專利名稱：太陽電池有源防反接與保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太陽電池有源防反接與保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，特別是具有太陽電池板防反充電和過流保護(hù)的功能，能夠取代太陽電池輸出端大功率二極管，提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率，可用于太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)和太陽能充電電路。
背景技術(shù)：
太陽能是一種取之不盡，用之不竭的新能源，是資源最豐富的可再生能源。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展是人類解決全球性能源危機(jī)主要方向之一；太陽能發(fā)電不會(huì)給空氣帶來污染，不破壞生態(tài)，是一種清潔綠色能源。世界上幾起重大核事故的警示，使世界各國政府正在積極地推出一系列開發(fā)利用太陽能和其他新型可再生能源的鼓勵(lì)性政策和法規(guī)；全球在光伏發(fā)電等新能源領(lǐng)域的投資正在呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì)，該產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為投資的熱門 領(lǐng)域；目前我國已經(jīng)成為太陽能光伏發(fā)電模組的產(chǎn)能大國，正處于市場(chǎng)發(fā)展和應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵階段，因此自主開發(fā)專利技術(shù)，對(duì)發(fā)展我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)等新能源技術(shù)具有重要社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。太陽能電池是一種半導(dǎo)體器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)PN結(jié)面積非常大，在低光照條件下，太陽電池反向工作時(shí)太陽電池板會(huì)發(fā)生泄漏，如果太陽電池直接與后面的儲(chǔ)能蓄電池相接，蓄電池會(huì)通過太陽能電池板放電。為了解決這個(gè)問題，傳統(tǒng)的太陽電池發(fā)電系統(tǒng)中，人們都是用大功率二極管正向串聯(lián)到太陽電池的輸出端，在低光照條件下，后邊蓄電池的電壓高于太陽電池板電壓時(shí)，由于二極管的整流特性，可以防止蓄電池通過太陽電池的漏電流放電。但是二極管有O. 7伏的正向壓降，在大電流工作時(shí)，對(duì)太陽電池發(fā)電效率有負(fù)面影響，比如，當(dāng)電流達(dá)到100安培時(shí)，二極管的功耗將達(dá)到701因此為了獲得更多的充電能量，改善和優(yōu)化太陽電池板防反充電的方法是非常必要的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種太陽電池有源防反接與保護(hù)電路，以取代太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的防反接二極管電路結(jié)構(gòu)，提高太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的效率。本實(shí)用新型提出了一種太陽電池有源防反接與保護(hù)電路，具有太陽電池接入極性保護(hù)、太陽電池板防反充電保護(hù)和太陽電池板輸出最大電流保護(hù)功能，取代了傳統(tǒng)的防反接二極管，提高了太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率。本實(shí)用新型太陽電池有源防反接與保護(hù)電路包括DC-DC轉(zhuǎn)換電路，DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接外部太陽電池并分別與電壓保護(hù)電路和接入保護(hù)電路的輸入端相連，DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出端與過流保護(hù)電路的輸入端相連，過流保護(hù)電路的輸出端作為直流輸出，過流保護(hù)電路的輸出端同時(shí)與電壓保護(hù)電路的另一輸入端以及與門電路的輸入端D相連,與門電路6的另外三個(gè)輸入端A、B、C依次分別與電壓保護(hù)電路的輸出端、接入保護(hù)電路的輸出端以及控制電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接；與門電路的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路連接DC-DC轉(zhuǎn)換電路的另一輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端同時(shí)與使能控制電路的輸入端反饋連接，使能控制電路的另一輸入端連接外部使能信號(hào)，使能控制電路的兩個(gè)輸出端分別與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端及外部電路相連。所述的DC-DC轉(zhuǎn)換電路采用傳統(tǒng)的BUCK型降壓電路拓?fù)?。所述的電壓保護(hù)電路包括，第一分壓電路、第二分壓電路以及第一比較器；第一分壓電路的輸入端與外部太陽電池相連，第一分壓電路的輸出與第一比較器的正輸入端相連，第二分壓電路的輸入端與過流保護(hù)電路的直流輸出端相連，第二分壓電 路的輸出與第一比較器的負(fù)輸入端相連，第一比較器的輸出端連接與門電路的輸入端A。所述的過流保護(hù)電路包括，電流采樣電路、信號(hào)放大電路、電流設(shè)定電路和第二比較器；電流米樣電路的輸入端與DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，電流米樣電路的輸出端有兩個(gè)，分別與直流輸出端和信號(hào)放大電路的輸入端相連；信號(hào)放大電路的輸出端與第二比較器的負(fù)輸入端相連，第二比較器的正輸入端與電流設(shè)定電路的輸出端相連，第二比較器的輸出端連到與門電路的輸入端D。所述的控制電路包括，輸出鎖存電路、延時(shí)電路和使能信號(hào)處理電路；輸出鎖存電路的輸入端與延時(shí)電路的輸出端相連，輸出鎖存電路的輸出端有兩個(gè)，分別與驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)輸入端和使能信號(hào)處理電路的一個(gè)輸入端相連，使能信號(hào)處理電路的另一個(gè)輸入端與外部使能信號(hào)相連，使能信號(hào)處理電路的一個(gè)輸出端與延時(shí)電路的輸入端相連，另一個(gè)輸出端連到外部電路，表明本電路的工作狀態(tài)。所述的接入保護(hù)電路包括，電壓信號(hào)采集電路和第三比較器；電壓信號(hào)采集電路由依次串聯(lián)相接的第一分壓電阻R1、第二分壓電阻R2和第三分壓電阻R3構(gòu)成，其中第一分壓電阻的外側(cè)一端與太陽電池的輸入端相連，第三分壓電阻的外側(cè)一端與系統(tǒng)地相連，三個(gè)串聯(lián)的分壓電阻之間的兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)作為兩個(gè)輸出端，第一分壓電阻和第二分壓電阻之間的中間節(jié)點(diǎn)A與第三比較器的正輸入端相連，第二分壓電阻和第三分壓電阻之間的中間節(jié)點(diǎn)B與第三比較器的負(fù)輸入端相連，第三比較器的輸出端連到與門電路的輸入端B。本實(shí)用新型采用集成設(shè)計(jì)方法將接入保護(hù)電路7、電壓保護(hù)電路2、控制電路4、與門電路6、驅(qū)動(dòng)電路5、信號(hào)放大電路12和第二比較器14設(shè)計(jì)成一個(gè)集成電路，采用全定制方法設(shè)計(jì)，基于半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)；采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法將DC-DC轉(zhuǎn)換電路I、電流采樣電路11和電流設(shè)定電路13與所設(shè)計(jì)的集成電路設(shè)計(jì)成一個(gè)電路系統(tǒng)，基于PCB實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本實(shí)用新型提供的太陽電池有源防反接與保護(hù)電路，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)太陽電池防反接保護(hù)、輸出過流保護(hù)和蓄電池反向放電保護(hù)，能夠取代太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的大功率防反接二極管，采用集成設(shè)計(jì)方法，具有功能強(qiáng)、效率高和使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，特別適合于降壓型中小規(guī)模太陽能蓄電池充電電路和獨(dú)立運(yùn)行的太陽電池電站。

圖I是太陽電池有源防反接與保護(hù)電路結(jié)構(gòu)框圖；[0022]圖2是電壓保護(hù)電路2的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是過流保護(hù)電路3的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是控制電路4的結(jié)構(gòu)框圖；圖5是接入保護(hù)電路7的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I :如圖I所示，本實(shí)用新型提供的太陽電池有源防反接與保護(hù)電路的具體結(jié)構(gòu)包括 DC-DC轉(zhuǎn)換電路I、電壓保護(hù)電路2、過流保護(hù)電路3、控制電路4、驅(qū)動(dòng)電路5、與門電路6和接入保護(hù)電路7。DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接外部太陽電池并分別與電壓保護(hù)電路和接入保護(hù)電路的輸入端相連，DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出端與過流保護(hù)電路的輸入端相連，過流保護(hù)電路的輸出端作為直流輸出端，過流保護(hù)電路的輸出端同時(shí)與電壓保護(hù)電路的另一輸入端以及與門電路的輸入端D相連，與門電路6的另外三個(gè)輸入端A、B、C依次分別與電壓保護(hù)電路的輸出端、接入保護(hù)電路的輸出端以及外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接；與門電路的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路連接DC-DC轉(zhuǎn)換電路的另一輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端同時(shí)與控制電路的輸入端反饋連接，控制電路的另一輸入端連接外部使能信號(hào)，控制電路的兩個(gè)輸出端分別與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端及外部電路相連。下面就太陽電池有源防反接與保護(hù)電路的各構(gòu)成子模塊詳述如下DC-DC轉(zhuǎn)換電路I，采用傳統(tǒng)的BUCK型降壓電路結(jié)構(gòu)，在本電路中作為開關(guān)轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)太陽能電池電壓到后邊蓄電池電壓的變換。電壓保護(hù)電路2 (如圖2所示)，包括，第一分壓電路8、第二分壓電路10以及第一比較器9 ；第一分壓電路的輸入端與外部太陽電池相連，第一分壓電路的輸出與第一比較器的正輸入端相連，第二分壓電路的輸入端與過流保護(hù)電路的直流輸出端相連，第二分壓電路的輸出與第一比較器的負(fù)輸入端相連，第一比較器的輸出端連接與門電路的輸入端A。太陽電池輸入端電壓大于直流輸出端電壓時(shí)，第一比較器9的正輸入端電壓大于負(fù)輸入端電壓，第一比較器9的輸出端保持高電平；太陽電池輸入端電壓小于直流輸出端電壓時(shí)，第一比較器9的正輸入端電壓小于負(fù)輸入端電壓,第一比較器9的輸出端保持低電平，這個(gè)低電平輸出到與門電路6的輸入端A，就會(huì)使與門電路6的輸出保持低電平，外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能通過與門電路6，DC-DC轉(zhuǎn)換電路I處于關(guān)斷狀態(tài)，防止蓄電池通過太陽電池板放電。過流保護(hù)電路3 (如圖3所示)，包括，電流采樣電路11、信號(hào)放大電路12、電流設(shè)定電路13和第二比較器14。電流采樣電路的輸入端與DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，電流采樣電路的輸出端有兩個(gè)，分別與直流輸出端和信號(hào)放大電路的輸入端相連；信號(hào)放大電路的輸出端與第二比較器的負(fù)輸入端相連，第二比較器的正輸入端與電流設(shè)定電路的輸出端相連，第二比較器的輸出端連到與門電路的輸入端D。[0038]過流保護(hù)電路3實(shí)時(shí)采集太陽電池輸出電流，并與所設(shè)定的最大電流限定值進(jìn)行比較；電流設(shè)定電路13根據(jù)系統(tǒng)最大輸出電流的保護(hù)值，為第二比較器14的正輸入端設(shè)定一個(gè)固定電壓；電流采樣電路11實(shí)時(shí)的采集DC-DC轉(zhuǎn)換電路I輸出的電流，轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)后經(jīng)過信號(hào)放大電路12放大后，輸出到第二比較器14的負(fù)輸入端；太陽電池輸出電流沒有達(dá)到最大保護(hù)電流時(shí)，第二比較器14的負(fù)輸入端電壓小于正輸入端電壓，第二比較器14的輸出端保持高電平，使與門電路6的輸入端D對(duì)其他輸入信號(hào)沒有影響；系統(tǒng)輸出電流達(dá)到或超過最大保護(hù)電流時(shí)，第二比較器14的負(fù)輸入端電壓大于正輸入端電壓，第二比較器14的輸出端變?yōu)榈碗娖?，與門電路6的輸入端D變低,使與門電路6的輸出保持低電平,夕卜部驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能通過與門電路6，DC-DC轉(zhuǎn)換電路I處于關(guān)斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過流保護(hù)?？刂齐娐?(如圖4所示)，包括，輸出鎖存電路15、延時(shí)電路16和使能信號(hào)處理電路17。輸出鎖存電路的輸入端與延時(shí)電路的輸出端相連，輸出鎖存電路的輸出端有兩 個(gè)，分別與驅(qū)動(dòng)電路5的一個(gè)輸入端和使能信號(hào)處理電路的一個(gè)輸入端相連,使能信號(hào)處理電路的另一個(gè)輸入端與外部使能信號(hào)相連，使能信號(hào)處理電路的一個(gè)輸出端與延時(shí)電路的輸入端相連，另一個(gè)輸出端連到外部電路，表明本電路的工作狀態(tài)。使能信號(hào)處理電路17的輸入端有三個(gè),一個(gè)輸入端與外部使能信號(hào)相連,第二個(gè)輸入端與輸出鎖存電路15的一個(gè)輸出端相連,第三個(gè)輸入端與驅(qū)動(dòng)電路5的輸出端相連。控制電路4實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型電路與外部控制電路的接口 ；系統(tǒng)上電后，使能信號(hào)處理電路17等待外部使能信號(hào)，只有外部使能信號(hào)為低電平有效時(shí)，才啟動(dòng)延時(shí)電路16開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)完成后延時(shí)電路16輸出高電平信號(hào)，并經(jīng)過輸出鎖存電路15鎖存后輸出到驅(qū)動(dòng)電路5 ;延時(shí)電路16延時(shí)期間，電壓保護(hù)電路2，過流保護(hù)電路3和接入保護(hù)電路7完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，確定與門電路6的輸入狀態(tài)，在輸出鎖存電路15輸出高電平時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)；使能信號(hào)處理電路17檢測(cè)輸出鎖存電路15和驅(qū)動(dòng)電路5的輸出信號(hào)，在輸出鎖存電路15輸出高電平而驅(qū)動(dòng)電路5輸出脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí),使能信號(hào)處理電路17向外部輸出端輸出低電平，表明電路工作正常；使能信號(hào)處理電路17向外部輸出端輸出高電平時(shí)，表明系統(tǒng)處于關(guān)斷狀態(tài)。接入保護(hù)電路7(如圖5所示)，包括，電壓信號(hào)采集電路18和第三比較器19。電壓信號(hào)采集電路由依次串聯(lián)相接的第一分壓電阻、第二分壓電阻和第三分壓電阻(R1、R2和R3)構(gòu)成,其中第一分壓電阻的外側(cè)一端與太陽電池的輸入端相連,第三分壓電阻的外側(cè)一端與系統(tǒng)地相連，三個(gè)串聯(lián)的分壓電阻之間的兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)(A和B)作為兩個(gè)輸出端，第一分壓電阻和第二分壓電阻之間的中間節(jié)點(diǎn)A與第三比較器的正輸入端相連，第二分壓電阻和第三分壓電阻之間的中間節(jié)點(diǎn)B與第三比較器的負(fù)輸入端相連，第三比較器的輸出端連到與門電路的輸入端B。接入保護(hù)電路7檢測(cè)外部太陽電池輸入的極性，外部太陽電池正負(fù)極正確接入時(shí)，第二分壓電阻R2上的電壓A點(diǎn)大于B點(diǎn)，第三比較器19的輸出端為高電平，使與門電路6的輸入端B對(duì)其他輸入端沒有影響；外部太陽電池輸入端極性接反時(shí)，第二分壓電阻R2上的電壓A點(diǎn)小于B點(diǎn)，第三比較器19的輸出端為低電平，與門電路6的輸入端B變低，使與門電路6的輸出保持低電平，外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能通過與門電路6，使DC-DC轉(zhuǎn)換電路I處于關(guān)斷狀態(tài)。[0046]驅(qū)動(dòng)電路5，驅(qū)動(dòng)電路5的功能是對(duì)外部的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行緩沖和使能，控制電路4的輸出端為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路5對(duì)來自與門電路6輸出端的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行緩沖和調(diào)理，控制電路4的輸出端為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路5處于關(guān)斷狀態(tài)，其輸出端保持低電平。與門電路6，與門電路6實(shí)現(xiàn)開關(guān)作用，共有四個(gè)輸入端A、B、C和D，其中任何一個(gè)輸入端為低電平時(shí)，都會(huì)使與門電路6的輸出保持低電平，當(dāng)任意一個(gè)輸入端為高電平時(shí)，則不影響其他輸入端的信號(hào)通過與門電路6。所以只有在電壓保護(hù)電路2的輸出端、接入保護(hù)電路7的輸出端、過流保護(hù)電路3的輸出端都為高電平時(shí)，外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)才能經(jīng)輸入端C通過與門電路6，到達(dá)驅(qū)動(dòng)電路5的輸入端；只要電壓保護(hù)電路2的輸出端、接入保護(hù)電路7的輸出端、過流保護(hù)電路3的輸出端有一個(gè)為低電平，則與門電路6關(guān)閉，外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能通過與門電路6。一、本太陽電池有源防反接與保護(hù)電路的工作過程第一、系統(tǒng)上電后，控制電路4的輸出端為低電平，使驅(qū)動(dòng)電路5關(guān)閉；同時(shí)控制電路4內(nèi)部的使能信號(hào)處理電路17檢查外部使能信號(hào)，在外部使能信號(hào)為低電平有效時(shí)，使能信號(hào)處理電路17啟動(dòng)延時(shí)電路16，等延時(shí)結(jié)束，延時(shí)電路16輸出高電平信號(hào)，經(jīng)過輸出鎖存電路15鎖存后，使驅(qū)動(dòng)電路5開啟。第二、在延時(shí)電路16延時(shí)期間，接入保護(hù)電路7檢測(cè)太陽電池的接入極性；電壓信號(hào)采集電路18內(nèi)部的分壓電阻Rl、R2和R3串聯(lián)接在太陽電池的輸入端和地之間，第二分壓電阻R2的兩端A和B兩點(diǎn)的電壓與太陽電池接入極性有關(guān)，外部太陽電池輸入極性正確時(shí)，第二分壓電阻R2上的電壓A點(diǎn)大于B點(diǎn)，第三比較器19的輸出端為高電平，使與門電路6的輸入端B為高電平，允許外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)由輸入端C通過與門電路6 ;外部太陽電池輸入極性接反時(shí)，第三比較器19的輸出端為低電平，使與門電路6的輸出端始終為低，輸入端C的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能通過與門電路6，驅(qū)動(dòng)電路5輸出低電平，DC-DC轉(zhuǎn)換電路I不工作。第三、在延時(shí)電路16延時(shí)期間，電壓保護(hù)電路2檢測(cè)輸入端電壓和輸出端電壓；電壓保護(hù)電路2內(nèi)部的第一分壓電路8和第二分壓電路10分別采集太陽電池輸入端電壓和直流輸出端電壓；第一比較器9比較兩個(gè)電壓的值,在太陽電池發(fā)電系統(tǒng)正常工作時(shí),第一比較器9的正輸入端電壓大于負(fù)輸入端電壓，第一比較器9的輸出端保持高電平，允許外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)由輸入端C通過與門電路6 ;在陰天或夜晚，太陽電池電壓下降到等于或低于后端蓄電池電壓時(shí)，第一比較器9的正輸入端電壓小于負(fù)輸入端電壓,第一比較器9的輸出端保持低電平，使與門電路6的輸出端始終為低，外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能通過與門電路6，驅(qū)動(dòng)電路5輸出低電平，DC-DC轉(zhuǎn)換電路I不工作。第四、在延時(shí)電路16延時(shí)期間，過流保護(hù)電路3輸出端為高電平，使得與門電路6的D輸入端保持高電平。第五、延時(shí)電路16延時(shí)結(jié)束后，與門電路6的A輸入端、B輸入端和D輸入端都為高電平，外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)由輸入端C通過與門電路6，加到驅(qū)動(dòng)電路5的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路5驅(qū)動(dòng)DC-DC轉(zhuǎn)換電路I工作，系統(tǒng)啟動(dòng)。第六、系統(tǒng)啟動(dòng)后，使能信號(hào)處理電路17檢測(cè)輸出鎖存電路15的輸出和驅(qū)動(dòng)電路5的輸出，在輸出鎖存電路15輸出高電平,驅(qū)動(dòng)電路5有脈沖信號(hào)輸出時(shí),使能信號(hào)處理電路17向外部輸出低電平信號(hào)，表明系統(tǒng)正常工作。第七，在電路正常工作狀態(tài)，過流保護(hù)電路3內(nèi)部的電流采樣電路11實(shí)時(shí)的采集DC-DC轉(zhuǎn)換電路I輸出的電流，轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大電路12放大后，輸出到第二比較器14的負(fù)輸入端；系統(tǒng)輸出電流沒有達(dá)到最大保護(hù)電流時(shí)，第二比較器14的負(fù)輸入端電壓小于正輸入端電壓，第二比較器14的輸出端保持高電平,使與門電路6的輸入端D對(duì)其他輸入端的信號(hào)傳輸沒有影響，系統(tǒng)正常工作；在系統(tǒng)輸出電流達(dá)到或超過最大保護(hù)電流時(shí)，第二比較器14的負(fù)輸入端電壓大于正輸入端電壓,第二比較器14的輸出端變?yōu)榈碗娖剑沟门c門電路6的輸入端D變低，阻止外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過與門電路6，驅(qū)動(dòng)電路5輸出低電平，關(guān)斷DC-DC轉(zhuǎn)換電路1，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的過流保護(hù)。二、本太陽電池有源防反接與保護(hù)電路的太陽電池板接入保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的工作流程如下接入保護(hù)電路7的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示，由電壓信號(hào)采集電路18和第三比較器19組成，其工作過程為第一步，太陽電池板的輸出加到電壓信號(hào)采集電路18，其內(nèi)部的串聯(lián)電阻Rl、R2、R3的對(duì)太陽電池的電壓進(jìn)行分壓，串聯(lián)電路中有電流流過。第二步，串聯(lián)電路中的電流流過第二分壓電阻R2，在R2兩端形成電壓差，這個(gè)電壓差加在第三比較器19的兩個(gè)輸入端，第三比較器19的正輸入端接在第一分壓電阻Rl和第二分壓電阻R2之間的A點(diǎn)，第三比較器19的負(fù)輸入端接在第二分壓電阻R2和第三分壓電阻R3之間的B點(diǎn)。第三步，太陽電池板輸出的正極從第一分壓電阻Rl的一端接入，負(fù)極從第三分壓電阻R3的一端輸入，即太陽電池板接入極性正確，串聯(lián)電路的電流從第一分壓電阻Rl流向第三分壓電阻R3，第二分壓電阻R2兩端A點(diǎn)的電壓大于B點(diǎn)電壓，第三比較器19輸出高電平，這個(gè)高電平加在與門電路6的輸入端B,對(duì)與門電路6其他輸入端的信號(hào)傳輸沒有影響，允許外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過與門電路6，電路不進(jìn)行保護(hù)操作，正常工作。第四步，太陽電池板輸出的正極從第三分壓電阻R3的一端接入，負(fù)極從第一分壓電阻Rl的一端輸入，即太陽電池板接入極性錯(cuò)誤，串聯(lián)電路的電流從第三分壓電阻R3流向第一分壓電阻R1，第二分壓電阻R2兩端B點(diǎn)的電壓大于A點(diǎn)電壓，第三比較器19的輸出端為低電平，這個(gè)低電平加在與門電路6的輸入端B，使與門電路6的輸出端始終為低電平，阻斷外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過與門電路6，驅(qū)動(dòng)電路5的輸出維持低電平，關(guān)閉DC-DC轉(zhuǎn)換電路I，實(shí)現(xiàn)太陽電池板接入極性錯(cuò)誤時(shí)的保護(hù)功能。三、本太陽電池有源防反接與保護(hù)電路的電壓保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的工作流程如下電壓保護(hù)電路2的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，由第一分壓電路8，第一比較器9和第二分壓電路10組成，其工作過程為第一步，第一分壓電路8將太陽電池板的電壓進(jìn)行分壓和信號(hào)采集，并將電壓信號(hào)輸出到第一比較器9的正輸入端。第二步，第二分壓電路10將直流輸出端的電壓進(jìn)行分壓和信號(hào)采集，并將電壓信號(hào)輸出到第一比較器9的負(fù)輸入端。第三步，由于本實(shí)用新型適用于降壓型太陽電池發(fā)電系統(tǒng)，具有足夠光照條件時(shí)，太陽電池板的輸出電壓大于直流輸出端的電壓，優(yōu)化設(shè)計(jì)第一分壓電路8和第二分壓電路10,使第一比較器9的正輸入端電壓大于負(fù)輸入端電壓。第一比較器9輸出高電平,這個(gè)高電平加在與門電路6的輸入端A,對(duì)與門電路6其他輸入端的信號(hào)傳輸沒有影響,允許外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過與門電路6，電路不進(jìn)行保護(hù)操作，正常工作。第四步，在夜間或陰天的情況下，太陽電池輸入端電壓會(huì)小于直流輸出端電壓，第一分壓電路8輸出的電壓小于第二分壓電路10輸出的電壓,第一比較器9的正輸入端電壓小于負(fù)輸入端電壓，第一比較器9的輸出端為低電平，這個(gè)低電平輸出到與門電路6的輸入端A，就會(huì)使與門電路6的輸出保持低電平，外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能通過與門電路6，DC-DC轉(zhuǎn)換電路I處于關(guān)斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)防止蓄電池通過太陽電池板放電的功能。四、本太陽電池有源防反接與保護(hù)電路的輸出過流保護(hù)實(shí)現(xiàn)的工作流程如下過流保護(hù)電路3的結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示內(nèi)部由電流采樣電路11、信號(hào)放大電路12、電流設(shè)定電路13和第二比較器14組成，其工作過程為第一步，電流采樣電路11直接串聯(lián)在電流輸出回路中，實(shí)時(shí)采集DC-DC轉(zhuǎn)換電路I輸出的電流。第二步，電流設(shè)定電路13根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)的功率指標(biāo)，確定最大輸出電流保護(hù)值，設(shè)定一個(gè)具體的電壓值加在第二比較器14的正輸入端。第三步，信號(hào)放大電路12對(duì)電流采樣電路11輸出的實(shí)時(shí)電流信號(hào)進(jìn)行放大處理，輸出到第二比較器14的負(fù)輸入端。第四步，第二比較器14實(shí)時(shí)比較正輸入端電壓與負(fù)輸入端電壓大小。第五步，太陽電池輸出電流沒有達(dá)到最大保護(hù)電流時(shí)，第二比較器14的負(fù)輸入端電壓小于正輸入端電壓，第二比較器14的輸出端輸出高電平,這個(gè)高電平加在與門電路6的輸入端D，對(duì)與門電路6其他輸入端的信號(hào)傳輸沒有影響，允許外部控制電路輸入信號(hào)通過與門電路6，電路不進(jìn)行保護(hù)操作，正常工作。第六步，負(fù)載電路出現(xiàn)短路和過載時(shí)，太陽電池板輸出電流達(dá)到最大輸出電流保護(hù)值，第二比較器14的負(fù)輸入端電壓大于正輸入端電壓，第二比較器14的輸出端變?yōu)榈碗娖?，這個(gè)低電平輸出到與門電路6的輸入端D，就會(huì)使與門電路6的輸出保持低電平，外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)不能通過與門電路6，DC-DC轉(zhuǎn)換電路I處于關(guān)斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過流保護(hù)功能。
權(quán)利要求1.一種太陽電池有源防反接與保護(hù)電路，其特征在于該電路包括 DC-DC轉(zhuǎn)換電路，DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接外部太陽電池并分別與電壓保護(hù)電路和接入保護(hù)電路的輸入端相連，DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出端與過流保護(hù)電路的輸入端相連，過流保護(hù)電路的輸出端作為直流輸出，過流保護(hù)電路的輸出端同時(shí)與電壓保護(hù)電路的另ー輸入端以及與門電路的輸入端D相連，與門電路的另外三個(gè)輸入端A、B、C依次分別與電壓保護(hù)電路的輸出端、接入保護(hù)電路的輸出端以及控制電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接； 與門電路的輸出端經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路連接DC-DC轉(zhuǎn)換電路的另ー輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端同時(shí)與控制電路的輸入端反饋連接，控制電路的另ー輸入端連接外部使能信號(hào)，控制電路的兩個(gè)輸出端分別與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端及外部電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽電池有源防反接與保護(hù)電路，其特征在于，所述的DC-DC 轉(zhuǎn)換電路采用傳統(tǒng)的BUCK型降壓電路拓?fù)洹?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽電池有源防反接與保護(hù)電路，其特征在于，所述的電壓保護(hù)電路包括，第一分壓電路、第二分壓電路以及第ー比較器； 第一分壓電路的輸入端與外部太陽電池相連，第一分壓電路的輸出與第一比較器的正輸入端相連，第二分壓電路的輸入端與過流保護(hù)電路的直流輸出端相連，第二分壓電路的輸出與第一比較器的負(fù)輸入端相連，第一比較器的輸出端連接與門電路的輸入端A。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽電池有源防反接與保護(hù)電路，其特征在于，所述的過流保護(hù)電路包括，電流采樣電路、信號(hào)放大電路、電流設(shè)定電路和第二比較器； 電流采樣電路的輸入端與DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出端相連，電流采樣電路的輸出端有兩個(gè)，分別與直流輸出端和信號(hào)放大電路的輸入端相連；信號(hào)放大電路的輸出端與第二比較器的負(fù)輸入端相連，第二比較器的正輸入端與電流設(shè)定電路的輸出端相連，第二比較器的輸出端連到與門電路的輸入端D。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽電池有源防反接與保護(hù)電路，其特征在于，所述的控制電路包括，輸出鎖存電路、延時(shí)電路和使能信號(hào)處理電路； 輸出鎖存電路的輸入端與延時(shí)電路的輸出端相連，輸出鎖存電路的輸出端有兩個(gè)，分別與驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)輸入端和使能信號(hào)處理電路的ー個(gè)輸入端相連，使能信號(hào)處理電路的另ー個(gè)輸入端與外部使能信號(hào)相連，使能信號(hào)處理電路的ー個(gè)輸出端與延時(shí)電路的輸入端相連，另ー個(gè)輸出端連到外部電路，表明本電路的工作狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽電池有源防反接與保護(hù)電路，其特征在于，所述的接入保護(hù)電路包括，電壓信號(hào)采集電路和第三比較器； 電壓信號(hào)采集電路由依次串聯(lián)相接的第一分壓電阻、第二分壓電阻和第三分壓電阻構(gòu)成，其中第一分壓電阻的外側(cè)一端與太陽電池的輸入端相連，第三分壓電阻的外側(cè)一端與系統(tǒng)地相連，三個(gè)串聯(lián)的分壓電阻之間的兩個(gè)中間節(jié)點(diǎn)作為兩個(gè)輸出端，第一分壓電阻和第二分壓電阻之間的中間節(jié)點(diǎn)A與第三比較器的正輸入端相連，第二分壓電阻和第三分壓電阻之間的中間節(jié)點(diǎn)B與第三比較器的負(fù)輸入端相連，第三比較器的輸出端連到與門電路 的輸入端B。
專利摘要太陽電池有源防反接與保護(hù)電路?？捎糜诮祲菏教栯姵匕l(fā)電系統(tǒng)。該電路由DC-DC轉(zhuǎn)換電路、電壓保護(hù)電路、過流保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)電路、與門電路、接入保護(hù)電路和控制電路組成。應(yīng)用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)太陽電池接入極性接反保護(hù)、太陽電池輸出電流過流和負(fù)載短路保護(hù)、避免后端儲(chǔ)能蓄電池通過太陽電池反向放電保護(hù)。本實(shí)用新型提出的電路能夠取代傳統(tǒng)太陽電池發(fā)電系統(tǒng)的大功率防反接二極管，有效提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率。
文檔編號(hào)H02H11/00GK202474816SQ201220076360
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者劉艷艷, 周锎, 宋芃霖, 李響, 王俊, 王立萍, 耿衛(wèi)東 申請(qǐng)人:南開大學(xué)