具有功率適配功能的太陽能穩壓變換電源的製作方法

2023-12-07 09:32:21

專利名稱：具有功率適配功能的太陽能穩壓變換電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種直流-直流穩壓變換裝置，特別是一種具有功率適配功能的太陽能穩壓變換電源。
作為一種可再生能源，太陽能越來越受到人們的重視，特別是在日照充足地區，太陽能的應用越來越普及。在通信領域，太陽能的應用也逐漸增多。現在通常採用多級、分組接點式投入、撤出的控制方式。完成對太陽能光伏電池電壓的控制和調節(如

圖1)，以保證通信設備處於正常供電要求範圍。這種方式雖然簡單實用，但它存在一些不可克服的問題。例如它可能會將雷擊直接引入到通信設備，它提供的電壓只能保證在一定範圍內而不能穩定，它給蓄電池和通信設備的壽命也會帶來一些不利的影響，它只能使用太陽能光伏電池工作範圍中一小部分功率段等等。為了保證滿足負載的功率需要，因此必須配置較大的電池方陣。
本實用新型的目的是提供一種具有功率適配功能和隔離功能的太陽能穩壓變換電源。
所述太陽能穩壓變換電源包括一個預穩壓電路，一個二次變換電路，其特徵是該穩壓變換電源還包括一個功率適配電路(6)；其中預穩壓電路(4)的輸入端與太陽能電池組(1)的輸出端相連，預穩壓電路的輸出端與二次變換電路(5)的輸入端相連，該輸出端還同時與功率適配電路(6)的信號輸入端相連，功率適配電路的輸出端與預穩壓電路的控制端相連。前述預穩壓電路(4)是一個由二極體D和電容器C以及電感線圈L和開關管M構成的升壓電路；電感線圈L的一端與太陽能電池組(1)的輸出端相連，另一端與二極體D的一端相連，二極體D的另一端上接有電容器C，電容器的另一端與太陽能電池組的另一輸出端相連，開關管M的一端接在電感線圈與二極體相連的節點上，其另一端與電容器的另一端一起接在太陽能電池的另一端上，開關管的控制端與功率適配電路的輸出端相連；二次變換電路(5)是一種全橋變換電路，其原邊經橋式整流電路(7)與預穩壓電路的輸出端相連；功率適配電路(6)是一種由脈衝發生器(8)、觸發器(9)以及邏輯晶片(10)構成的具佔空比箝位功能的反饋電路，該電路脈衝發生器的控制信號輸入端與前述預穩壓電路的輸出端相連，(8)的輸出端與觸發器(9)及邏輯晶片(10)的輸入端相連，觸發器的輸出端與邏輯晶片的輸入端相連，邏輯晶片的輸出端與前述預穩壓電路中的開關管M的控制端相連。
本實用新型採用了變壓器將太陽能電池和通信設備及蓄電池完全隔離，可避免太陽能電池把雷擊引及到通信設備中。同時，通過變換器也實現了將太陽能電池不穩定的直流電壓變換為穩定的直流電壓。這一效果是由加在預穩壓電路中的功率適配電路來實現的。首先它提高了系統的可靠性，有了這部分電路，變換器可工作在全電壓範圍，而不需要頻繁的投入和切除。如在48V，太陽能電池最高電壓為80V，則變換器可工作在0-100V範圍內；由於太陽能電池的能量受光的照度的影響較大，在清晨蓄電池放電較深，要求的充電電流較大，有了功率適配電路後，變換器開始用小電流給蓄電池充電，隨著光照的增強，充電電池也逐漸加大，這極大地改善了變換器和蓄電池的工作條件。另外，有了這部分電路可以最大限度地利用太陽能。在光照度較低的時候雖然太陽能電池提供的能量不足以供給負載使用，但它總能或多或少地給負載提供部分能量，不讓這部分能量浪費，這樣在配置太陽能電池時可適當降低其容量，從而節省投資。
圖1是現有技術對太陽能光伏電池電壓的控制和調節原理圖。
圖2是本實用新型原理框圖。
圖3是本實用新型功率適配電路電路圖。
圖4是本實用新型電路圖。
圖中1-太陽能電池組，2-電源變換器，3-蓄電池負載，4-預穩壓電路，5-二次變換電路，6-功率適配電路，7-全橋變換電路，8-脈衝發生器，9-觸發器，10-邏輯晶片，V0-來自太陽能電池組的輸入電壓，V1-預穩壓電路輸出電壓，I1-預穩壓級電路輸出電流，V0-變換器輸出電壓，I0-變換器輸出電流，D1-脈衝發生器輸出脈衝電平，D2-觸發器輸出脈衝電平。
變換器由兩級構成。第一級為預穩定部分，它主要是將變化範圍很寬的太陽能電池電壓經過該部分電路預穩壓後變成一固定電壓。只要太陽能電池提供的能量可以足夠給負載供電，該電壓就一直保持恆定。第二級為變換部分；通過變壓器，將前級的固定電壓變換成穩定的直流電壓。變換器主要有三種工作狀態。一種狀態為穩壓狀態，在太陽光充足，而負載功率小於變換器容量範圍的情況下，變換器處於穩壓工作狀態，這時變換器的輸出電壓保持在預先整定的穩壓值。另一種狀態為限流狀態，在太陽光充足而負載功率超出變換器容量範圍時(如蓄電池深放電後)，變換器將處於限流狀態，這時變換器滿電流輸出，輸出電壓即蓄電池電壓，隨著充電的不斷進行，這個輸出電壓也將不斷提高。第三種狀態為功率適配狀態，這也是該變換器最有特色的工作狀態。在光照不強的時候，可能太陽能電池提供的能量不能滿足負載的要求，因而其電壓會降低。當電壓降低到一定程度後，變換器的輸出電壓就不可能恆定，而將隨輸入電壓的降低而降低，這時變換器就從穩壓區或限流區脫離出來而進入功率適配狀態。太陽能電池能提供多少能量，變換器就輸出多少能量(該能量要除以轉換效率，才為實際輸出能量)。
功率適配電路主要是採用了佔空比箝位技術如圖3，當光照不夠使太陽能電池電壓跌落到一定值後，佔空比不再增加。後級電壓將隨著輸入電壓的跌落而降低，變換器的輸出電流也跟著降低，而變換器電流的降低反過來又使輸入電壓升高，一直到它們達到一種動態平衡。變換器的輸出電壓跟隨蓄電池電壓，其輸出電流取決於太陽能電池的能量，太陽能電池能量越高，輸出電流也越大，從而使變換器的輸出功率跟隨太陽能電池的功率。
佔空比箝拉技術的基本原理如圖3所示。其中脈衝發生器輸出脈衝的佔空比隨輸入電壓，輸出電流的變化而變化。輸入電壓降低，佔空比增加，輸出電流增加，佔空比增加。在滿載正常輸入電壓範圍內，預穩壓電路工作的佔空比由脈衝發生器輸出脈衝的佔空比決定。當輸入電壓過低時，預穩壓電路工作的佔空比就由觸發器決定，觸發器產生一個固定佔空比的脈衝，它決定了預穩壓電路的最大佔空比，從而實現對佔空比的箝位。
電源變換器三種工作狀態在電路圖圖4中的信號變換流程是這樣1、正常狀態輸入電壓高時信號流程V2↑→V1↑→D1↓→V1↓→V1平衡，V0平衡；2、正常狀態輸入電壓底時信號流程V2↓→V1↓→D1↑→V1→V1↑平衡，↑V0平衡；3、非正常狀態電壓過低時信號流程V2↓→V1↓(由觸發器箝位使佔空比恆定)→V0↓、I0↓→I1↓、V1↑→V0↑、I0↑(但達不到原預定值)，此時功率平衡，使功率輸出最為充分，利用率最高。
權利要求1.一種具有功率適配功能的太陽能穩壓變換電源，包括一個預穩壓電路(4)、一個二次變換電路(5)，其特徵是該穩壓變換電源還包括一個功率適配電路(6)；其中預穩壓電路(4)的輸入端與太陽能電池組(1)的輸出端相連，輸出端與二次變換電路(5)的輸入端相連，該輸出端還同時與功率適配電路(6)信號輸入端相連。
2.如權利要求1所述的太陽能穩壓變換電源，其特徵是前述預穩壓電路(4)是一個由二極體D和電容器C以及電感線圈L和開關管M構成的升壓電路；電感線圈L的一端與太陽能電池組(1)的輸出端相連，另一端與二極體D的一端相連，二極體D的另一端上接有電容器C，電容器的另一端與太陽能電池組的另一輸出端相連，開關管M的一端接在電感線圈與二極體相連的節點上，其另一端與電容器的另一端一起接在太陽能電池的另一端上，開關管的控制端與功率適配電路的輸出端相連；二次變換電路(5)是一種全橋變換電路，其原邊經橋式整流電路(7)與預穩壓電路的輸出端相連；功率適配電路(6)是一種由脈衝發生器(8)、觸發器(9)以及邏輯晶片(10)構成的具佔空比箝位功能的反饋電路，該電路脈衝發生器的控制信號輸入端與前述預穩壓電路的輸出端相連，(8)的輸出端與觸發器(9)及邏輯晶片(10)的輸入端相連，觸發器的輸出端與邏輯晶片的輸入端相連，邏輯晶片的輸出端與前述穩電路中的開關管M的控制端相連。
專利摘要本實用新型所述電源變換器由預穩壓電路(4)、二次變換電路(5)以及功率適配電路(6)組成;其中預穩壓電路的輸入端與太陽能電池組(1)的輸出端相連,輸出端與二次變換電路(5)輸入端相連,該輸出端還同時與功率適配電路(6)的信號輸入端相連。本實用新型具有隔離和功率適配功能,大大提高了太陽能利用率,並可降低太陽能電池組容量,節省投資,極大地改善了供電品質和蓄電池工作條件,使不穩定的太陽能電池變換為穩定的直流電壓。
文檔編號H02N6/00GK2396566SQ99245199
公開日2000年9月13日 申請日期1999年10月29日 優先權日1999年10月29日
發明者周鵬飛, 王文淵 申請人:武漢洲際通信電源集團有限責任公司