一種太陽電池有源防反接與保護電路的製作方法
2023-05-06 22:26:31 2
專利名稱：一種太陽電池有源防反接與保護電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於光伏發電技術領域，涉及ー種太陽電池有源防反接與保護電路的結構和應用，特別是具有太陽電池板防反充電和過流保護的功能，能夠取代太陽電池輸出端大功率ニ極管，提高太陽能發電系統的效率，可用於太陽能電池發電系統和太陽能充電電路。
背景技術：
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。太陽能光伏發電技術的發展是人類解決全球性能源危機主要方向之一；太陽能發電不會給空氣帶來汙染，不破壞生態，是一種清潔緑色能源。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利用太陽能和其他新型可再生能源的鼓勵性政策和法規；全球在光伏發電等新能源領域的投資正在呈現快速發展的趨勢，該產業已經成為投資的熱門領域；目前我國已經成為太陽能光伏發電模組的產能大國，正處於市場發展和應用發展的關鍵階段，因此自主開發專利技木，對發展我國光伏發電產業等新能源技術具有重要社會和經濟意義。太陽能電池是ー種半導體器件，其內部結構PN結面積非常大，在低光照條件下， 太陽電池反向工作時太陽電池板會發生洩漏，如果太陽電池直接與後面的儲能蓄電池相接，蓄電池會通過太陽能電池板放電。為了解決這個問題，傳統的太陽電池發電系統中，人們都是用大功率ニ極管正向串聯到太陽電池的輸出端，在低光照條件下，後邊蓄電池的電壓高於太陽電池板電壓吋，由於ニ極管的整流特性，可以防止蓄電池通過太陽電池的漏電流放電。但是ニ極管有0.7伏的正向壓降，在大電流工作時，對太陽電池發電效率有負面影響，比如，當電流達到100安培吋，ニ極管的功耗將達到70W。因此為了獲得更多的充電能量，改善和優化太陽電池板防反充電的方法是非常必要的。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術存在的上述不足，提供一種太陽電池有源防反接與保護電路，以取代太陽電池發電系統的防反接ニ極管電路結構，提高太陽電池發電系統的效率。本發明提出了一種太陽電池有源防反接與保護電路及其實現方法，具有太陽電池接入極性保護、太陽電池板防反充電保護和太陽電池板輸出最大電流保護功能，取代了傳統的防反接ニ極管，提高了太陽能發電系統的效率。本發明太陽電池有源防反接與保護電路包括DC-DC轉換電路，DC-DC轉換電路的輸入端連接外部太陽電池井分別與電壓保護電路和接入保護電路的輸入端相連，DC-DC轉換電路的輸出端與過流保護電路的輸入端相連，過流保護電路的輸出端作為直流輸出，過流保護電路的輸出端同時與電壓保護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6的另外三個輸入端A、B、C依次分別與電壓保護電路的輸出端、接入保護電路的輸出端以及控制電路驅動信號連接；
與門電路的輸出端經驅動電路連接DC-DC轉換電路的另ー輸入端，驅動電路的輸出端同時與使能控制電路的輸入端反饋連接，使能控制電路的另ー輸入端連接外部使能信號，使能控制電路的兩個輸出端分別與驅動電路的輸入端及外部電路相連。所述的DC-DC轉換電路採用傳統的BUCK型降壓電路拓撲。所述的電壓保護電路包括，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。所述的過流保護電路包括，電流採樣電路、信號放大電路、電流設定電路和第二比較器；電流採樣電路的輸入端與DC-DC轉換電路的輸出端相連，電流採樣電路的輸出端有兩個，分別與直流輸出端和信號放大電路的輸入端相連；信號放大電路的輸出端與第二比較器的負輸入端相連，第二比較器的正輸入端與電流設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、延時電路和使能信號處理電路；輸出鎖存電路的輸入端與延時電路的輸出端相連，輸出鎖存電路的輸出端有兩個，分別與驅動電路的一個輸入端和使能信號處理電路的ー個輸入端相連，使能信號處理電路的另ー個輸入端與外部使能信號相連，使能信號處理電路的ー個輸出端與延時電路的輸入端相連，另ー個輸出端連到外部電路，表明本電路的工作狀態。所述的接入保護電路包括，電壓信號採集電路和第三比較器；電壓信號採集電路由依次串聯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構成，其中第一分壓電阻的外側一端與太陽電池的輸入端相連，第三分壓電阻的外側一端與系統地相連，三個串聯的分壓電阻之間的兩個中間節點作為兩個輸出端，第一分壓電阻和第二分壓電阻之間的中間節點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點B與第三比較器的負輸入端相連，第三比較器的輸出端連到與門電路的輸入端B。本發明提供的太陽電池有源防反接與保護電路的實現方法，依次經過下述步驟第一、系統上電後，控制電路4的輸出端為低電平，使驅動電路5關閉；同時控制電路4內部的使能信號處理電路17檢查外部使能信號，在外部信號為低電平有效時，使能信號處理電路17啟動延時電路16，等延時結束，延時電路16輸出高電平信號，經過輸出鎖存電路15鎖存後，使驅動電路5開啟。第二、在延時電路16延時期間，接入保護電路7檢測太陽電池的接入極性；電壓信號採集電路18內部由依次串聯相接的第一分壓電阻、第二分壓電阻和第三分壓電阻(R1、 R2和舊)構成，第二分壓電阻R2兩端的電壓與太陽電池接入極性有關，外部太陽電池輸入極性正確時，第二分壓電阻R2上的電壓A點大於B點，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，允許輸入端C輸入的外部驅動信號通過與門電路6 ；外部太陽電池輸入極性接反吋，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輸入的外部驅動信號不能通過與門電路6，驅動電路5輸出低電平，DC-DC 轉換電路1不工作。
第三、在延時電路16延時期間，電壓保護電路2檢測輸入端電壓和輸出端電壓；電壓保護電路2內部的第一分壓電路8和第二分壓電路10分別採集太陽電池輸入端電壓和直流輸出端電壓；第一比較器9比較兩個電壓的值，在太陽電池發電系統正常工作吋，第一比較器9的正輸入端電壓大於負輸入端電壓，第一比較器9的輸出端保持高電平，允許由輸入端C輸入的外部驅動信號通過與門電路6 ；在陰天或夜晩，太陽電池電壓下降到等於或低於後端蓄電池電壓吋，第一比較器9的正輸入端電壓小於負輸入端電壓，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，輸入端C輸入的外部驅動信號不能通過與門電路6，驅動電路5輸出低電平，DC-DC轉換電路1不工作。第四、在延時電路16延時期間，過流保護電路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、延時電路16延時結束後，與門電路6的A輸入端、B輸入端和D輸入端都為高電平，外部驅動信號經過與門電路6的輸入端C加到驅動電路5的輸入端，驅動電路5驅動DC-DC轉換電路1工作，系統啟動。第六、系統啟動後，使能信號處理電路17檢測輸出鎖存電路15的輸出和驅動電路 5的輸出，在輸出鎖存電路15輸出高電平，驅動電路5有脈衝信號輸出吋，使能信號處理電路17向外部輸出低電平信號，表明系統正常工作。第七，在電路正常工作狀態，過流保護電路3內部的電流採樣電路11實時的採集 DC-DC轉換電路1輸出的電流，轉換為電流信號經過信號放大電路12放大後，輸出到第二比較器14的負輸入端；系統輸出電流沒有達到最大保護電流吋，第二比較器14的負輸入端電壓小於正輸入端電壓，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對與門電路6的其他輸入端沒有影響，系統正常工作；在系統輸出電流達到或超過最大保護電流吋，第二比較器14的負輸入端電壓大於正輸入端電壓，第二比較器14的輸出端變為低電平，使得與門電路6的輸入端D變低，阻止外部驅動信號通過與門電路6，驅動電路5輸出低電平，關斷DC-DC轉換電路1，實現對系統的過流保護。本發明採用集成設計方法將接入保護電路7、電壓保護電路2、控制電路4、與門電路6、驅動電路5、信號放大電路12和第二比較器14設計成ー個集成電路，採用全定製方法設計，基於半導體エ藝實現；採用系統設計方法將DC-DC轉換電路1、電流採樣電路11和電流設定電路13與所設計的集成電路設計成ー個電路系統，基於PCB實現。本發明的優點和積極效果本發明提供的太陽電池有源防反接與保護電路，可以同時實現太陽電池防反接保護、輸出過流保護和蓄電池反向放電保護，能夠取代太陽電池發電系統的大功率防反接ニ 極管，採用集成設計方法，具有功能強、效率高和使用簡單等特點，特別適合於降壓型中小規模太陽能蓄電池充電電路和獨立運行的太陽電池電站。
圖1是太陽電池有源防反接與保護電路結構框圖；圖2是電壓保護電路2的結構框圖；圖3是過流保護電路3的結構框圖；圖4是控制電路4的結構框圖5是接入保護電路7的結構框圖。
具體實施例方式實施例1 如圖1所示，本發明提供的太陽電池有源防反接與保護電路的具體結構包括DC-DC轉換電路1、電壓保護電路2、過流保護電路3、控制電路4、驅動電路5、與門電路6和接入保護電路7。DC-DC轉換電路的輸入端連接外部太陽電池並分別與電壓保護電路和接入保護電路的輸入端相連，DC-DC轉換電路的輸出端與過流保護電路的輸入端相連，過流保護電路的輸出端作為直流輸出端，過流保護電路的輸出端同時與電壓保護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6的另外三個輸入端A、B、C依次分別與電壓保護電路的輸出端、接入保護電路的輸出端以及外部驅動信號連接；與門電路的輸出端經驅動電路連接DC-DC轉換電路的另ー輸入端，驅動電路的輸出端同時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，控制電路的兩個輸出端分別與驅動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電路的各構成子模塊詳述如下DC-DC轉換電路1，採用傳統的BUCK型降壓電路結構，在本電路中作為開關轉換電路實現太陽能電池電壓到後邊蓄電池電壓的變換。電壓保護電路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於直流輸出端電壓吋，第一比較器9的正輸入端電壓大於負輸入端電壓，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於直流輸出端電壓吋，第一比較器9的正輸入端電壓小於負輸入端電壓，第一比較器9的輸出端保持低電平，這個低電平輸出到與門電路6的輸入端A，就會使與門電路6的輸出保持低電平，外部驅動信號不能通過與門電路6，DC-DC轉換電路1處於關斷狀態，防止蓄電池通過太陽電池板放電。過流保護電路3(如圖3所示)，包括，電流採樣電路11、信號放大電路12、電流設定電路13和第二比較器14。電流採樣電路的輸入端與DC-DC轉換電路的輸出端相連，電流採樣電路的輸出端有兩個，分別與直流輸出端和信號放大電路的輸入端相連；信號放大電路的輸出端與第二比較器的負輸入端相連，第二比較器的正輸入端與電流設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。過流保護電路3實時採集太陽電池輸出電流，並與所設定的最大電流限定值進行比較；電流設定電路13根據系統最大輸出電流的保護值，為第二比較器14的正輸入端設定 ー個固定電壓；電流採樣電路11實時的採集DC-DC轉換電路1輸出的電流，轉換為電流信號後經過信號放大電路12放大後，輸出到第二比較器14的負輸入端；太陽電池輸出電流沒有達到最大保護電流吋，第二比較器14的負輸入端電壓小於正輸入端電壓，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對其他輸入信號沒有影響；系統輸出電流達到或超過最大保護電流吋，第二比較器14的負輸入端電壓大於正輸入端電壓，第二比較器 14的輸出端變為低電平，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，外部驅動信號不能通過與門電路6，DC-DC轉換電路1處於關斷狀態，實現系統的過流保護。控制電路4 (如圖4所示)，包括，輸出鎖存電路15、延時電路16和使能信號處理電路17。輸出鎖存電路的輸入端與延時電路的輸出端相連，輸出鎖存電路的輸出端有兩個，分別與驅動電路5的一個輸入端和使能信號處理電路的ー個輸入端相連，使能信號處理電路的另ー個輸入端與外部使能信號相連，使能信號處理電路的ー個輸出端與延時電路的輸入端相連，另ー個輸出端連到外部電路，表明本電路的工作狀態。使能信號處理電路17的輸入端有三個，ー個輸入端與外部使能信號相連，第二個輸入端與輸出鎖存電路15的ー個輸出端相連，第三個輸入端與驅動電路5的輸出端相連。控制電路4實現本發明電路與外部控制電路的接ロ ；系統上電後，使能信號處理電路17等待外部使能信號，只有外部使能信號為低電平有效時，才啟動延時電路16開始計吋，計時完成後延時電路16輸出高電平信號，並經過輸出鎖存電路15鎖存後輸出到驅動電路5 ；延時電路16延時期間，電壓保護電路2，過流保護電路3和接入保護電路7完成現場測試，確定與門電路6的輸入狀態，在輸出鎖存電路15輸出高電平吋，系統進入工作狀態； 使能信號處理電路17檢測輸出鎖存電路15和驅動電路5的輸出信號，在輸出鎖存電路15 輸出高電平而驅動電路5輸出脈衝驅動信號吋，使能信號處理電路17向外部輸出端輸出低電平，表明電路工作正常；使能信號處理電路17向外部輸出端輸出高電平吋，表明系統處於關斷狀態。接入保護電路7 (如圖5所示)，包括，電壓信號採集電路18和第三比較器19。電壓信號採集電路由依次串聯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)構成，其中第一分壓電阻的外側一端與太陽電池的輸入端相連，第三分壓電阻的外側一端與系統地相連，三個串聯的分壓電阻之間的兩個中間節點(A和B)作為兩個輸出端，第一分壓電阻和第二分壓電阻之間的中間節點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點B與第三比較器的負輸入端相連，第三比較器的輸出端連到與門電路的輸入端B。接入保護電路7檢測外部太陽電池輸入的極性，外部太陽電池正負極正確接入吋，第二分壓電阻R2上的電壓A點大於B點，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對其他輸入端沒有影響；外部太陽電池輸入端極性接反吋，第二分壓電阻 R2上的電壓A點小於B點，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，外部驅動信號不能通過與門電路6，使DC-DC轉換電路1 處於關斷狀態。驅動電路5，驅動電路5的功能是對外部的驅動信號進行緩衝和使能，控制電路4 的輸出端為高電平吋，驅動電路5對來自與門電路6輸出端的外部驅動信號進行緩衝和調理，控制電路4的輸出端為低電平時，驅動電路5處於關斷狀態，其輸出端保持低電平。與門電路6，與門電路6實現開關作用，共有四個輸入端A、B、C和D，其中任何ー個輸入端為低電平吋，都會使與門電路6的輸出保持低電平，當任意一個輸入端為高電平吋， 則不影響其他輸入端的信號通過與門電路6。所以只有在電壓保護電路2的輸出端、接入保護電路7的輸出端、過流保護電路3的輸出端都為高電平吋，外部驅動信號才能經輸入端C 通過與門電路6，到達驅動電路5的輸入端；只要電壓保護電路2的輸出端、接入保護電路7 的輸出端、過流保護電路3的輸出端有ー個為低電平，則與門電路6關閉，外部驅動信號不能通過與門電路6。一、本太陽電池有源防反接與保護電路的實現(即工作過程)，依次經過下述步驟第一、系統上電後，控制電路4的輸出端為低電平，使驅動電路5關閉；同時控制電路4內部的使能信號處理電路17檢查外部使能信號，在外部使能信號為低電平有效時，使能信號處理電路17啟動延時電路16，等延時結束，延時電路16輸出高電平信號，經過輸出鎖存電路15鎖存後，使驅動電路5開啟。第二、在延時電路16延時期間，接入保護電路7檢測太陽電池的接入極性；電壓信號採集電路18內部的分壓電阻Rl、R2和R3串聯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兩點的電壓與太陽電池接入極性有關，外部太陽電池輸入極性正確吋，第二分壓電阻R2上的電壓A點大於B點，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，允許外部驅動信號由輸入端C通過與門電路6 ；外部太陽電池輸入極性接反吋，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的外部驅動信號不能通過與門電路6，驅動電路5輸出低電平，DC-DC轉換電路1不工作。第三、在延時電路16延時期間，電壓保護電路2檢測輸入端電壓和輸出端電壓；電壓保護電路2內部的第一分壓電路8和第二分壓電路10分別採集太陽電池輸入端電壓和直流輸出端電壓；第一比較器9比較兩個電壓的值，在太陽電池發電系統正常工作吋，第一比較器9的正輸入端電壓大於負輸入端電壓，第一比較器9的輸出端保持高電平，允許外部驅動信號由輸入端C通過與門電路6 ；在陰天或夜晩，太陽電池電壓下降到等於或低於後端蓄電池電壓吋，第一比較器9的正輸入端電壓小於負輸入端電壓，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，外部驅動信號不能通過與門電路6，驅動電路5 輸出低電平，DC-DC轉換電路1不工作。第四、在延時電路16延時期間，過流保護電路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、延時電路16延時結束後，與門電路6的A輸入端、B輸入端和D輸入端都為高電平，外部驅動信號由輸入端C通過與門電路6，加到驅動電路5的輸入端，驅動電路5驅動DC-DC轉換電路1工作，系統啟動。第六、系統啟動後，使能信號處理電路17檢測輸出鎖存電路15的輸出和驅動電路 5的輸出，在輸出鎖存電路15輸出高電平，驅動電路5有脈衝信號輸出吋，使能信號處理電路17向外部輸出低電平信號，表明系統正常工作。第七，在電路正常工作狀態，過流保護電路3內部的電流採樣電路11實時的採集 DC-DC轉換電路1輸出的電流，轉換為電流信號經過信號放大電路12放大後，輸出到第二比較器14的負輸入端；系統輸出電流沒有達到最大保護電流吋，第二比較器14的負輸入端電壓小於正輸入端電壓，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對其他輸入端的信號傳輸沒有影響，系統正常工作；在系統輸出電流達到或超過最大保護電流吋，第二比較器14的負輸入端電壓大於正輸入端電壓，第二比較器14的輸出端變為低電平，使得與門電路6的輸入端D變低，阻止外部驅動信號經過與門電路6，驅動電路5輸出低電平，關斷DC-DC轉換電路1，實現對系統的過流保護。ニ、本太陽電池有源防反接與保護電路的太陽電池板接入保護功能實現的工作流程如下接入保護電路7的結構框圖如圖5所示，由電壓信號採集電路18和第三比較器19 組成，其工作過程為第一歩，太陽電池板的輸出加到電壓信號採集電路18，其內部的串聯電阻Rl、R2、 R3的對太陽電池的電壓進行分壓，串聯電路中有電流流過。第二歩，串聯電路中的電流流過第二分壓電阻R2，在R2兩端形成電壓差，這個電壓差加在第三比較器19的兩個輸入端，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，第三比較器19的負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。第三歩，太陽電池板輸出的正極從第一分壓電阻Rl的一端接入，負極從第三分壓電阻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點的電壓大於B點電壓，第三比較器19輸出高電平，這個高電平加在與門電路6的輸入端B，對與門電路6其他輸入端的信號傳輸沒有影響，允許外部驅動信號通過與門電路6，電路不進行保護操作，正常工作。第四歩，太陽電池板輸出的正極從第三分壓電阻R3的一端接入，負極從第一分壓電阻Rl的一端輸入，即太陽電池板接入極性錯誤，串聯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點的電壓大於A點電壓，第三比較器19的輸出端為低電平，這個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，阻斷外部驅動信號通過與門電路6，驅動電路5的輸出維持低電平，關閉DC-DC轉換電路1，實現太陽電池板接入極性錯誤時的保護功能。三、本太陽電池有源防反接與保護電路的電壓保護功能實現的工作流程如下電壓保護電路2的結構框圖如圖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，其工作過程為第一歩，第一分壓電路8將太陽電池板的電壓進行分壓和信號採集，並將電壓信號輸出到第一比較器9的正輸入端。第二歩，第二分壓電路10將直流輸出端的電壓進行分壓和信號採集，並將電壓信號輸出到第一比較器9的負輸入端。第三歩，由於本發明適用於降壓型太陽電池發電系統，具有足夠光照條件吋，太陽電池板的輸出電壓大於直流輸出端的電壓，優化設計第一分壓電路8和第二分壓電路10， 使第一比較器9的正輸入端電壓大於負輸入端電壓。第一比較器9輸出高電平，這個高電平加在與門電路6的輸入端A，對與門電路6其他輸入端的信號傳輸沒有影響，允許外部驅動信號通過與門電路6，電路不進行保護操作，正常工作。第四歩，在夜間或陰天的情況下，太陽電池輸入端電壓會小於直流輸出端電壓，第一分壓電路8輸出的電壓小於第二分壓電路10輸出的電壓，第一比較器9的正輸入端電壓小於負輸入端電壓，第一比較器9的輸出端為低電平，這個低電平輸出到與門電路6的輸入端A，就會使與門電路6的輸出保持低電平，外部驅動信號不能通過與門電路6，DC-DC轉換電路1處於關斷狀態，實現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電路的輸出過流保護實現的工作流程如下過流保護電路3的結構框圖如圖3所示內部由電流採樣電路11、信號放大電路 12、電流設定電路13和第二比較器14組成，其工作過程為第一歩，電流採樣電路11直接串聯在電流輸出迴路中，實時採集DC-DC轉換電路 1輸出的電流。第二歩，電流設定電路13根據發電系統的功率指標，確定最大輸出電流保護值， 設定ー個具體的電壓值加在第二比較器14的正輸入端。第三歩，信號放大電路12對電流採樣電路11輸出的實時電流信號進行放大處理， 輸出到第二比較器14的負輸入端。第四歩，第二比較器14實時比較正輸入端電壓與負輸入端電壓大小。第五歩，太陽電池輸出電流沒有達到最大保護電流吋，第二比較器14的負輸入端電壓小於正輸入端電壓，第二比較器14的輸出端輸出高電平，這個高電平加在與門電路6 的輸入端D，對與門電路6其他輸入端的信號傳輸沒有影響，允許外部控制電路輸入信號通過與門電路6，電路不進行保護操作，正常工作。第六歩，負載電路出現短路和過載吋，太陽電池板輸出電流達到最大輸出電流保護值，第二比較器14的負輸入端電壓大於正輸入端電壓，第二比較器14的輸出端變為低電平，這個低電平輸出到與門電路6的輸入端D，就會使與門電路6的輸出保持低電平，外部驅動信號不能通過與門電路6，DC-DC轉換電路1處於關斷狀態，實現系統的過流保護功能。
權利要求
1.一種太陽電池有源防反接與保護電路，其特徵在於該電路包括DC-DC轉換電路，DC-DC轉換電路的輸入端連接外部太陽電池並分別與電壓保護電路和接入保護電路的輸入端相連，DC-DC轉換電路的輸出端與過流保護電路的輸入端相連，過流保護電路的輸出端作為直流輸出，過流保護電路的輸出端同時與電壓保護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輸入端A、B、C依次分別與電壓保護電路的輸出端、接入保護電路的輸出端以及控制電路驅動信號連接；與門電路的輸出端經驅動電路連接DC-DC轉換電路的另ー輸入端，驅動電路的輸出端同時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，控制電路的兩個輸出端分別與驅動電路的輸入端及外部電路相連。
2.根據權利要求1所述的太陽電池有源防反接與保護電路，其特徵在幹，所述的DC-DC 轉換電路採用傳統的BUCK型降壓電路拓撲。
3.根據權利要求1所述的太陽電池有源防反接與保護電路，其特徵在於，所述的電壓保護電路包括，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.根據權利要求1所述的太陽電池有源防反接與保護電路，其特徵在幹，所述的過流保護電路包括，電流採樣電路、信號放大電路、電流設定電路和第二比較器；電流採樣電路的輸入端與DC-DC轉換電路的輸出端相連，電流採樣電路的輸出端有兩個，分別與直流輸出端和信號放大電路的輸入端相連；信號放大電路的輸出端與第二比較器的負輸入端相連，第二比較器的正輸入端與電流設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.根據權利要求1所述的太陽電池有源防反接與保護電路，其特徵在幹，所述的控制電路包括，輸出鎖存電路、延時電路和使能信號處理電路；輸出鎖存電路的輸入端與延時電路的輸出端相連，輸出鎖存電路的輸出端有兩個，分別與驅動電路的一個輸入端和使能信號處理電路的ー個輸入端相連，使能信號處理電路的另ー個輸入端與外部使能信號相連，使能信號處理電路的ー個輸出端與延時電路的輸入端相連，另ー個輸出端連到外部電路，表明本電路的工作狀態。
6.根據權利要求1所述的太陽電池有源防反接與保護電路，其特徵在於，所述的接入保護電路包括，電壓信號採集電路和第三比較器；電壓信號採集電路由依次串聯相接的第一分壓電阻、第二分壓電阻和第三分壓電阻構成，其中第一分壓電阻的外側一端與太陽電池的輸入端相連，第三分壓電阻的外側一端與系統地相連，三個串聯的分壓電阻之間的兩個中間節點作為兩個輸出端，第一分壓電阻和第二分壓電阻之間的中間節點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點B與第三比較器的負輸入端相連，第三比較器的輸出端連到與門電路的輸入端B。
全文摘要
一種太陽電池有源防反接與保護電路。可用於降壓式太陽電池發電系統。該電路由DC-DC轉換電路、電壓保護電路、過流保護電路、驅動電路、與門電路、接入保護電路和控制電路組成。應用於太陽能發電系統能夠同時實現太陽電池接入極性接反保護、太陽電池輸出電流過流和負載短路保護、避免後端儲能蓄電池通過太陽電池反向放電保護。本發明提出的電路能夠取代傳統太陽電池發電系統的大功率防反接二極體，有效提高太陽能發電系統的效率。
文檔編號H02H11/00GK102545155SQ201210053509
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者劉豔豔, 周鉲, 宋芃霖, 李響, 王俊, 王立萍, 耿衛東 申請人:南開大學