光伏移動電源的制作方法
光伏移動電源的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光伏移動電源，該光伏移動電源包括主電路和控制電路，其中，該主電路包括光伏薄膜電池組件、前端轉(zhuǎn)換器、蓄電池充放電模塊、DC/AC逆變電路以及直流轉(zhuǎn)換器，該控制電路包括微控制器、PWM驅(qū)動、單極性倍頻SPWM驅(qū)動、直流電壓電流檢測模塊以及交流電壓電流檢測模塊，本實用新型通過將光伏薄膜和移動電源結(jié)合，實現(xiàn)了一種既可以通過交流電源充電，又可以在有陽光的地方利用太陽能充電的移動電源，提高了設備的通用性。
【專利說明】光伏移動電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型關(guān)于一種移動電源，特別是涉及一種光伏移動電源。
【背景技術(shù)】
[0002]相比于傳統(tǒng)使用發(fā)電機為移動電源供能，太陽能清潔環(huán)保，無任何污染，利用價值高，太陽能更沒有能源短缺這一說法，光伏技術(shù)是指將太陽的光能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，用此技術(shù)制作的光伏電池使用方便，而且隨著第二代光伏電池——光伏薄膜的應用，因為其具有便攜性和較高的能量轉(zhuǎn)化率，使得可以將光伏薄膜作為移動電源的能量源，特別是近年來微小型半導體逆變器迅速發(fā)展，更加促使了這種應用的發(fā)展。
[0003]傳統(tǒng)的移動電源，大多需要交流電源或者通過交流發(fā)電機才可以充電，因此在有些場合使用會受到限制，而將太陽能技術(shù)應用于移動電源，將太陽能作為電源的能量源，在沒有交流電的地方，通過第二代光伏電池——光伏薄膜為移動電源充電，因為光伏薄膜具有可折疊，易于彎曲的新特性，因而方便攜帶，而且光伏薄膜的能量轉(zhuǎn)換率也是很不錯的，本實用新型考慮將光伏薄膜和移動電源結(jié)合起來，提供一個光伏移動電源，一個既可以通過交流電源充電，又可以在有陽光的地方利用太陽能充電的設備，從而大大提高了設備的通用性，更好的滿足外出旅行和特種作業(yè)的需要，而且太陽能清潔環(huán)保，也是從節(jié)約能源的角度考慮。
實用新型內(nèi)容
[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型之目的在于提供一種光伏移動電源，通過將光伏薄膜和移動電源結(jié)合，實現(xiàn)了一種既可以通過交流電源充電，又可以在有陽光的地方利用太陽能充電的移動電源，大大提高了設備的通用性，更好的滿足外出旅行和特種作業(yè)的需要，而且太陽能清潔環(huán)保，也實現(xiàn)了節(jié)約能源的目的。
[0005]為達上述及其它目的，本實用新型提出一種光伏移動電源，該光伏移動電源包括主電路和控制電路，其中，該主電路包括:
[0006]光伏薄膜電池組件，包含光伏發(fā)電所需薄膜電池及其組件，以將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能并儲存于薄膜電池中
[0007]前端轉(zhuǎn)換器，連接該光伏薄膜電池組件與控制電路的PWM驅(qū)動，在該PWM驅(qū)動的輸出驅(qū)動下使該光伏薄膜電池組件在光照強度改變時輸出最大功率并實現(xiàn)直流隔離；
[0008]蓄電池充放電模塊，連接該光伏薄膜電池組件及微控制器，以在該微控制器控制下選擇利用該光伏薄膜電池組件的輸出對蓄電池進行充電或常規(guī)充電；
[0009]DC/AC逆變電路，連接該前端轉(zhuǎn)換器，以在控制電路的單極性倍頻SPWM驅(qū)動的輸出控制下完成直流到交流的轉(zhuǎn)換；
[0010]直流轉(zhuǎn)換器，連接該前端轉(zhuǎn)換器及控制電路的直流電壓電流檢測模塊，以將該前端轉(zhuǎn)換器的輸出轉(zhuǎn)換為直流用電設備所需直流電壓；
[0011]該控制電路包括，[0012]微控制器，產(chǎn)生PWM/SPWM信號及接收直流/交流電壓電流檢測模塊的檢測結(jié)果并控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作；
[0013]PWM驅(qū)動，將該微控制器產(chǎn)生的PWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制該前端轉(zhuǎn)換器；
[0014]單極性倍頻SPWM驅(qū)動，將該微控制器產(chǎn)生的SPWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制該DC/AC逆變電路；
[0015]直流電壓電流檢測模塊，對該前端轉(zhuǎn)換器輸出的電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)
字信號;
[0016]交流電壓電流檢測模塊，連接該DC/AC逆變電路，對該DC/AC逆變電路輸出電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
[0017]進一步地，該前端轉(zhuǎn)換器包括負責該光伏薄膜電池組件最大功率跟蹤的2重交錯式升壓變換器和負責直流一直流隔離的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，該2重交錯式升壓變換器接于該光伏薄膜電池組件及該PWM驅(qū)動，該隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器接于該2重交錯式升壓變換器及該PWM驅(qū)動，輸出直流電壓至該DC/AC逆變電路。
[0018]進一步地，該前端轉(zhuǎn)換器包括兩個電感(LI與L2)、兩個二極管(Dl與D2)、兩個開關(guān)管(Ql與Q2)組成的2重交錯式升壓變換器以及兩個電容(C3與C4)、兩個開關(guān)管(Q3與Q4)、兩個電感(Lr與Ln)、電容(Cr)及隔離變壓器(Tl)、整流橋(D3、D4、D5與D6)組成的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，電感(LI)與二極管(Dl)串聯(lián)后與串聯(lián)的電感(L2)和二極管(D2)變聯(lián)，該光伏薄膜電池組件的輸出接該電感(LI)與電感(L2)公共端，二極管(D1)、二極管(D2)的公共端為該2重交錯式升壓變換器的輸出端，開關(guān)管(Ql)接在串聯(lián)的電感(LI)和二極管(Dl)的公共端，其控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q2)接在串聯(lián)的電感(L2)和二極管(D2)的公共端，其控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號；電容(C3)和電容(C4)串聯(lián)后并聯(lián)在該2重交錯式升壓變換器的輸出端和地之間，其中間節(jié)點作為該隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器的地，開關(guān)管(Q3與Q4)同向串聯(lián)后與串聯(lián)的電容(C3、C4)并聯(lián)，開關(guān)管Q3的控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q4)控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q3、Q4)的公共端接串聯(lián)的電感(Lr)和電容(Cr)，電感(Lr)和電容(Cr)串聯(lián)后接電感(Ln)，電感(Ln)和隔離變壓器(Tl)初級并聯(lián)，該隔離變壓器Tl次級接該整流橋的交流輸入端，該整流橋的交流輸出端為經(jīng)隔離的直流輸出。
[0019]進一步地，該蓄電池充放電模塊包括光伏充電電路、常規(guī)充電電路、蓄電池、蓄電池電量檢測模塊、充放電控制模塊及充電接口，該光伏充電電路及該常規(guī)充電電路均與該蓄電池及該充放電控制模塊，以在該充放電控制模塊控制下選擇充電方式，該光伏充電電路連接該光伏薄膜電池組件，該蓄電池電量檢測模塊與該蓄電池及該微控制器連接，該充放電控制模塊還連接該微控制器。
[0020]進一步地，該DA/AC逆變電路包括IGBT全橋和LC濾波。
[0021]進一步地，該DA/AC逆變電路包括開關(guān)管(Q5、Q6、Q7、Q8)組成換向電路以及電感與電容組成的濾波電路，該換向電路接于該前端轉(zhuǎn)換器輸出端，該電感與電容組成濾波電路濾除聞頻諧波。
[0022]進一步地，該DA/AC逆變電路為電流類型逆變器。
[0023]進一步地，該直流電壓電流檢測模塊包括直流電壓電流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換，該采樣電路連接該前端轉(zhuǎn)換器輸出端以對該前端轉(zhuǎn)換器的輸出進行采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換將采樣的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸至該微控制器。
[0024]進一步地，該交流電壓電流檢測模塊包括交流電壓電流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換，該采樣電路連接該前端轉(zhuǎn)換器輸出端以對該DC/AC逆變電路的輸出進行采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換將采樣的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸至該微控制器。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型一種光伏移動電源，通過將光伏薄膜和移動電源結(jié)合，實現(xiàn)了一種既可以通過交流電源充電，又可以在有陽光的地方利用太陽能充電的移動電源，大大提高了設備的通用性，更好的滿足外出旅行和特種作業(yè)的需要，而且太陽能清潔環(huán)保，也實現(xiàn)了節(jié)約能源的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型一種光伏移動電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖2為本實用新型較佳實施例中前端變換器的細節(jié)電路圖；
[0028]圖3為本實用新型較佳實施例中單相全橋DC/AC逆變電路的電路圖；
[0029]圖4為單極性倍頻SPWM原理示意圖。
【具體實施方式】
[0030]以下通過特定的具體實例并結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其它優(yōu)點與功效。本實用新型亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應用，在不背離本實用新型的精神下進行各種修飾與變更。
[0031]圖1為本實用新型一種光伏移動電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本實用新型一種光伏移動電源，分為主電路和控制電路兩大部分。主電路部分包括前端轉(zhuǎn)換器10、光伏薄膜電池組件30、蓄電池充放電模塊40、DC/AC逆變電路50、直流轉(zhuǎn)換器70，其中前端轉(zhuǎn)換器10包括負責光伏薄膜電池組件30最大功率跟蹤(MPPT)的2重交錯式升壓變換器和負責直流一直流隔離的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其作用是使光伏薄膜組件30在光照強度改變時輸出最大功率并實現(xiàn)直流隔離；光伏薄膜電池組件30包含光伏發(fā)電所需薄膜電池及其組件，用于將光能轉(zhuǎn)化為電能并儲存于薄膜電池中；蓄電池充放電模塊40包括光伏充電電路、常規(guī)充電電路、蓄電池、蓄電池電量檢測模塊、充放電控制模塊及充電接口，其作用是提供兩種蓄電池充電方式，DC/AC逆變電路50包括IGBT全橋和LC濾波，其作用是完成直流到市電的轉(zhuǎn)換；直流轉(zhuǎn)換器70包括DC/DC或穩(wěn)壓電路，用于將DC BUS轉(zhuǎn)換為直流用電設備所需直流電壓；控制電路部分包括微控制器99、PWM驅(qū)動20、單極性倍頻SPWM驅(qū)動60、直流電壓電流檢測模塊80、交流電壓電流檢測模塊90，微控制器99產(chǎn)生PWM/SPWM信號、接收直流/交流電壓電流檢測模塊的檢測結(jié)果并控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作，PWM驅(qū)動20用于將微控制器99產(chǎn)生的PWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制前端轉(zhuǎn)換器10，單極性倍頻SPWM驅(qū)動60用于將微控制器99產(chǎn)生的SPWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制DC/AC逆變電路50，直流電壓電流檢測模塊80包括直流電壓電流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC模塊1)，用于對直流電壓DCBUS的電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，交流電壓電流檢測模塊90包括交流電壓電流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC模塊2 )，用于對交流電壓AC Link的電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。[0032]光伏薄膜電池組件30輸出連接至前端轉(zhuǎn)換器10的2重交錯式升壓變換器和蓄電池充放電模塊40的光伏充電電路，前端轉(zhuǎn)換器10的輸出DC BUS連接至DC/AC逆變電路50、直流轉(zhuǎn)換器70和直流電壓電流檢測模塊80，直流轉(zhuǎn)換器70連接至直流用電設備接口，直流電壓電流檢測模塊80連接至微控制器99，DC/AC逆變電路50連接至電網(wǎng)/交流用電設備接口和交流電壓電流檢測模塊90，交流電壓電流檢測模塊90連接至微控制器99，PWM驅(qū)動20輸入連接微控制器99，PWM驅(qū)動20輸出連接前端轉(zhuǎn)換器10，SPWM驅(qū)動60輸入連接微控制器99，單極性倍頻SPWM驅(qū)動60輸出連接DC/AC逆變電路50，蓄電池充放電模塊40的輸入端連接光伏薄膜電池組件30，輸出端連接至前端轉(zhuǎn)換器10，其控制端和電量檢測連接至微控制器99。
[0033]本實用新型的軟件設計可以分為主程序設計和中斷服務子程序設計兩部分。本實用新型的前端轉(zhuǎn)換器10和DC/AC逆變電路50均采用閉環(huán)控制方法，閉環(huán)控制所需要的PWM波和SPWM波均由微控制器99 (TI C2000系列DSP芯片)產(chǎn)生。
[0034]太陽光經(jīng)過光伏薄膜電池，經(jīng)過轉(zhuǎn)換成為直流電，采用前端轉(zhuǎn)換器的基于2重交錯式升壓變換器對光伏電池實行最大功率跟蹤并且將光伏直流電壓升到一個直流高壓(DCBUS),再經(jīng)過前端轉(zhuǎn)換器的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器僅僅為直流-直流級提供高頻隔離。如何讓光伏電池運行在其最大功率傳輸點上呢？這就要求將電池板輸出，也就是前端轉(zhuǎn)換器的輸入Vpv保持在一個由MPPT算法決定的電平上，這在2重交錯式升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)執(zhí)行。一個具有PWM，ADC和模擬比較器模塊的TI C2000系列微控制器能夠執(zhí)行這樣一個MPPT直流-直流系統(tǒng)的完全數(shù)字控制。
[0035]圖2給出了前端變換器的細節(jié)電路圖，電感L1/L2、二極管D1/D2、開關(guān)管Q1/Q2組成2重交錯式升壓變換器，C1/C2分別是其輸入輸出濾波電容，電容C3/C4、開關(guān)管Q3/Q4、電感Lr/Ln、電容Cr及隔離變壓器Tl、整流橋D3/D4/D5/D6組成隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器。LI和Dl串聯(lián)后與串聯(lián)的L2和D2并聯(lián)，Vpv之熱端接L1、L2及濾波電容Cl的公共端是為前端變換器的輸入端，D1、D2及濾波電容C2的公共端是為2重交錯式升壓變換器的輸出端即Vboost的熱端，開關(guān)管Ql接在串聯(lián)的LI和Dl的公共端，Ql控制端接PWM驅(qū)動信號PWM1，開關(guān)管Q2接在串聯(lián)的L2和D2的公共端，Q2控制端接PWM驅(qū)動信號PWM2 ；電容C3和C4串聯(lián)后并聯(lián)在2重交錯式升壓變換器的輸出端和地之間，其中點(C3、C4公共端)作為隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器的地，開關(guān)管Q3、Q4同向串聯(lián)后與串聯(lián)的C3、C4并聯(lián)，Q3控制端接PWM驅(qū)動信號PWM3，Q4控制端接PWM驅(qū)動信號PWM4，開關(guān)管Q3、Q4的公共端接串聯(lián)的Lr和Cr，Lr和Cr串聯(lián)后接電感Ln，Ln和隔離變壓器Tl初級并聯(lián)，隔離變壓器Tl次級接全橋整流的交流輸入端(串聯(lián)的D3/D4公共端，串聯(lián)的D5/D6公共端)，全橋整流的交流輸出端(D3/D5的公共端，D4/D6的公共端)即為經(jīng)隔離的直流輸出DC BUS。
[0036]經(jīng)過最大功率跟蹤后得到一個直流總線高壓(DC BUS)。這里得到的較高且穩(wěn)定的直流總線電壓，可以經(jīng)過電力電子變換電路，轉(zhuǎn)換成滿足直流用電設備需要的直流電壓等級?；蛘邔⒋酥绷骺偩€電壓送給下一級逆變器，經(jīng)過單相全橋逆變電路，得到交流電壓。這里采用單相全橋逆變器的拓撲，因為功率不是很大，輸出電壓和電流不大，所以采用MOSFET作為開關(guān)器件，為了濾除單相交流電的高次諧波，逆變器采用LC濾波器?？刂品绞讲捎脝螛O性倍頻SPWM，因為該方式可以將最低此諧波頻率提高的載波頻率兩倍左右，更容易濾除。逆變器的主電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖3。[0037]圖3為本實用新型中單相橋式DC/AC逆變電路的細節(jié)圖，其中，開關(guān)管Q5-Q8組成換向電路，LC組成濾波電路濾除聞頻諧波。Q5和Q6同向串聯(lián)后與串聯(lián)的Q7/Q8并聯(lián)，開關(guān)管Q5控制端接SPWM驅(qū)動信號PWM5，開關(guān)管Q6控制端接SPWM驅(qū)動信號PWM6，開關(guān)管Q7控制端接SPWM驅(qū)動信號PWM7，開關(guān)管Q8控制端接SPWM驅(qū)動信號PWM8，Q5與Q7的公共端接DC BUS的正端，Q6與Q8的公共端接DC BUS的負端(地)，Q5/Q6的公共端與Q7/Q8的公共端為換向電路的輸出，經(jīng) 型LC低通濾波后即為交流輸出AC Link (火線L、零線N)。
[0038]本實用新型中的光伏逆變器采用單相全橋拓撲結(jié)構(gòu)，此逆變器已經(jīng)被應用于很多領(lǐng)域，諸如電機控制、不間斷電源(UPS)和太陽能逆變系統(tǒng)。此逆變器的主要功能是通過絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)和金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)等功率電子元器件將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，借助微控制器(DSP)可以進一步提高逆變器的輸出性能。
[0039]有兩種不同的逆變器系統(tǒng)類型。第一種類型是電壓輸出類型，此類型將交流電壓輸出為電壓源。另外一個類型是電流類型逆變器，此類型逆變器以額定功率因數(shù)輸出交流電流。本實用新型中的光伏逆變器為電流類型逆變器。
[0040]有很多正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制策略可使全橋拓撲結(jié)構(gòu)具有一個交流輸出，單極性SPWM具有消除低次諧波，使諧波分量高頻化的特點。這里采用單極性倍頻SPWM驅(qū)動，單極性SPMW在不提高每個橋臂開關(guān)頻率的前提下，將最低次諧波頻率提高到兩倍載波頻率附近，更容易濾除。
[0041 ] 采用單極性SPWM調(diào)制來產(chǎn)生PWM控制信號，這就意味著逆變器輸出在半個周期內(nèi)只有一種極性的電壓，或為正，或為負。單極倍頻SPWM的原理如圖4。
[0042]圖4為單極性倍頻SPWM原理示意圖，將正弦波Ur和二倍頻的三角波Uc進行比較，Uc > Ur時輸出Ug2為高電平，否則為低電平，Ugl與Ug2反相；將正弦波Ur和二倍頻的三角波-Uc進行比較，Ur > -Uc時輸出Ug4為高電平，否則為低電平，Ug3與Ug4反相；Ug4與Ugl相與得到輸出市電脈沖的正半周，Ug2與Ug3相與得到單相橋式DC/AC逆變電路的開關(guān)管Q6/Q7的控制信號，開關(guān)管Q6/Q7輸出市電脈沖的負半周，開關(guān)管Q5/Q6/Q7/Q8輸出的市電脈沖經(jīng)LC濾波后得到市電輸出。
[0043]對于電流類型逆變器，輸出電流受到控制。在本實用新型中，在直流-交流轉(zhuǎn)換部件前，有一個直流-直流部件(前端轉(zhuǎn)換器)，該部件被用來提高太陽能板的電壓，并且執(zhí)行最大功率跟蹤。直流-直流部件將不會控制直流總線電壓，而是去控制輸入太陽能板電壓，以及電源輸出模式中的運行。所以，控制直流總線電壓的任務由直流-交流轉(zhuǎn)換部件(逆變器)承擔。直流總線運行為直流-直流和直流-交流部件的連接。當直流總線電壓上升時，直流-交流轉(zhuǎn)換部件增加其輸出電流來將直流總線保持在一個指定的值，這樣，系統(tǒng)管理的輸出功率將增加。當直流總線有下降的趨勢時，直流-交流部件減少其輸出電流以防止直流總線電壓下降，此下降將減少輸出功率。
[0044]可見，本實用新型一種光伏移動電源，通過將光伏薄膜和移動電源結(jié)合，實現(xiàn)了一種既可以通過交流電源充電，又可以在有陽光的地方利用太陽能充電的移動電源，大大提高了設備的通用性，更好的滿足外出旅行和特種作業(yè)的需要，而且太陽能清潔環(huán)保，也實現(xiàn)了節(jié)約能源的目的。
[0045]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本實用新型的權(quán)利保護范圍，應如權(quán)利要求書所列。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏移動電源，其特征在于，該光伏移動電源包括主電路和控制電路，其中，該主電路包括: 光伏薄膜電池組件，包含光伏發(fā)電所需薄膜電池及其組件，以將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能并儲存于薄膜電池中 前端轉(zhuǎn)換器，連接該光伏薄膜電池組件與控制電路的PWM驅(qū)動，在該PWM驅(qū)動的輸出驅(qū)動下使該光伏薄膜電池組件在光照強度改變時輸出最大功率并實現(xiàn)直流隔離； 蓄電池充放電模塊，連接該光伏薄膜電池組件及微控制器，在該微控制器控制下選擇利用該光伏薄膜電池組件的輸出對蓄電池進行充電或常規(guī)充電； DC/AC逆變電路，連接該前端轉(zhuǎn)換器，以在控制電路的單極性倍頻SPWM驅(qū)動的輸出控制下完成直流到交流的轉(zhuǎn)換； 直流轉(zhuǎn)換器，連接該前端轉(zhuǎn)換器及控制電路的直流電壓電流檢測模塊，以將該前端轉(zhuǎn)換器的輸出轉(zhuǎn)換為直流用電設備所需直流電壓； 該控制電路包括， 微控制器，產(chǎn)生PWM/SPWM信號及接收直流/交流電壓電流檢測模塊的檢測結(jié)果并控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作； PWM驅(qū)動，連接該微控制器，將該微控制器產(chǎn)生的PWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制該前端轉(zhuǎn)換器； 單極性倍頻SPWM驅(qū)動，連接該微控制器，將該微控制器產(chǎn)生的SPWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制該DC/AC逆變電路；` 直流電壓電流檢測模塊，連接該前端轉(zhuǎn)換器，對該前端轉(zhuǎn)換器輸出的電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號； 交流電壓電流檢測模塊，連接該DC/AC逆變電路，對該DC/AC逆變電路輸出電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該前端轉(zhuǎn)換器包括負責該光伏薄膜電池組件最大功率跟蹤的2重交錯式升壓變換器和負責直流一直流隔離的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，該2重交錯式升壓變換器接于該光伏薄膜電池組件及該PWM驅(qū)動，該隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器接于該2重交錯式升壓變換器及該PWM驅(qū)動，輸出直流電壓至該DC/AC逆變電路。
3.如權(quán)利要求2所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該前端轉(zhuǎn)換器包括兩個電感(LI與L2)、兩個二極管(Dl與D2)、兩個開關(guān)管(Ql與Q2)組成的2重交錯式升壓變換器以及兩個電容(C3與C4)、兩個開關(guān)管(Q3與Q4)、兩個電感(Lr與Ln)、電容(Cr)及隔離變壓器(TI)、整流橋(D3、D4、D5與D6 )組成的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，電感(LI)與二極管(Dl)串聯(lián)后與串聯(lián)的電感(L2)和二極管(D2)變聯(lián)，該光伏薄膜電池組件的輸出接該電感(LI)與電感(L2)公共端，二極管(D1)、二極管(D2)的公共端為該2重交錯式升壓變換器的輸出端，開關(guān)管(Ql)接在串聯(lián)的電感(LI)和二極管(Dl)的公共端，其控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q2)接在串聯(lián)的電感(L2)和二極管(D2)的公共端，其控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號；電容(C3)和電容(C4)串聯(lián)后并聯(lián)在該2重交錯式升壓變換器的輸出端和地之間，其中間節(jié)點作為該隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器的地，開關(guān)管(Q3與Q4)同向串聯(lián)后與串聯(lián)的電容(C3、C4)并聯(lián)，開關(guān)管Q3的控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q4)控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q3、Q4)的公共端接串聯(lián)的電感(Lr)和電容(Cr)，電感(Lr)和電容(Cr)串聯(lián)后接電感(Ln)，電感(Ln)和隔離變壓器(Tl)初級并聯(lián)，該隔離變壓器Tl次級接該整流橋的交流輸入端，該整流橋的交流輸出端為經(jīng)隔離的直流輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該蓄電池充放電模塊包括光伏充電電路、常規(guī)充電電路、蓄電池、蓄電池電量檢測模塊、充放電控制模塊及充電接口，該光伏充電電路及該常規(guī)充電電路均與該蓄電池及該充放電控制模塊，以在該充放電控制模塊控制下選擇充電方式，該光伏充電電路連接該光伏薄膜電池組件，該蓄電池電量檢測模塊與該蓄電池及該微控制器連接，該充放電控制模塊還連接該微控制器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該DA/AC逆變電路包括IGBT全橋和LC濾波。
6.如權(quán)利要求5所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該DA/AC逆變電路包括開關(guān)管(Q5、Q6、Q7、Q8)組成換向電路以及電感與電容組成的濾波電路，該換向電路接于該前端轉(zhuǎn)換器輸出端，該電感與電容組成濾波電路濾除高頻諧波。
7.如權(quán)利要求5所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該DA/AC逆變電路為電流類型逆變器。
8.如權(quán)利要求1所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該直流電壓電流檢測模塊包括直流電壓電流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換，該采樣電路連接該前端轉(zhuǎn)換器輸出端以對該前端轉(zhuǎn)換器的輸出進行采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換將采樣的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸至該微控制器。
9.如權(quán)利要求1所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該交流電壓電流檢測模塊包括交流電壓電 流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換，該采樣電路連接該前端轉(zhuǎn)換器輸出端以對該DC/AC逆變電路的輸出進行采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換將采樣的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸至該微控制器。
【文檔編號】H02M7/5387GK203660592SQ201320837722
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】林成棟, 潘三博, 李安民, 李海濤, 劉建民 申請人:上海電機學院
【專利摘要】本實用新型公開了一種光伏移動電源，該光伏移動電源包括主電路和控制電路，其中，該主電路包括光伏薄膜電池組件、前端轉(zhuǎn)換器、蓄電池充放電模塊、DC/AC逆變電路以及直流轉(zhuǎn)換器，該控制電路包括微控制器、PWM驅(qū)動、單極性倍頻SPWM驅(qū)動、直流電壓電流檢測模塊以及交流電壓電流檢測模塊，本實用新型通過將光伏薄膜和移動電源結(jié)合，實現(xiàn)了一種既可以通過交流電源充電，又可以在有陽光的地方利用太陽能充電的移動電源，提高了設備的通用性。
【專利說明】光伏移動電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型關(guān)于一種移動電源，特別是涉及一種光伏移動電源。
【背景技術(shù)】
[0002]相比于傳統(tǒng)使用發(fā)電機為移動電源供能，太陽能清潔環(huán)保，無任何污染，利用價值高，太陽能更沒有能源短缺這一說法，光伏技術(shù)是指將太陽的光能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，用此技術(shù)制作的光伏電池使用方便，而且隨著第二代光伏電池——光伏薄膜的應用，因為其具有便攜性和較高的能量轉(zhuǎn)化率，使得可以將光伏薄膜作為移動電源的能量源，特別是近年來微小型半導體逆變器迅速發(fā)展，更加促使了這種應用的發(fā)展。
[0003]傳統(tǒng)的移動電源，大多需要交流電源或者通過交流發(fā)電機才可以充電，因此在有些場合使用會受到限制，而將太陽能技術(shù)應用于移動電源，將太陽能作為電源的能量源，在沒有交流電的地方，通過第二代光伏電池——光伏薄膜為移動電源充電，因為光伏薄膜具有可折疊，易于彎曲的新特性，因而方便攜帶，而且光伏薄膜的能量轉(zhuǎn)換率也是很不錯的，本實用新型考慮將光伏薄膜和移動電源結(jié)合起來，提供一個光伏移動電源，一個既可以通過交流電源充電，又可以在有陽光的地方利用太陽能充電的設備，從而大大提高了設備的通用性，更好的滿足外出旅行和特種作業(yè)的需要，而且太陽能清潔環(huán)保，也是從節(jié)約能源的角度考慮。
實用新型內(nèi)容
[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型之目的在于提供一種光伏移動電源，通過將光伏薄膜和移動電源結(jié)合，實現(xiàn)了一種既可以通過交流電源充電，又可以在有陽光的地方利用太陽能充電的移動電源，大大提高了設備的通用性，更好的滿足外出旅行和特種作業(yè)的需要，而且太陽能清潔環(huán)保，也實現(xiàn)了節(jié)約能源的目的。
[0005]為達上述及其它目的，本實用新型提出一種光伏移動電源，該光伏移動電源包括主電路和控制電路，其中，該主電路包括:
[0006]光伏薄膜電池組件，包含光伏發(fā)電所需薄膜電池及其組件，以將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能并儲存于薄膜電池中
[0007]前端轉(zhuǎn)換器，連接該光伏薄膜電池組件與控制電路的PWM驅(qū)動，在該PWM驅(qū)動的輸出驅(qū)動下使該光伏薄膜電池組件在光照強度改變時輸出最大功率并實現(xiàn)直流隔離；
[0008]蓄電池充放電模塊，連接該光伏薄膜電池組件及微控制器，以在該微控制器控制下選擇利用該光伏薄膜電池組件的輸出對蓄電池進行充電或常規(guī)充電；
[0009]DC/AC逆變電路，連接該前端轉(zhuǎn)換器，以在控制電路的單極性倍頻SPWM驅(qū)動的輸出控制下完成直流到交流的轉(zhuǎn)換；
[0010]直流轉(zhuǎn)換器，連接該前端轉(zhuǎn)換器及控制電路的直流電壓電流檢測模塊，以將該前端轉(zhuǎn)換器的輸出轉(zhuǎn)換為直流用電設備所需直流電壓；
[0011]該控制電路包括，[0012]微控制器，產(chǎn)生PWM/SPWM信號及接收直流/交流電壓電流檢測模塊的檢測結(jié)果并控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作；
[0013]PWM驅(qū)動，將該微控制器產(chǎn)生的PWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制該前端轉(zhuǎn)換器；
[0014]單極性倍頻SPWM驅(qū)動，將該微控制器產(chǎn)生的SPWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制該DC/AC逆變電路；
[0015]直流電壓電流檢測模塊，對該前端轉(zhuǎn)換器輸出的電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)
字信號;
[0016]交流電壓電流檢測模塊，連接該DC/AC逆變電路，對該DC/AC逆變電路輸出電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
[0017]進一步地，該前端轉(zhuǎn)換器包括負責該光伏薄膜電池組件最大功率跟蹤的2重交錯式升壓變換器和負責直流一直流隔離的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，該2重交錯式升壓變換器接于該光伏薄膜電池組件及該PWM驅(qū)動，該隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器接于該2重交錯式升壓變換器及該PWM驅(qū)動，輸出直流電壓至該DC/AC逆變電路。
[0018]進一步地，該前端轉(zhuǎn)換器包括兩個電感(LI與L2)、兩個二極管(Dl與D2)、兩個開關(guān)管(Ql與Q2)組成的2重交錯式升壓變換器以及兩個電容(C3與C4)、兩個開關(guān)管(Q3與Q4)、兩個電感(Lr與Ln)、電容(Cr)及隔離變壓器(Tl)、整流橋(D3、D4、D5與D6)組成的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，電感(LI)與二極管(Dl)串聯(lián)后與串聯(lián)的電感(L2)和二極管(D2)變聯(lián)，該光伏薄膜電池組件的輸出接該電感(LI)與電感(L2)公共端，二極管(D1)、二極管(D2)的公共端為該2重交錯式升壓變換器的輸出端，開關(guān)管(Ql)接在串聯(lián)的電感(LI)和二極管(Dl)的公共端，其控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q2)接在串聯(lián)的電感(L2)和二極管(D2)的公共端，其控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號；電容(C3)和電容(C4)串聯(lián)后并聯(lián)在該2重交錯式升壓變換器的輸出端和地之間，其中間節(jié)點作為該隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器的地，開關(guān)管(Q3與Q4)同向串聯(lián)后與串聯(lián)的電容(C3、C4)并聯(lián)，開關(guān)管Q3的控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q4)控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q3、Q4)的公共端接串聯(lián)的電感(Lr)和電容(Cr)，電感(Lr)和電容(Cr)串聯(lián)后接電感(Ln)，電感(Ln)和隔離變壓器(Tl)初級并聯(lián)，該隔離變壓器Tl次級接該整流橋的交流輸入端，該整流橋的交流輸出端為經(jīng)隔離的直流輸出。
[0019]進一步地，該蓄電池充放電模塊包括光伏充電電路、常規(guī)充電電路、蓄電池、蓄電池電量檢測模塊、充放電控制模塊及充電接口，該光伏充電電路及該常規(guī)充電電路均與該蓄電池及該充放電控制模塊，以在該充放電控制模塊控制下選擇充電方式，該光伏充電電路連接該光伏薄膜電池組件，該蓄電池電量檢測模塊與該蓄電池及該微控制器連接，該充放電控制模塊還連接該微控制器。
[0020]進一步地，該DA/AC逆變電路包括IGBT全橋和LC濾波。
[0021]進一步地，該DA/AC逆變電路包括開關(guān)管(Q5、Q6、Q7、Q8)組成換向電路以及電感與電容組成的濾波電路，該換向電路接于該前端轉(zhuǎn)換器輸出端，該電感與電容組成濾波電路濾除聞頻諧波。
[0022]進一步地，該DA/AC逆變電路為電流類型逆變器。
[0023]進一步地，該直流電壓電流檢測模塊包括直流電壓電流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換，該采樣電路連接該前端轉(zhuǎn)換器輸出端以對該前端轉(zhuǎn)換器的輸出進行采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換將采樣的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸至該微控制器。
[0024]進一步地，該交流電壓電流檢測模塊包括交流電壓電流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換，該采樣電路連接該前端轉(zhuǎn)換器輸出端以對該DC/AC逆變電路的輸出進行采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換將采樣的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸至該微控制器。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型一種光伏移動電源，通過將光伏薄膜和移動電源結(jié)合，實現(xiàn)了一種既可以通過交流電源充電，又可以在有陽光的地方利用太陽能充電的移動電源，大大提高了設備的通用性，更好的滿足外出旅行和特種作業(yè)的需要，而且太陽能清潔環(huán)保，也實現(xiàn)了節(jié)約能源的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型一種光伏移動電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖2為本實用新型較佳實施例中前端變換器的細節(jié)電路圖；
[0028]圖3為本實用新型較佳實施例中單相全橋DC/AC逆變電路的電路圖；
[0029]圖4為單極性倍頻SPWM原理示意圖。
【具體實施方式】
[0030]以下通過特定的具體實例并結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其它優(yōu)點與功效。本實用新型亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應用，在不背離本實用新型的精神下進行各種修飾與變更。
[0031]圖1為本實用新型一種光伏移動電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本實用新型一種光伏移動電源，分為主電路和控制電路兩大部分。主電路部分包括前端轉(zhuǎn)換器10、光伏薄膜電池組件30、蓄電池充放電模塊40、DC/AC逆變電路50、直流轉(zhuǎn)換器70，其中前端轉(zhuǎn)換器10包括負責光伏薄膜電池組件30最大功率跟蹤(MPPT)的2重交錯式升壓變換器和負責直流一直流隔離的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，其作用是使光伏薄膜組件30在光照強度改變時輸出最大功率并實現(xiàn)直流隔離；光伏薄膜電池組件30包含光伏發(fā)電所需薄膜電池及其組件，用于將光能轉(zhuǎn)化為電能并儲存于薄膜電池中；蓄電池充放電模塊40包括光伏充電電路、常規(guī)充電電路、蓄電池、蓄電池電量檢測模塊、充放電控制模塊及充電接口，其作用是提供兩種蓄電池充電方式，DC/AC逆變電路50包括IGBT全橋和LC濾波，其作用是完成直流到市電的轉(zhuǎn)換；直流轉(zhuǎn)換器70包括DC/DC或穩(wěn)壓電路，用于將DC BUS轉(zhuǎn)換為直流用電設備所需直流電壓；控制電路部分包括微控制器99、PWM驅(qū)動20、單極性倍頻SPWM驅(qū)動60、直流電壓電流檢測模塊80、交流電壓電流檢測模塊90，微控制器99產(chǎn)生PWM/SPWM信號、接收直流/交流電壓電流檢測模塊的檢測結(jié)果并控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作，PWM驅(qū)動20用于將微控制器99產(chǎn)生的PWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制前端轉(zhuǎn)換器10，單極性倍頻SPWM驅(qū)動60用于將微控制器99產(chǎn)生的SPWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制DC/AC逆變電路50，直流電壓電流檢測模塊80包括直流電壓電流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC模塊1)，用于對直流電壓DCBUS的電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，交流電壓電流檢測模塊90包括交流電壓電流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC模塊2 )，用于對交流電壓AC Link的電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。[0032]光伏薄膜電池組件30輸出連接至前端轉(zhuǎn)換器10的2重交錯式升壓變換器和蓄電池充放電模塊40的光伏充電電路，前端轉(zhuǎn)換器10的輸出DC BUS連接至DC/AC逆變電路50、直流轉(zhuǎn)換器70和直流電壓電流檢測模塊80，直流轉(zhuǎn)換器70連接至直流用電設備接口，直流電壓電流檢測模塊80連接至微控制器99，DC/AC逆變電路50連接至電網(wǎng)/交流用電設備接口和交流電壓電流檢測模塊90，交流電壓電流檢測模塊90連接至微控制器99，PWM驅(qū)動20輸入連接微控制器99，PWM驅(qū)動20輸出連接前端轉(zhuǎn)換器10，SPWM驅(qū)動60輸入連接微控制器99，單極性倍頻SPWM驅(qū)動60輸出連接DC/AC逆變電路50，蓄電池充放電模塊40的輸入端連接光伏薄膜電池組件30，輸出端連接至前端轉(zhuǎn)換器10，其控制端和電量檢測連接至微控制器99。
[0033]本實用新型的軟件設計可以分為主程序設計和中斷服務子程序設計兩部分。本實用新型的前端轉(zhuǎn)換器10和DC/AC逆變電路50均采用閉環(huán)控制方法，閉環(huán)控制所需要的PWM波和SPWM波均由微控制器99 (TI C2000系列DSP芯片)產(chǎn)生。
[0034]太陽光經(jīng)過光伏薄膜電池，經(jīng)過轉(zhuǎn)換成為直流電，采用前端轉(zhuǎn)換器的基于2重交錯式升壓變換器對光伏電池實行最大功率跟蹤并且將光伏直流電壓升到一個直流高壓(DCBUS),再經(jīng)過前端轉(zhuǎn)換器的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器僅僅為直流-直流級提供高頻隔離。如何讓光伏電池運行在其最大功率傳輸點上呢？這就要求將電池板輸出，也就是前端轉(zhuǎn)換器的輸入Vpv保持在一個由MPPT算法決定的電平上，這在2重交錯式升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)執(zhí)行。一個具有PWM，ADC和模擬比較器模塊的TI C2000系列微控制器能夠執(zhí)行這樣一個MPPT直流-直流系統(tǒng)的完全數(shù)字控制。
[0035]圖2給出了前端變換器的細節(jié)電路圖，電感L1/L2、二極管D1/D2、開關(guān)管Q1/Q2組成2重交錯式升壓變換器，C1/C2分別是其輸入輸出濾波電容，電容C3/C4、開關(guān)管Q3/Q4、電感Lr/Ln、電容Cr及隔離變壓器Tl、整流橋D3/D4/D5/D6組成隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器。LI和Dl串聯(lián)后與串聯(lián)的L2和D2并聯(lián)，Vpv之熱端接L1、L2及濾波電容Cl的公共端是為前端變換器的輸入端，D1、D2及濾波電容C2的公共端是為2重交錯式升壓變換器的輸出端即Vboost的熱端，開關(guān)管Ql接在串聯(lián)的LI和Dl的公共端，Ql控制端接PWM驅(qū)動信號PWM1，開關(guān)管Q2接在串聯(lián)的L2和D2的公共端，Q2控制端接PWM驅(qū)動信號PWM2 ；電容C3和C4串聯(lián)后并聯(lián)在2重交錯式升壓變換器的輸出端和地之間，其中點(C3、C4公共端)作為隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器的地，開關(guān)管Q3、Q4同向串聯(lián)后與串聯(lián)的C3、C4并聯(lián)，Q3控制端接PWM驅(qū)動信號PWM3，Q4控制端接PWM驅(qū)動信號PWM4，開關(guān)管Q3、Q4的公共端接串聯(lián)的Lr和Cr，Lr和Cr串聯(lián)后接電感Ln，Ln和隔離變壓器Tl初級并聯(lián)，隔離變壓器Tl次級接全橋整流的交流輸入端(串聯(lián)的D3/D4公共端，串聯(lián)的D5/D6公共端)，全橋整流的交流輸出端(D3/D5的公共端，D4/D6的公共端)即為經(jīng)隔離的直流輸出DC BUS。
[0036]經(jīng)過最大功率跟蹤后得到一個直流總線高壓(DC BUS)。這里得到的較高且穩(wěn)定的直流總線電壓，可以經(jīng)過電力電子變換電路，轉(zhuǎn)換成滿足直流用電設備需要的直流電壓等級?；蛘邔⒋酥绷骺偩€電壓送給下一級逆變器，經(jīng)過單相全橋逆變電路，得到交流電壓。這里采用單相全橋逆變器的拓撲，因為功率不是很大，輸出電壓和電流不大，所以采用MOSFET作為開關(guān)器件，為了濾除單相交流電的高次諧波，逆變器采用LC濾波器?？刂品绞讲捎脝螛O性倍頻SPWM，因為該方式可以將最低此諧波頻率提高的載波頻率兩倍左右，更容易濾除。逆變器的主電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖3。[0037]圖3為本實用新型中單相橋式DC/AC逆變電路的細節(jié)圖，其中，開關(guān)管Q5-Q8組成換向電路，LC組成濾波電路濾除聞頻諧波。Q5和Q6同向串聯(lián)后與串聯(lián)的Q7/Q8并聯(lián)，開關(guān)管Q5控制端接SPWM驅(qū)動信號PWM5，開關(guān)管Q6控制端接SPWM驅(qū)動信號PWM6，開關(guān)管Q7控制端接SPWM驅(qū)動信號PWM7，開關(guān)管Q8控制端接SPWM驅(qū)動信號PWM8，Q5與Q7的公共端接DC BUS的正端，Q6與Q8的公共端接DC BUS的負端(地)，Q5/Q6的公共端與Q7/Q8的公共端為換向電路的輸出，經(jīng) 型LC低通濾波后即為交流輸出AC Link (火線L、零線N)。
[0038]本實用新型中的光伏逆變器采用單相全橋拓撲結(jié)構(gòu)，此逆變器已經(jīng)被應用于很多領(lǐng)域，諸如電機控制、不間斷電源(UPS)和太陽能逆變系統(tǒng)。此逆變器的主要功能是通過絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)和金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)等功率電子元器件將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，借助微控制器(DSP)可以進一步提高逆變器的輸出性能。
[0039]有兩種不同的逆變器系統(tǒng)類型。第一種類型是電壓輸出類型，此類型將交流電壓輸出為電壓源。另外一個類型是電流類型逆變器，此類型逆變器以額定功率因數(shù)輸出交流電流。本實用新型中的光伏逆變器為電流類型逆變器。
[0040]有很多正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制策略可使全橋拓撲結(jié)構(gòu)具有一個交流輸出，單極性SPWM具有消除低次諧波，使諧波分量高頻化的特點。這里采用單極性倍頻SPWM驅(qū)動，單極性SPMW在不提高每個橋臂開關(guān)頻率的前提下，將最低次諧波頻率提高到兩倍載波頻率附近，更容易濾除。
[0041 ] 采用單極性SPWM調(diào)制來產(chǎn)生PWM控制信號，這就意味著逆變器輸出在半個周期內(nèi)只有一種極性的電壓，或為正，或為負。單極倍頻SPWM的原理如圖4。
[0042]圖4為單極性倍頻SPWM原理示意圖，將正弦波Ur和二倍頻的三角波Uc進行比較，Uc > Ur時輸出Ug2為高電平，否則為低電平，Ugl與Ug2反相；將正弦波Ur和二倍頻的三角波-Uc進行比較，Ur > -Uc時輸出Ug4為高電平，否則為低電平，Ug3與Ug4反相；Ug4與Ugl相與得到輸出市電脈沖的正半周，Ug2與Ug3相與得到單相橋式DC/AC逆變電路的開關(guān)管Q6/Q7的控制信號，開關(guān)管Q6/Q7輸出市電脈沖的負半周，開關(guān)管Q5/Q6/Q7/Q8輸出的市電脈沖經(jīng)LC濾波后得到市電輸出。
[0043]對于電流類型逆變器，輸出電流受到控制。在本實用新型中，在直流-交流轉(zhuǎn)換部件前，有一個直流-直流部件(前端轉(zhuǎn)換器)，該部件被用來提高太陽能板的電壓，并且執(zhí)行最大功率跟蹤。直流-直流部件將不會控制直流總線電壓，而是去控制輸入太陽能板電壓，以及電源輸出模式中的運行。所以，控制直流總線電壓的任務由直流-交流轉(zhuǎn)換部件(逆變器)承擔。直流總線運行為直流-直流和直流-交流部件的連接。當直流總線電壓上升時，直流-交流轉(zhuǎn)換部件增加其輸出電流來將直流總線保持在一個指定的值，這樣，系統(tǒng)管理的輸出功率將增加。當直流總線有下降的趨勢時，直流-交流部件減少其輸出電流以防止直流總線電壓下降，此下降將減少輸出功率。
[0044]可見，本實用新型一種光伏移動電源，通過將光伏薄膜和移動電源結(jié)合，實現(xiàn)了一種既可以通過交流電源充電，又可以在有陽光的地方利用太陽能充電的移動電源，大大提高了設備的通用性，更好的滿足外出旅行和特種作業(yè)的需要，而且太陽能清潔環(huán)保，也實現(xiàn)了節(jié)約能源的目的。
[0045]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本實用新型的權(quán)利保護范圍，應如權(quán)利要求書所列。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏移動電源，其特征在于，該光伏移動電源包括主電路和控制電路，其中，該主電路包括: 光伏薄膜電池組件，包含光伏發(fā)電所需薄膜電池及其組件，以將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能并儲存于薄膜電池中 前端轉(zhuǎn)換器，連接該光伏薄膜電池組件與控制電路的PWM驅(qū)動，在該PWM驅(qū)動的輸出驅(qū)動下使該光伏薄膜電池組件在光照強度改變時輸出最大功率并實現(xiàn)直流隔離； 蓄電池充放電模塊，連接該光伏薄膜電池組件及微控制器，在該微控制器控制下選擇利用該光伏薄膜電池組件的輸出對蓄電池進行充電或常規(guī)充電； DC/AC逆變電路，連接該前端轉(zhuǎn)換器，以在控制電路的單極性倍頻SPWM驅(qū)動的輸出控制下完成直流到交流的轉(zhuǎn)換； 直流轉(zhuǎn)換器，連接該前端轉(zhuǎn)換器及控制電路的直流電壓電流檢測模塊，以將該前端轉(zhuǎn)換器的輸出轉(zhuǎn)換為直流用電設備所需直流電壓； 該控制電路包括， 微控制器，產(chǎn)生PWM/SPWM信號及接收直流/交流電壓電流檢測模塊的檢測結(jié)果并控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作； PWM驅(qū)動，連接該微控制器，將該微控制器產(chǎn)生的PWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制該前端轉(zhuǎn)換器； 單極性倍頻SPWM驅(qū)動，連接該微控制器，將該微控制器產(chǎn)生的SPWM信號進行放大驅(qū)動以適于控制該DC/AC逆變電路；` 直流電壓電流檢測模塊，連接該前端轉(zhuǎn)換器，對該前端轉(zhuǎn)換器輸出的電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號； 交流電壓電流檢測模塊，連接該DC/AC逆變電路，對該DC/AC逆變電路輸出電壓和電流進行采樣并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該前端轉(zhuǎn)換器包括負責該光伏薄膜電池組件最大功率跟蹤的2重交錯式升壓變換器和負責直流一直流隔離的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，該2重交錯式升壓變換器接于該光伏薄膜電池組件及該PWM驅(qū)動，該隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器接于該2重交錯式升壓變換器及該PWM驅(qū)動，輸出直流電壓至該DC/AC逆變電路。
3.如權(quán)利要求2所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該前端轉(zhuǎn)換器包括兩個電感(LI與L2)、兩個二極管(Dl與D2)、兩個開關(guān)管(Ql與Q2)組成的2重交錯式升壓變換器以及兩個電容(C3與C4)、兩個開關(guān)管(Q3與Q4)、兩個電感(Lr與Ln)、電容(Cr)及隔離變壓器(TI)、整流橋(D3、D4、D5與D6 )組成的隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器，電感(LI)與二極管(Dl)串聯(lián)后與串聯(lián)的電感(L2)和二極管(D2)變聯(lián)，該光伏薄膜電池組件的輸出接該電感(LI)與電感(L2)公共端，二極管(D1)、二極管(D2)的公共端為該2重交錯式升壓變換器的輸出端，開關(guān)管(Ql)接在串聯(lián)的電感(LI)和二極管(Dl)的公共端，其控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q2)接在串聯(lián)的電感(L2)和二極管(D2)的公共端，其控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號；電容(C3)和電容(C4)串聯(lián)后并聯(lián)在該2重交錯式升壓變換器的輸出端和地之間，其中間節(jié)點作為該隔離式LLC諧振轉(zhuǎn)換器的地，開關(guān)管(Q3與Q4)同向串聯(lián)后與串聯(lián)的電容(C3、C4)并聯(lián)，開關(guān)管Q3的控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q4)控制端接該PWM驅(qū)動的驅(qū)動信號，開關(guān)管(Q3、Q4)的公共端接串聯(lián)的電感(Lr)和電容(Cr)，電感(Lr)和電容(Cr)串聯(lián)后接電感(Ln)，電感(Ln)和隔離變壓器(Tl)初級并聯(lián)，該隔離變壓器Tl次級接該整流橋的交流輸入端，該整流橋的交流輸出端為經(jīng)隔離的直流輸出。
4.如權(quán)利要求1所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該蓄電池充放電模塊包括光伏充電電路、常規(guī)充電電路、蓄電池、蓄電池電量檢測模塊、充放電控制模塊及充電接口，該光伏充電電路及該常規(guī)充電電路均與該蓄電池及該充放電控制模塊，以在該充放電控制模塊控制下選擇充電方式，該光伏充電電路連接該光伏薄膜電池組件，該蓄電池電量檢測模塊與該蓄電池及該微控制器連接，該充放電控制模塊還連接該微控制器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該DA/AC逆變電路包括IGBT全橋和LC濾波。
6.如權(quán)利要求5所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該DA/AC逆變電路包括開關(guān)管(Q5、Q6、Q7、Q8)組成換向電路以及電感與電容組成的濾波電路，該換向電路接于該前端轉(zhuǎn)換器輸出端，該電感與電容組成濾波電路濾除高頻諧波。
7.如權(quán)利要求5所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該DA/AC逆變電路為電流類型逆變器。
8.如權(quán)利要求1所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該直流電壓電流檢測模塊包括直流電壓電流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換，該采樣電路連接該前端轉(zhuǎn)換器輸出端以對該前端轉(zhuǎn)換器的輸出進行采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換將采樣的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸至該微控制器。
9.如權(quán)利要求1所述的一種光伏移動電源，其特征在于:該交流電壓電流檢測模塊包括交流電壓電 流取樣電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換，該采樣電路連接該前端轉(zhuǎn)換器輸出端以對該DC/AC逆變電路的輸出進行采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換將采樣的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸至該微控制器。
【文檔編號】H02M7/5387GK203660592SQ201320837722
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】林成棟, 潘三博, 李安民, 李海濤, 劉建民 申請人:上海電機學院
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