專利名稱：一種太陽能電池板供電系統(tǒng)及其啟動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能電池板高開路電壓 供電系統(tǒng)的啟動控制方法。
背景技術(shù)：
太陽能發(fā)電作為一種新興的能源技術(shù)，已經(jīng)在全球開始蓬勃發(fā)展。通過將 太陽能電池串聯(lián)和并聯(lián)，可以得到大功率的輸出電力能源。但是很多時候太陽 能電池板過高的開路電壓制約了負(fù)載電路元件的選型和效率的提高，為了電路 正常啟動工作，有時后級逆變電路必須使用耐壓很高的開關(guān)管，而在正常工作 的時候，開關(guān)管的實際工作電壓與其初始耐壓值相差甚遠(yuǎn)，如此，不利于開關(guān) 管選型的優(yōu)化，制約了后級電路效率的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例的目的在于提供一種太陽能電池板供電系統(tǒng)及其啟動控制方 法，旨在提高后級逆變電路的效率。
本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的， 一種太陽能電池板供電系統(tǒng)，包括 太陽能電池板、調(diào)壓控制單元、調(diào)壓單元、逆變電路單元以及濾波電容； 其中所述調(diào)壓單元、所述逆變電路單元和所述濾波電容并聯(lián)于所述太陽能電池 板的兩端，所述調(diào)壓控制單元與所述調(diào)壓單元連接，控制所述調(diào)壓單元的接通 或關(guān)斷；
當(dāng)所述太陽能電池板輸出的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)超過逆變電路單元中 的單個開關(guān)管的耐壓值時，所述調(diào)壓控制單元控制所迷開關(guān)單元接通；當(dāng)所述 太陽能電池板輸出的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)低于所述逆變電路單元中的單個開關(guān)管的耐壓值時，所迷調(diào)壓控制單元控制所述開關(guān)單元關(guān)斷，所述逆變電路 單元正常逆變工作。
本發(fā)明實施例提供的太陽能電池板供電系統(tǒng)的啟動控制方法，包括以下步
驟
當(dāng)太陽能電池板輸出的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)超過逆變電路單元中的單 個開關(guān)管的耐壓值時，控制并聯(lián)于太陽能電池板兩端的調(diào)壓單元接通使電池板 輸出電流增大，輸出電壓下降至設(shè)定值，逆變電路單元啟動工作并關(guān)斷本調(diào)壓 電路；
當(dāng)太陽能電池板輸出的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)低于逆變電路單元中的單 個開關(guān)管的耐壓值時，控制并聯(lián)于太陽能電池板兩端的調(diào)壓單元關(guān)斷，逆變電 路單元正常逆變工作。
本發(fā)明實施例中，在后級逆變電路兩端并耳關(guān)一調(diào)壓單元，當(dāng)系統(tǒng)啟動時通 過控制該開關(guān)單元的通、斷來實現(xiàn)控制太陽能電池板輸出電壓的目的，使得后 級逆變電路能在安全電壓下順利啟動工作，在不損耗能量的同時，擴(kuò)大了輸入 電壓范圍，可以優(yōu)化后級電路功率器件選型，提高系統(tǒng)效率。


圖1A和圖1B分別是本發(fā)明實施例提供的太陽能電池的等效模型以及I-V 曲線示意圖2是本發(fā)明實施例提供的太陽能電池板供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖3是圖2所示太陽能電池板供電系統(tǒng)的一種實施方式；
圖4、圖5、圖6分別是圖3所示電路中的各個開關(guān)通斷時的控制信號流向
圖7是圖3所示電路正常工作的時序圖8、圖9是在圖3所示電路中監(jiān)控開關(guān)館S2是否短路損壞的控制原理圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實 施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明實施例中，在后級逆變電路兩端并耳關(guān)一調(diào)壓單元，當(dāng)系統(tǒng)啟動時通 過控制該開關(guān)單元的通、斷來實現(xiàn)控制太陽能電池板輸出電壓的目的，使得后 級逆變電路能在安全電壓下順利啟動工作。
從圖1A所示的太陽能電池(等效電流源和二極管并聯(lián)才莫型)以及圖1B示
出的I-V曲線可以看出，隨著輸出電流I的增大，其輸出電壓v會越來越小。 本發(fā)明實施例利用太陽能電池的這個特性，提供了如圖2所示的太陽能電池板 供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，為了便于描述，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。
參照圖2,本發(fā)明實施例提供的供電系統(tǒng)包括太陽能電池板SOLAR ARRAY、調(diào)壓控制單元1、調(diào)壓單元2、逆變電路單元3以及逆變電路單元3 的濾波電容Bus capacity,其中調(diào)壓單元2、逆變電^各單元3和濾波電容Bus capacity并耳關(guān)于太陽能電池板SOLAR ARRAY的兩端，而調(diào)壓控制單元1與調(diào) 壓單元2連^J妄，控制調(diào)壓單元2的接通或關(guān)斷。
當(dāng)太陽能電池板SOLAR ARRAY的輸出電壓值低于逆變電路單元3中的單 個開關(guān)管耐壓值的預(yù)定比例時候(如90% )，調(diào)壓控制單元1控制調(diào)壓單元2 關(guān)斷，逆變電3各單元3正常逆變工作。而當(dāng)初始太陽能電池開路電壓超過逆變 電路單元3中的單個開關(guān)管耐壓的預(yù)定比例以上時，調(diào)壓控制單元1控制開關(guān) 單元2接通，此時太陽能電池板SOLAR ARRAY的輸出電流增大，而根據(jù)圖 IB,其輸出電壓開始下降，與太陽能電池板SOLAR ARRAY并聯(lián)的濾波電容 Bus capacity上的電壓也開始調(diào)壓單元2》文電下降。當(dāng)濾波電容Bus capacity下 降至逆變電^各單元3的開關(guān)管額定電壓的一定比例時(例如80%額定電壓)時， 逆變電路單元3開始工作，同時調(diào)壓控制單元1接收到的直流電源檢測信號在 正常范圍內(nèi)，控制開關(guān)單元2關(guān)斷，啟動逆變電路單元3使之正常工作。
6圖3為圖2所示太陽能電池板供電系統(tǒng)的一種實施方式，其中，第一控制 器SI control、主控制器Main control、穩(wěn)壓管D、電容Cl組成了圖2中的調(diào)壓 控制單元l,而電阻R1、開關(guān)管S1、開關(guān)管S2則組成了圖2中的調(diào)壓單元2。 當(dāng)所迷太陽能電池板輸出的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)超過所述逆變電路單元中 的單個開關(guān)管的耐壓值時，所述主控制器Main control控制所述開關(guān)管S2接通 以使所述電容Cl充電至所述穩(wěn)壓管D的穩(wěn)定電壓，然后所述第一控制器Sl control得電并控制所述開關(guān)管Sl接通；當(dāng)所述太陽能電池板輸出的直流電壓 值在預(yù)定范圍內(nèi)低于所述逆變電路單元中的單個開關(guān)管的耐壓值時，所述主控 制器Main control控制所述開關(guān)管S2關(guān)斷以使所述電容Cl放電，然后所述第 一控制器Sl control失電并控制所述開關(guān)管Sl關(guān)斷。
進(jìn)一步地，考慮到開關(guān)管S2有可能發(fā)生短路的現(xiàn)象，在調(diào)壓控制單元1 中還設(shè)置一差分電路amplifier,其兩個輸入端分別連接電容Cl的兩端，其輸 出端連接主控制器Main control,主控制器Main control通過監(jiān)控差分電路 amplifier的輸出判斷開關(guān)管S2是否損壞。
進(jìn)一步地，為避免在開關(guān)管Sl、 S2同時短^^時發(fā)生逆變器無法正常工作 的情況，在開關(guān)單元中2設(shè)置一連接在電阻R1和開關(guān)管Sl之間的慢斷型保險 管。
圖3所示太陽能電池板供電系統(tǒng)有三種工作模式，詳述如下 一、正常工作模式
耐壓的90%時候，調(diào)壓控制單元l不工作，Sl、 S2均受控不開通。全橋逆變 電路正常逆變工作，當(dāng)直流電壓超過全橋電路單個開關(guān)管耐壓的90%以上時， 該調(diào)壓控制單元1開始工作。首先通過Main control控制S2開通，如附圖4所示。
因為S2導(dǎo)通，Cl電容充電至穩(wěn)壓管D的穩(wěn)定電壓，當(dāng)Cl兩端電壓滿足 Sl control電路正常工作條件時，該電路工作并控制Sl導(dǎo)通。此時Sl control的內(nèi)部定時電路也開始工作，如附圖5所示。
S1和S2導(dǎo)通之后，太陽能電池板的輸出電流增大，而其輸出電壓開始下 降(原理參見圖1B示出的IV曲線)，與之并聯(lián)的BUS電容上的電壓也開始放 電下降。當(dāng)偵測BUS電壓下降至后級逆變電if各開關(guān)管額定電壓的一定比例時
(例如80%額定電壓)后級逆變器電i 各開始工作，其初始加載功率目標(biāo)為電阻 棒R1上消耗功率和BUS電容放電功率之差(相關(guān)計算可以通過偵測的電壓和
自身設(shè)定參數(shù)獲得)。通過后級電路功率的消耗(附圖1)，保證太陽能電池板的 輸出電壓穩(wěn)定。當(dāng)后級電路正常工作后關(guān)斷本調(diào)壓控制單元開關(guān)管S2。因為 S2關(guān)斷，電容C1通過電阻R2,R3放電，Sl control電路停止工作，之后Sl關(guān) 斷。如附圖6所示。
整個正常工作的時序為如附圖7所示。
二、 S2短路損壞的工作模式
在接上太陽能面板后，假設(shè)主開關(guān)管S2短路損壞，則Sl control供電電容 Cl保持恒定電壓，初始S1受控開通；經(jīng)過一段時間后(由延時電路給定)，Sl control電路發(fā)出低電平信號，關(guān)斷S1。由于S2處于短路，導(dǎo)致Cl兩端電壓 恒定，此時amplifier的差分電^各持續(xù)輸出高電平纟會Main control, Main control 通過監(jiān)控該高電平持續(xù)時間來判斷S2損壞。如附圖8所示。
三、 Sl、 S2短路損壞的工作模式
當(dāng)接上太陽能電池板后，假設(shè)開關(guān)管S2和開關(guān)管Sl都短路損壞，則fuse 在超量程工作一段時間熔斷。同時因為S2短路，所以此時S1 control的供電電 容C1兩端電壓仍然保持恒定，此時差分放大器持續(xù)送出高電平給Main control， Main control通過監(jiān)控該高電平持續(xù)時間來判斷S2損壞，并給出warning信號。 如附圖9所示。
本發(fā)明實施例中，在后級逆變電^各兩端并:i關(guān)一調(diào)壓單元，當(dāng)系統(tǒng)啟動時通 過控制該開關(guān)單元的通、斷來實現(xiàn)控制太陽能電池板輸出電壓的目的，使得后 級逆變電路能在安全電壓下順利啟動工作，在不損耗能量的同時，擴(kuò)大了輸入電壓范圍，可以優(yōu)化后級電路功率器件選型，提高系統(tǒng)效率。同時還具備多種 工作模式，可以通過采用差分電路來判斷開關(guān)管是否短路損壞。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種太陽能電池板供電系統(tǒng)，其特征在于，包括太陽能電池板、調(diào)壓控制單元、調(diào)壓單元、逆變電路單元以及濾波電容；其中所述調(diào)壓單元、所述逆變電路單元和所述濾波電容并聯(lián)于所述太陽能電池板的兩端，所述調(diào)壓控制單元與所述調(diào)壓單元連接，控制所述調(diào)壓單元的接通或關(guān)斷；當(dāng)所述太陽能電池板輸出的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)超過逆變電路單元中的單個開關(guān)管的耐壓值時，所述調(diào)壓控制單元控制所述調(diào)壓單元接通；當(dāng)所述太陽能電池板輸出的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)低于所述逆變電路單元中的單個開關(guān)管的耐壓值時，所述調(diào)壓控制單元控制所述調(diào)壓單元關(guān)斷，所述逆變電路單元正常逆變工作。
2、 如權(quán)利要求1所述的太陽能電池板供電系統(tǒng)，其特征在于 所述調(diào)壓控制單元包括第一控制器、第二控制器、穩(wěn)壓管D、電容C1、電阻R3;所述電容C1為第一控制器的供電濾波電容，且電容C1通過電阻R3與 所述太陽能電池板的正極連接；所述穩(wěn)壓管D并聯(lián)在所述電容C1兩端；所述調(diào)壓單元包括依次連接的功率電阻Rl、由所述第一控制器控制的開關(guān) 管Sl、與開關(guān)管Sl并聯(lián)的電阻R2以及由所述第二控制器控制的開關(guān)管S2;當(dāng)所述太陽能電池板輸出的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)超過所述逆變電路單 元中的單個開關(guān)管的耐壓值時，所述第二控制器控制所述開關(guān)管S2接通以使所 述電容Cl充電至所述穩(wěn)壓管D的穩(wěn)定電壓，然后所述第一控制器得電并控制 所述開關(guān)管S1接通，使得流經(jīng)電阻Rl上電流增加；當(dāng)所述太陽能電池板輸出 的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)低于所述逆變電路單元中的單個開關(guān)管的耐壓值 時，所述第二控制器控制所述開關(guān)管S2關(guān)斷以使所述電容Cl通過電阻R2、 R3放電，然后所述第一控制器失電并控制所迷開關(guān)管Sl關(guān)斷。
3、 如權(quán)利要求2所述的太陽能電池板供電系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)壓控 制單元還包括一差分電路，其兩個輸入端分別連接所述電容Cl的兩端，其輸出端連接所述第二控制器，所迷第二控制器通過監(jiān)控所述差分電路的輸出判斷 所述開關(guān)管S2是否損壞。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的太陽能電池板供電系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào) 壓單元還包括一連接在所述功率電阻Rl和所迷開關(guān)管Sl之間的慢斷型保險官。
5、 一種太陽能電池板供電系統(tǒng)的啟動控制方法，其特征在于，包括以下步驟當(dāng)太陽能電池板輸出的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)超過逆變電路單元中的單 個開關(guān)管的耐壓值時，控制并聯(lián)于太陽能電池板兩端的調(diào)壓單元接通，使電池 板輸出電流增大，輸出電壓下降至設(shè)定值，逆變電路單元開始工作并關(guān)斷本調(diào) 壓電路；當(dāng)太陽能電池板輸出的直流電壓值在預(yù)定范圍內(nèi)低于逆變電路單元中的單 個開關(guān)管的耐壓值時，控制并聯(lián)于太陽能電池板兩端的調(diào)壓單元關(guān)斷，逆變電 路單元正常逆變工作。
全文摘要
本發(fā)明適用于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種太陽能電池板高開路電壓供電系統(tǒng)的啟動控制方法，系統(tǒng)包括太陽能電池板、調(diào)壓控制單元、調(diào)壓單元、逆變電路單元以及濾波電容；調(diào)壓單元、逆變電路單元和濾波電容并聯(lián)于太陽能電池板兩端，調(diào)壓控制單元與調(diào)壓單元連接，控制調(diào)壓單元的接通或關(guān)斷。本發(fā)明在后級逆變電路兩端并聯(lián)一調(diào)壓單元，當(dāng)系統(tǒng)啟動時通過控制該調(diào)壓單元的通、斷來實現(xiàn)控制太陽能電池板輸出電壓的目的，使得后級逆變電路能在安全電壓下順利啟動工作，在不損耗能量的同時，擴(kuò)大了輸入電壓范圍，可以優(yōu)化后級電路功率器件選型，提高系統(tǒng)效率。
文檔編號H02N6/00GK101645672SQ20091018975
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者林華勇 申請人:深圳科士達(dá)科技股份有限公司