，所述第二继电器的控制端与所述驱动缓冲单元连接，所述输入电容的另一端与所述光伏的负极连接。

5.根据权利要求4所述的光伏充电保护电路，其特征在于，所述驱动缓冲单元包括第一驱动缓冲器和第二驱动缓冲器，所述第一驱动缓冲器分别与所述电压比较单元的输出端、主控单元和第一继电器的控制端连接，所述第二驱动缓冲器分别与所述电压比较单元的输出端、主控单元和所述第二继电器的控制端连接。

6.根据权利要求1所述的光伏充电保护电路，其特征在于，所述光伏充电保护电路还包括信号反相单元，所述信号反相单元设于所述电压比较单元的输出端与所述驱动缓冲单元之间，所述信号反相单元用于将所述电压比较单元输出的电平信号转换为相位相反的电平信号。

7.根据权利要求6所述的光伏充电保护电路，其特征在于，所述信号反相单元包括反相器，所述反相器的输入端与所述电压比较单元的输出端连接，所述反相器的输出端与所述驱动缓冲单元连接。

8.根据权利要求7所述的光伏充电保护电路，其特征在于，所述信号反相单元还包括上拉电阻和二极管，所述上拉电阻的一端与外部电源连接，另一端与所述反相器的输入端连接，所述二极管的正极与所述反相器的输入端连接，负极与所述电压比较单元的输出端连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的光伏充电保护电路，其特征在于，所述降压单元包括第一开关管、第二开关管、电感和储能电容，所述第一开关管和所述第二开关管串联设置，所述第一开关管的漏极与所述继电器单元连接，所述第二开关管的源极与所述光伏的负极连接，所述第一开关管的栅极和所述第二开关管的栅极均与所述主控单元连接，所述第一开关管和所述第二开关管的串联节点与所述电感的一端连接，所述电感的另一端与所述储能电容连接，所述储能电容的另一端与所述光伏的负极连接。

10.一种光伏充电控制器，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的光伏充电保护电路。