太陽能直流變換器、供電控制方法、空調供電系統與流程

2023-04-28 09:18:02

本發明涉及太陽能供電技術領域，具體而言，涉及一種太陽能直流變換器、供電控制方法、空調供電系統。

背景技術：

目前，在太陽能功率變換裝置中，幾千瓦等級大都採用不隔離的功率變換方式。採用不隔離的太陽能功率變換器雖然成本、效率上有一定優勢但存在對地洩漏電流問題，國內外學者先後從不同角度提出了多種解決系統對地洩漏電流的功率變換拓撲與控制策略，例如有源共模幹擾抑制方案，通過電容等檢出共模信號，然後經過射極跟隨與放大反向後再串入共模迴路以抵消共模幹擾；以及三相四橋臂方案該方案增加了輔助橋臂，調製上不能使用零矢量，該方案容易使線電壓畸變；此外還有h5、h6、heric、refu等拓撲。但這些方案大都增加了成本與系統複雜性。綜合對比，有些方案成本反而比隔離方案高。

另外，根據電池板的擺放位置以及電池板特性的差異通常把電池板分成幾組，從而形成電壓或容量等參數不同的幾組太陽能電源輸入。因此需要多輸入的直流變換器。目前行業上採用多個功率變換器分別對應多輸入的太陽能電池電源，成本較高。

針對相關技術中多個太陽能電池板供電時，需要採用多個功率變換器分別對應多輸入的太陽能電池電源，使得成本較高的問題，目前尚未提出有效地解決方案。

技術實現要素：

本發明提供了一種太陽能直流變換器、供電控制方法、空調供電系統，以至少解決現有技術中多個太陽能電池板供電時，需要採用多個功率變換器分別對應多輸入的太陽能電池電源，使得成本較高的問題。

為解決上述技術問題，根據本公開實施例的一個方面，本發明提供了一種太陽能直流變換器，包括：

第一太陽能輸出控制電路，輸入端與第一太陽能電池板的輸出端連接，用於控制第一太陽能電池板的輸出；

第二太陽能輸出控制電路，輸入端與第二太陽能電池板的輸出端連接，用於控制第二太陽能電池板的輸出；

變壓器隔離功率變換電路，輸入端分別與第一太陽能輸出控制電路的輸出端和第二太陽能輸出控制電路的輸出端連接，輸出端用於與負載連接，用以為負載供電。

進一步地，第一太陽能輸出控制電路包括：

第一二極體，正極與第一太陽能電池板的正極連接，負極的第一端通過第一吸收回路與變壓器電路第一輸入端連接，負極第二端與變壓器第二輸入端連接，其中，第一吸收回路用於抑制電路中漏感產生的電壓應力；

第一mos管，漏極與變壓器電路第一輸入端連接，源極與第一太陽能電池板的負極連接，用於控制第一太陽能電池板供電與否。

進一步地，第一吸收回路包括：

第一電阻，第一端與第一二極體的負極連接；

第一電容，第一端分別與第一電阻的第一端和第一二極體的負極連接，第二端與第一電阻的第二端連接；

第七二極體，負極分別與第一電阻的第二端和第一電容的第二端連接；正極分別與第一mos管的漏極和變壓器電路第一輸入端連接。

進一步地，第二太陽能輸出控制電路包括：

第二二極體，正極與第二太陽能電池板的正極連接，負極的第一端通過第二吸收回路與變壓器電路第二輸入端連接，負極第二端與變壓器第一輸入端連接，其中，第二吸收回路用於抑制電路中漏感產生的電壓應力；

第二mos管，漏極與變壓器電路第二輸入端連接，源極與第二太陽能電池板的負極連接，用於控制第二太陽能電池板供電與否。

進一步地，第二吸收回路包括：

第二電阻，第一端與第二二極體的負極連接；

第二電容，第一端分別與第二電阻的第一端和第二二極體的負極連接，第二端與第二電阻的第二端連接；

第八二極體，負極分別與第二電阻的第二端和第二電容的第二端連接；正極分別與第二mos管的漏極和變壓器電路第二輸入端連接。

進一步地，變壓器隔離功率變換電路包括：

第三二極體、第四二極體、第五二極體、第六二極體組成的橋式整流電路，其中，第三二極體的正極與變壓器第二輸出端連接，負極與第四二極體的負極連接；第四二極體的正極與第六二極體的負極連接，並連接至變壓器第一輸出端；第五二極體的負極與第三二極體的正極連接，正極與第六二極體的正極連接，並連接至變壓器隔離功率變換電路的第二輸出端；

第一電感，第一端與第三二極體和第四二極體的負極連接，第二端與變壓器隔離功率變換電路的第一輸出端連接；

第三電容，第一端與變壓器隔離功率變換電路的第一輸出端連接，第二端與變壓器隔離功率變換電路的第二輸出端連接。

進一步地，變壓器隔離功率變換電路包括：

第九二極體，負極與變壓器第二輸出端連接，正極與變壓器隔離功率變換電路的第二輸出端；

第十二極體，正極與第九二極體的正極連接，並連接至變壓器隔離功率變換電路的第二輸出端，負極與變壓器第一輸出端連接；

第二電感，第一端分別與變壓器第二輸出端和第九二極體的負極連接，第二端與變壓器隔離功率變換電路的第一輸出端；

第三電感，第一端分別與第十二極體負極和變壓器第一輸出端連接，第二端與第二電感的第二端連接；

第四電容，第一端與變壓器隔離功率變換電路的第一輸出端連接，第二端與變壓器隔離功率變換電路的第二輸出端連接。

根據本公開實施例的另一方面，提供了一種空調供電系統，包括上述的太陽能直流變換器、第一太陽能電池板、第二太陽能電池板以及空調機組，其中，第一太陽能電池板、第二太陽能電池板通過太陽能直流變換器為空調機組供電。

根據本公開實施例的另一方面，提供了一種通過上述太陽能直流變換器進行供電的供電控制方法，通過第一太陽能輸出控制電路、第二太陽能輸出控制電路分別控制第一太陽能電池板、第二太陽能電池板的輸出通斷，以實現第一太陽能電池板、第二太陽能電池板分時對負載進行供電。

進一步地，對第一太陽能電池板、第二太陽能電池板供電過程中進行獨立的最大功率追蹤控制。

在本發明中，對於具有不同電壓太陽能電池組供電控制時，設置第一太陽能輸出控制電路和第二太陽能輸出控制電路，實現不同電壓太陽能電池組的分時控制，同時，通過設置輸入端分別與第一太陽能輸出控制電路的輸出端和第二太陽能輸出控制電路的輸出端連接的變壓器隔離功率變換電路，完成一個變壓器實現兩個不同電壓太陽能電池組的輸入，這種結構的太陽能直流變換器有效地解決現有技術中多個太陽能電池板供電時，需要採用多個功率變換器分別對應多輸入的太陽能電池電源，成本較高的問題，降低太陽能電源輸入的設備成本。

附圖說明

圖1是根據本發明實施例的太陽能直流變換器的一種可選的結構框圖；

圖2是根據本發明實施例的太陽能直流變換器的一種可選的電路結構圖；

圖3是根據本發明實施例的太陽能直流變換器的另一種可選的電路結構圖；以及

圖4是根據本發明實施例的空調供電系統的一種可選的結構框圖。

具體實施方式

這裡將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式並不代表與本發明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

實施例1

下面結合附圖對本發明提供的太陽能直流變換器進行說明。

圖1示出太陽能直流變換器的一種可選的結構框圖，如圖1所示，該太陽能直流變換器包括如下部分：

第一太陽能輸出控制電路101，輸入端與第一太陽能電池板10的輸出端連接，用於控制第一太陽能電池板10的輸出；

第二太陽能輸出控制電路102，輸入端與第二太陽能電池板11的輸出端連接，用於控制第二太陽能電池板11的輸出；

變壓器隔離功率變換電路103，輸入端分別與第一太陽能輸出控制電路的輸出端和第二太陽能輸出控制電路的輸出端連接，輸出端用於與負載連接，用以為負載20供電。

在上述實施方式中，對於具有不同電壓太陽能電池組(第一太陽能電池板10、第二太陽能電池板11)供電控制時，設置第一太陽能輸出控制電路101和第二太陽能輸出控制電路102，對不同電壓太陽能電池組的分時控制，並且，通過設置輸入端分別與第一太陽能輸出控制電路101的輸出端和第二太陽能輸出控制電路102的輸出端連接的變壓器隔離功率變換電路103，完成一個變壓器即可實現兩個不同電壓太陽能電池組的輸入，這種結構的太陽能直流變換器有效地解決現有技術中多個太陽能電池板供電時，需要採用多個功率變換器分別對應多輸入的太陽能電池電源，成本較高的問題，降低太陽能電源輸入的設備成本。

下面結合圖2和圖3對上述太陽能直流變換器的電路結構進行具體說明：

圖2示出上述太陽能直流變換器的一種可選的電路連接圖，如圖2所示為包括s11和s21共兩個太陽能電池板的供電方案，具體設置電路時，上述的第一太陽能輸出控制電路101如圖2所示，包括：

第一二極體d12，正極與第一太陽能電池板s11的正極連接，負極的第一端通過第一吸收回路與變壓器電路第一輸入端連接，負極第二端與變壓器第二輸入端連接，其中，優選地，上述第一吸收回路包括：第一電阻r11，第一端與第一二極體d12的負極連接；第一電容c11，第一端分別與第一電阻r11的第一端和第一二極體d12的負極連接，第二端與第一電阻r11的第二端連接,第七二極體d11，負極分別與第一電阻r11的第二端和第一電容c11的第二端連接；正極分別與第一mos管mos11的漏極和變壓器電路第一輸入端連接。該第一吸收回路用於抑制電路中漏感產生的電壓應力；

第一mos管mos11，漏極與變壓器電路第一輸入端連接，源極與第一太陽能電池板s11的負極連接，用於控制第一太陽能電池板s11供電與否。

上述的第二太陽能輸出控制電路102如圖2所示，包括：

第二二極體d22，正極與第二太陽能電池板s21的正極連接，負極的第一端通過第二吸收回路與變壓器電路第二輸入端連接，負極第二端與變壓器第一輸入端連接，其中，優選地，第二吸收回路包括：第二電阻r21，第一端與第二二極體d22的負極連接；第二電容c21，第一端分別與第二電阻r21的第一端和第二二極體d22的負極連接，第二端與第二電阻r21的第二端連接；第八二極體d21，負極分別與第二電阻r21的第二端和第二電容c21的第二端連接；正極分別與第二mos管mos21的漏極和變壓器電路第二輸入端連接。第二吸收回路用於抑制電路中漏感產生的電壓應力；

第二mos管mos21，漏極與變壓器電路第二輸入端連接，源極與第二太陽能電池板s21的負極連接，用於控制第二太陽能電池板供電與否。

上述的變壓器隔離功率變換電路如圖2所示，包括：

第三二極體d31、第四二極體d32、第五二極體d33、第六二極體d34組成的橋式整流電路，其中，第三二極體d31的正極與變壓器第二輸出端連接，負極與第四二極體d32的負極連接；第四二極體d32的正極與第六二極體d34的負極連接，並連接至變壓器第一輸出端；第五二極體d33的負極與第三二極體d31的正極連接，正極與第六二極體d34的正極連接，並連接至變壓器隔離功率變換電路的第二輸出端；

第一電感l31，第一端與第三二極體d31和第四二極體d32的負極連接，第二端與變壓器隔離功率變換電路的第一輸出端連接；

第三電容c31，第一端與變壓器隔離功率變換電路的第一輸出端連接，第二端與變壓器隔離功率變換電路的第二輸出端連接。

圖2示出的直流變換器為雙輸入隔離型直流變換器，兩個輸入功率管採用分時導通的方式。為了抑制漏感產生的電壓應力，兩個變壓器輸入原邊都設置了吸收電路。在系統母線電壓較高時，變壓器副邊輸出繞組採用橋式拓撲。

圖2中功率管mos11導通時，太陽能電池s11的能量經過原邊繞組np1、磁芯、副邊繞組ns及整流二極體d31、d34、電感l31傳輸到負載rl。另一電源輸入繞組np2雖然有感應電壓，但由於只有吸收回路一路迴路，基本不產生輸出功率。

功率管mos11關斷時，磁芯中的勵磁能量、漏感中的能量以及副邊電感的續流等因素，續流二級管的導通過程等存在一個動態過程。隨著這個過程的結束，變換器進入副邊電感續流階段。此後另一路繞組電路的功率管mos21導通，其過程與前述相同。

根據副邊電感電流的連續性，此變換器工作模式可分為電感電流不連續模式dcm,電感電流連續模式ccm以及臨界導通模式crm。為了避免兩路輸入電源在變壓器磁場中的相互耦合及磁復位問題給變換器控制帶來的困難，方案中採用每個輸入電源分時工作，副邊電感電流不連續dcm的工作方式，即，在功率管導通之前副邊電感續流電流已經下降到零(其中，優選地，在導通之前可通過電流檢測元件檢測副邊電感電流值是否為零)。

在電感電流不連續dcm或臨界導通的前提下，根據檢測到的太陽能電池板電源電壓及相應的電流可得到太陽能電池板的輸出功率，在進行控制時，可以通過動態控制功率管的佔空比使太陽能電池板的輸出功率始終維持在最大值，具體來說，優選地，以一個時間段為單位，在此時間段內功率管佔空比相同，檢測太陽能電池板的平均電流與電壓，得到功率。當此功率小於上一時間段的功率時，功率管的佔空比調到上一時間段的佔空比。當此功率大於上一時間段功率時，功率管的佔空比按前一段的變化趨勢再增加或減少一定開通時間段。由此往復實現太陽能電池板的輸出功率始終在最高點，實現最大功率跟蹤mppt。

圖3示出上述太陽能直流變換器的另一種可選的電路連接圖，如圖3所示為包括s11和s21共兩個太陽能電池板的供電方案，此處需要說明的是，為了方便比較圖2和圖3，部分元器件標號相同，在實際設置時，圖2和圖3中標號相同的元器件取值可以相同也可以不同。具體設置電路時，上述的第一太陽能輸出控制電路101如圖3所示，包括：

第一二極體d12，正極與第一太陽能電池板s11的正極連接，負極的第一端通過第一吸收回路與變壓器電路第一輸入端連接，負極第二端與變壓器第二輸入端連接，其中，優選地，上述第一吸收回路包括：第一電阻r11，第一端與第一二極體d12的負極連接；第一電容c11，第一端分別與第一電阻r11的第一端和第一二極體d12的負極連接，第二端與第一電阻r11的第二端連接,第七二極體d11，負極分別與第一電阻r11的第二端和第一電容c11的第二端連接；正極分別與第一mos管mos11的漏極和變壓器電路第一輸入端連接。該第一吸收回路用於抑制電路中漏感產生的電壓應力；

第一mos管mos11，漏極與變壓器電路第一輸入端連接，源極與第一太陽能電池板s11的負極連接，用於控制第一太陽能電池板s11供電與否。

上述的第二太陽能輸出控制電路102如圖3所示，包括：

第二二極體d22，正極與第二太陽能電池板s21的正極連接，負極的第一端通過第二吸收回路與變壓器電路第二輸入端連接，負極第二端與變壓器第一輸入端連接，其中，優選地，第二吸收回路包括：第二電阻r21，第一端與第二二極體d22的負極連接；第二電容c21，第一端分別與第二電阻r21的第一端和第二二極體d22的負極連接，第二端與第二電阻r21的第二端連接；第八二極體d21，負極分別與第二電阻r21的第二端和第二電容c21的第二端連接；正極分別與第二mos管mos21的漏極和變壓器電路第二輸入端連接。第二吸收回路用於抑制電路中漏感產生的電壓應力；

第二mos管mos21，漏極與變壓器電路第二輸入端連接，源極與第二太陽能電池板s21的負極連接，用於控制第二太陽能電池板供電與否。

上述的變壓器隔離功率變換電路如圖3所示，包括：

第九二極體d31，負極與變壓器第二輸出端連接，正極與變壓器隔離功率變換電路的第二輸出端；

第十二極體d32，正極與第九二極體d31的正極連接，並連接至變壓器隔離功率變換電路的第二輸出端，負極與變壓器第一輸出端連接；

第二電感l31，第一端分別與變壓器第二輸出端和第九二極體d31的負極連接，第二端與變壓器隔離功率變換電路的第一輸出端；

第三電感l32，第一端分別與第十二極體d32負極和變壓器第一輸出端連接，第二端與第二電感l31的第二端連接；

第四電容c31，第一端與變壓器隔離功率變換電路的第一輸出端連接，第二端與變壓器隔離功率變換電路的第二輸出端連接。

圖3所示電路結構中，變壓器原邊元器件和圖2相同，副邊結構不相同，圖2的雙輸入隔離型直流變換器主要針對輸出電壓較高的情況下使用，圖3的雙輸入隔離型直流變換器主要針對輸出電流較大的情況下使用。

在副邊輸出電流較大時可以採用如圖3所示的方案拓撲。圖3中，高頻變壓器原邊電路拓撲和圖2相同，副邊拓撲採用兩個副邊電感的方式，此方式可以實現原邊相應導通功率管的電流減半。控制上還是採用電感電流不連續導通方式(其中，功率管mos11的導通對應於副邊電感l31的不連續導通，功率管mos21的導通對應於副邊電感l32的不連續導通)。其餘的最大功率跟蹤控制和圖2相同，此處不再贅述。

在上述實施例中，對於具有不同電壓太陽能電池組供電控制時，設置第一太陽能輸出控制電路和第二太陽能輸出控制電路，實現不同電壓太陽能電池組的分時控制，同時，通過設置輸入端分別與第一太陽能輸出控制電路的輸出端和第二太陽能輸出控制電路的輸出端連接的變壓器隔離功率變換電路，完成一個變壓器實現兩個不同電壓太陽能電池組的輸入，這種結構的太陽能直流變換器有效地解決現有技術中多個太陽能電池板供電時，需要採用多個功率變換器分別對應多輸入的太陽能電池電源，成本較高的問題，降低太陽能電源輸入的設備成本。

實施例2

基於上述實施例1中提供的太陽能直流變換器，本發明可選的實施例2還提供了一種空調供電系統，具體來說，圖4示出該空調供電系統的一種可選的結構框圖，如圖4所示，該空調供電系統包括：太陽能直流變換器40、第一太陽能電池板10、第二太陽能電池板11以及空調機組41，第一太陽能電池板10、第二太陽能電池板11通過太陽能直流變換器40為空調機組42供電。其中，太陽能直流變換器結構如上述實施例1中所描述，此處不再贅述。

由於太陽能電池板擺放位置不同導致的輸出電壓不同，因此不能並聯給空調系統供電，必須分開供電，普通的太陽能變換器採用兩個功率變換器處理兩組太陽能電池板，本實施例中採用一個功率變換器實現了兩組電池板的供電。且兩組電池板之間實現了隔離減少了相互幹擾，對電磁兼容有利。且一個變壓器實現了兩組隔離的太陽能電池板輸入節省了成本。

實施例3

基於上述實施例1中提供的太陽能直流變換器，本發明可選的實施例3還提供了一種通過太陽能直流變換器進行供電的供電控制方法，其中，太陽能直流變換器結構如上述實施例1中所描述，此處不再贅述。在通過太陽能直流變換器進行供電的控制中，通過第一太陽能輸出控制電路、第二太陽能輸出控制電路分別控制第一太陽能電池板、第二太陽能電池板的輸出通斷，以實現第一太陽能電池板、第二太陽能電池板分時對負載進行供電。

此外，對第一太陽能電池板、第二太陽能電池板供電過程中進行獨立的最大功率追蹤控制。具體地，在電感電流不連續dcm或臨界導通的前提下，根據檢測到的太陽能電池板電源電壓及相應的電流可得到太陽能電池板的輸出功率，在進行控制時，可以通過動態控制功率管的佔空比使太陽能電池板的輸出功率始終維持在最大值，具體來說，優選地，以一個時間段為單位，在此時間段內功率管佔空比相同，檢測太陽能電池板的平均電流與電壓，得到功率。當此功率小於上一時間段的功率時，功率管的佔空比調到上一時間段的佔空比。當此功率大於上一時間段功率時，功率管的佔空比按前一段的變化趨勢再增加或減少一定開通時間段。由此往復實現太陽能電池板的輸出功率始終在最高點，實現最大功率跟蹤mppt。

從以上描述中可以看出，在本發明提供的實施例中，對於具有不同電壓太陽能電池組供電控制時，設置第一太陽能輸出控制電路和第二太陽能輸出控制電路，實現不同電壓太陽能電池組的分時控制，同時，通過設置輸入端分別與第一太陽能輸出控制電路的輸出端和第二太陽能輸出控制電路的輸出端連接的變壓器隔離功率變換電路，完成一個變壓器實現兩個不同電壓太陽能電池組的輸入，這種結構的太陽能直流變換器有效地解決現有技術中多個太陽能電池板供電時，需要採用多個功率變換器分別對應多輸入的太陽能電池電源，成本較高的問題，降低太陽能電源輸入的設備成本。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這裡公開的發明後，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理並包括本發明未發明的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正範圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本發明並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的精確結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本發明的範圍僅由所附的權利要求來限制。