專利名稱：新型太陽能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及利用太陽能供電的設(shè)備，特別是一種新型太陽能控制器。
背景技術(shù)：
早期的太陽能控制器采用繼電器、接觸器類開關(guān)，因高直流而通斷壽命無法 滿足要求，且成本極高。目前，主流的通斷型太陽能控制器主要采用MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、 IGBT(Insolated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)等大功率開關(guān)管進行通 斷控制，以給蓄電池充電和放電。圖1和圖2是傳統(tǒng)太陽能控制器的兩種較典型的拓撲框 圖。相對于傳統(tǒng)的DC/DC變換模式，這種太陽能控制器效率高，電路簡單，成本低，控制電路 簡單。由于這種太陽能控制器一方面要給蓄電池充電，另一方面要防止太陽能電池電壓低 時蓄電池反灌，故通斷式開關(guān)必須是單向通雙向阻斷型的，為達到此目的，業(yè)界通常使用兩 個開關(guān)管進行通斷式開關(guān)控制。但是，這種太陽能控制器中開關(guān)管的導(dǎo)通需要主控制電路 提供驅(qū)動信號，當(dāng)主控制電路損壞或維修更換時，蓄電池放電回路上的開關(guān)管會因失去主 控制電路的控制信號而關(guān)斷，使蓄電池?zé)o法對負載設(shè)備保持正常輸出狀態(tài)，從而導(dǎo)致負載 非正常下電。另外，太陽能控制器需要在室外接太陽能電池方陣，極易遭受雷擊等自然災(zāi) 害，按照傳統(tǒng)的方案，開關(guān)管易受雷擊而損壞，導(dǎo)致太陽能控制器無法工作。

實用新型內(nèi)容本實用新型的主要目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強 的新型太陽能控制器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案一種太陽能控制器，包括自太陽能電池輸出端依次相耦合的第一開關(guān)管、蓄電池 和第二開關(guān)管，其特征在于，還包括與所述第二開關(guān)管并聯(lián)連接的第二接觸式電控開關(guān)。優(yōu)選地，具有多個所述第二開關(guān)管和所述第二接觸式電控開關(guān)組成的支路，多個 支路并聯(lián)連接再分別接至負載。優(yōu)選地，所述第二接觸式電控開關(guān)為磁保持繼電器或接觸器。優(yōu)選地，還包括與所述第一開關(guān)管串聯(lián)連接的第一接觸式電控開關(guān)，所述第一接 觸式電控開關(guān)受控在太陽能控制器輸入極性檢測為反接時保持關(guān)斷。優(yōu)選地，具有多個所述第一開關(guān)管和所述第一接觸式電控開關(guān)組成的支路，多個 支路并聯(lián)連接再接至所述蓄電池。優(yōu)選地，具有多個所述第一開關(guān)管，多個所述第一開關(guān)管并聯(lián)連接再接至所述第 一接觸式電控開關(guān)。本實用新型有益的技術(shù)效果如下本實用新型的太陽能控制器包括接在蓄電池輸出回路的第二開關(guān)管和與第二開 關(guān)管并聯(lián)連接的第二接觸式電控開關(guān)，這樣，第二接觸式電控開關(guān)可受控在蓄電池電壓處于正常范圍內(nèi)時保持開通，從而可以保證在主控制電路損壞或維修更換時對負載設(shè)備保持 正常輸出狀態(tài)，不會因沒有控制信號而導(dǎo)致負載下電。通常情況下，對負載的輸出均為開通 狀態(tài)，只有出現(xiàn)蓄電池欠壓需要下電或蓄電池過壓需要保護負載而下電時才需要斷開，故 根據(jù)本實用新型，只要上電后蓄電池電壓在正常范圍內(nèi)，第二接觸式電控開關(guān)保持閉合即 保持支路開通，即使在主控制板故障或維修而導(dǎo)致第二開關(guān)管關(guān)斷時，也可以利用第二接 觸式電控開關(guān)支路對負載供電。另一方面，由于太陽能控制器需要在室外接太陽能電池方陣，極易受雷擊等自然 災(zāi)害，而開關(guān)管易受雷擊損壞，由于接觸式電控開關(guān)觸點耐壓性能好，從而使得蓄電池輸出 回路的抗雷擊等干擾能力也大大提高。進一步地，使第二開關(guān)管受控在第二接觸式電控開關(guān)的開通和關(guān)斷過程中處于開 通狀態(tài)，可實現(xiàn)第二接觸式電控開關(guān)的零電壓開與關(guān)，延長其使用壽命。

圖1為傳統(tǒng)太陽能控制器的一種典型的拓撲簡圖；圖2為傳統(tǒng)太陽能控制器的另一種典型的拓撲簡圖；圖3為本實用新型的太陽能控制器一種實施例拓撲簡圖圖4為本實用新型的太陽能控制器另一種實施例的拓撲簡圖；圖5為圖4所示太陽能控制器的一種變形例的拓撲簡圖；圖6為圖4所示太陽能控制器的另一種變形例的拓撲簡圖；圖7為本實用新型一種多路方陣輸入單路負載輸出的實施例的拓撲簡圖；圖8為本實用新型一種多路方陣輸入兩路負載輸出的實施例的拓撲簡圖；圖9為本實用新型另一種多路方陣輸入兩路負載輸出的實施例的拓撲簡圖；本實用新型的特征及優(yōu)點將通過實施例結(jié)合附圖進行詳細說明。
具體實施方式
請參考圖3，一種實施例的太陽能控制器包括自太陽能電池輸出端依次相耦合的 第一開關(guān)管Q1、蓄電池和第二開關(guān)管Q2，還包括與第二開關(guān)管Q2并聯(lián)連接的第二接觸式電 控開關(guān)RLY2。第一、二開關(guān)管Q1、Q2優(yōu)選但不限于采用M0SFET，且第一開關(guān)管Q1優(yōu)選由兩 個M0SFET串聯(lián)連接組成。第二接觸式電控開關(guān)RLY2優(yōu)選但不限于采用磁保持繼電器。其 中，第二接觸式電控開關(guān)RLY2受控在蓄電池電壓處于正常范圍內(nèi)時保持開通。對蓄電池的輸出放電回路采用開關(guān)管與磁保持繼電器并聯(lián)模式，可以保證在主控 制電路損壞或維修更換時對負載設(shè)備保持正常輸出狀態(tài)，故不會因沒有控制信號而導(dǎo)致負 載下電。通常情況下，對負載的輸出均為開通狀態(tài)，只有出現(xiàn)蓄電池欠壓需要下電或蓄電池 過壓需要保護負載而下電時才需要斷開，故按照本實施例，只要上電后蓄電池電壓在正常 范圍內(nèi)，磁保持繼電器保持閉合即保持該支路開通，即使在主控制板故障或維修而導(dǎo)致第 二開關(guān)管Q2關(guān)斷時，也可以利用磁保持繼電器支路對負載輸送電能。在另一方面，由于磁保持繼電器觸點耐壓性能好，輸出回路的抗雷擊等干擾能力 也大大提高。由于太陽能控制器需要在室外接太陽能電池方陣，極易遭受雷擊等自然災(zāi)害， 按照傳統(tǒng)的方案，開關(guān)管例如三極管、MOSFET、IGBT等易受雷擊而損壞，而接觸式電控開關(guān)觸點抗雷擊等自然災(zāi)害能力則強得多，從而能增強太陽能控制器的可靠性。優(yōu)選地，使第二開關(guān)管Q2受控在磁保持繼電器的開通和關(guān)斷過程中處于開通狀 態(tài)，具體控制方式如下在蓄電池電壓正常時，控制器開機后，先控制第二開關(guān)管Q2開通，再由磁保持繼 電器驅(qū)動電路發(fā)出驅(qū)動信號使磁保持繼電器閉合，由于與磁保持繼電器并聯(lián)的第二開關(guān)管 Q2處于開通狀態(tài)，此時磁保持繼電器閉合是零電壓閉合，對壽命沒有不良影響。當(dāng)磁保持繼 電器閉合后，磁保持繼電器驅(qū)動信號斷開，磁保持繼電器處于閉合保持狀態(tài)，此時可斷開第 二開關(guān)管Q2，減少開通損耗。當(dāng)蓄電池電壓過高或過低、其它異常狀態(tài)需要負載下電時，使第二開關(guān)管Q2先開 通，然后再由磁保持繼電器驅(qū)動電路發(fā)出驅(qū)動信號使磁保持繼電器斷開，由于與磁保持繼 電器并聯(lián)連接的第二開關(guān)管Q2處于開通狀態(tài)，此時磁保持繼電器斷開是零電壓斷開，對壽 命沒有不良影響。當(dāng)磁保持繼電器斷開后，磁保持繼電器驅(qū)動信號斷開，磁保持繼電器處于 斷開保持狀態(tài)，此時再斷開第二開關(guān)管Q2開關(guān)管，實現(xiàn)負載下電。請參考圖4，在一種改進的實施例中，太陽能控制器還包括與第一開關(guān)管Q1串聯(lián) 連接的第一接觸式電控開關(guān)RLY1。第一開關(guān)管Q1優(yōu)選但不限于采用單個M0SFET。第一接 觸式電控開關(guān)RLY1優(yōu)選但不限于采用磁保持繼電器。蓄電池的輸入充電回路開關(guān)采用第一開關(guān)管Q1與磁保持繼電器串聯(lián)模式，相當(dāng) 于用磁保持繼電器替代傳統(tǒng)控制器中的防反灌開關(guān)。在輸入極性檢測未完成或極性反時， 磁保持繼電器不動作，保持斷開狀態(tài)。由于磁保持繼電器觸點間耐壓為幾千伏特，對于輸入 最高電壓為幾百伏特的太陽能控制器輸入不存在問題，可以一直承受。在為蓄電池正常充 電之前，太陽能控制器依據(jù)太陽能方陣輸入電壓進行極性判斷，當(dāng)輸入極性反接時，太陽能 控制器會給出告警，控制磁保持繼電器保持斷開狀態(tài)，直至極性正確、輸入正常后，磁保持 繼電器才受控制而閉合，使太陽能控制器進入正常的充電控制狀態(tài)。與傳統(tǒng)的采用開關(guān)管 耐壓模式來防止反灌的方案相比，磁保持繼電器在正常工作時的導(dǎo)通損耗低于開關(guān)管導(dǎo)通 損耗，從而降低了太陽能控制器的工作損耗。同樣，第一開關(guān)管也極易受雷擊等自然災(zāi)害而損壞，而在蓄電池輸入回路中設(shè)置 與第一開關(guān)管Q1串聯(lián)連接的磁保持繼電器后，由于磁保持繼電器觸點抗雷擊等自然災(zāi)害 能力強得多，在第一開關(guān)管Q1受損短路造成蓄電池過壓時，磁保持繼電器能斷開充電回 路，從而有效保護蓄電池。在更優(yōu)選的實施例中，第一開關(guān)管Q1初始無驅(qū)動信號，處于關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)太陽能 控制器輸入極性正確時，由磁保持繼電器的驅(qū)動電路發(fā)出一個磁保持繼電器閉合驅(qū)動信 號，使磁保持繼電器動作，由常開轉(zhuǎn)為閉合，輸入磁保持驅(qū)動信號在磁保持繼電器閉合后自 動斷開，而磁保持繼電器保持閉合狀態(tài)。然后，控制第一開關(guān)管Q1開通而進入充電狀態(tài)，根 據(jù)蓄電池電壓進行通斷管理和對太陽能輸入進行方陣管理。由于在磁保持繼電器閉合時， 第一開關(guān)管Q1無驅(qū)動信號，處于斷開狀態(tài)，因此磁保持繼電器閉合時是零電流閉合。磁保 持繼電器零電流閉合更優(yōu)于交流帶電通斷，壽命更長，一般通斷次數(shù)能達到十萬次以上。在 白天時，太陽能控制器工作，磁保持繼電器一直保持閉合狀態(tài)；直到晚上太陽能電池方陣的 輸入開路電壓低于蓄電池電壓時，先控制第一開關(guān)管Q1關(guān)斷，然后磁保持繼電器驅(qū)動電路 再發(fā)出磁保持繼電器斷開的驅(qū)動信號，在使磁保持繼電器斷開之后，磁保持繼電器驅(qū)動電路的驅(qū)動信號也斷開，此后磁保持繼電器保持斷開狀態(tài)。當(dāng)白天方陣輸入電壓正常且高于 蓄電池電壓時，蓄電池輸入充電回路才會重新進入充電狀態(tài)。可見，采用上述的太陽能控制器，可以使負載在主控制電路損壞或維修等無驅(qū)動 信號時，對負載保持正常輸出；同時負載上電或下電時，磁保持繼電器為零電壓開關(guān)，延長 使用壽命。還可以降低雷擊等自然災(zāi)害的影響。進一步改進后，還可以簡單實現(xiàn)輸入防反 接功能，而輸入正常損耗不會增加；可以防止電子器件開關(guān)因雷擊等損壞而無法斷開，導(dǎo)致 蓄電池過充或損壞；同時控制器上電方陣輸入開通或斷開時，磁保持繼電器為零電流開關(guān)， 延長使用壽命。上述的實施例中，開關(guān)管也可由M0SFET變換為IGBT、三極管等，磁保持繼電器也 可用非磁保持繼電器、磁保持接觸器、非磁保持接觸器來替代。上述的實施例中，對開關(guān)管的控制，既可以采用長通斷型的控制模式，也可以采用 PWM型的控制模式，都適用上述的方案。只是對于長通斷型的控制模式，開關(guān)管處于較長時 間開通狀態(tài)，而在PWM型的控制模式下是占空比變化的方波開通狀態(tài)。上述的實施例也可以擴展為不同的電路拓撲。請參見圖5所示的變形電路，其中第一開關(guān)管與第一接觸式電控開關(guān)分別接在太 陽能電池輸出正端與輸出負端上。請參見圖6所示的變形電路，其中第一開關(guān)管跨接在太 陽能電池輸出正端與輸出負端之間，第一接觸式電控開關(guān)接在太陽能電池的輸出負端上。太陽能控制器的輸入、輸出部分的開關(guān)管與磁保持繼電器還可采用不同組合模 式，以使其性能進一步優(yōu)化。請參見圖7，對于其輸入部分，一個磁保持繼電器前端可以串接并聯(lián)連接的多路開 關(guān)管，多路開關(guān)管分別接多路太陽能電池方陣的輸出，從而構(gòu)成多路輸入的太陽能控制器。請參見圖9，對于其輸入部分，可設(shè)置多路串聯(lián)連接的開關(guān)管和磁保持繼電器，各 路之間并聯(lián)連接，多路開關(guān)管分別接多路太陽能電池方陣的輸出，多路磁保持繼電器接至 蓄電池。除了可以采用多路方陣輸入單路負載輸出，輸出部分也可由單路變化為多路，可 按照重要性區(qū)分重要、次要負載，實現(xiàn)二次下電功能等。請參見圖8、9所示的多路方陣輸入，兩路負載輸出的控制器拓撲。即可采用單路 方陣輸入多路負載輸出，也可以采用多路方陣輸入多路負載輸出。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能 認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視 為屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求一種太陽能控制器，包括自太陽能電池輸出端依次相耦合的第一開關(guān)管、蓄電池和第二開關(guān)管，其特征在于，還包括與所述第二開關(guān)管并聯(lián)連接的第二接觸式電控開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于，具有多個所述第二開關(guān)管和所述 第二接觸式電控開關(guān)組成的支路，多個支路并聯(lián)連接再分別接至負載。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于，所述第二接觸式電控開關(guān)為磁保 持繼電器或接觸器。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的太陽能控制器，其特征在于，還包括與所述第一開 關(guān)管串聯(lián)連接的第一接觸式電控開關(guān)，所述第一接觸式電控開關(guān)受控在太陽能控制器輸入 極性檢測為反接時保持關(guān)斷。
5.如權(quán)利要求4所述的太陽能控制器，其特征在于，具有多個所述第一開關(guān)管和所述 第一接觸式電控開關(guān)組成的支路，多個支路并聯(lián)連接再接至所述蓄電池。
6.如權(quán)利要求4所述的太陽能控制器，其特征在于，具有多個所述第一開關(guān)管，多個所 述第一開關(guān)管并聯(lián)連接再接至所述第一接觸式電控開關(guān)。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能控制器，包括自太陽能電池輸出端依次相耦合的第一開關(guān)管、蓄電池和第二開關(guān)管，還包括與所述第二開關(guān)管并聯(lián)連接的第二接觸式電控開關(guān)。本實用新型的太陽能控制器在輸出端采用開關(guān)管與接觸式電控開關(guān)的并聯(lián)模式，在主控制板故障或維修而導(dǎo)致第二開關(guān)管關(guān)斷時，可利用第二接觸式電控開關(guān)支路對負載供電，增強了產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號H02N6/00GK201563078SQ20092026882
公開日2010年8月25日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者吳連日 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司