一種帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，包括太陽能電池、接入保護單元、同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過充單元、蓄電池、負載過流保護單元和負載；所述太陽能電池、接入保護單元、同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過充單元和蓄電池連接構成充電主回路；所述蓄電池、負載過流保護單元和負載串聯(lián)組成放電回路；所述同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過沖單元和蓄電池連接組成放電回路。本實用新型能有效減小電路損耗，提高電能轉換效率；同時，能有效提高Buck電路的可靠度，能有效保護太陽能電池板、蓄電池以及拓撲電路本身，且能有效抑制尖峰脈沖。
【專利說明】一種帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能控制器【技術領域】，特別是涉及一種帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構。
【背景技術】
[0002]太陽能充電裝置是指太陽能電池板對蓄電池進行充電的裝置，當太陽能電池的輸入電壓很高而配備的蓄電池電壓等級較低時，現(xiàn)有的太陽能控制器技術通常是采用經(jīng)典Buck電路實現(xiàn)電壓的變換和太陽能電池板輸出功率的控制。然而，經(jīng)典Buck電路中的續(xù)流二極管的導通管壓降(一般為0.5V)是恒定的，在通過較大電流時，會造成較大的熱損耗，使整個電路的效率較低。
[0003]由于MOS管導通電阻較續(xù)流二極管很小(一般為幾十毫歐)，進而可將降壓Buck電路中的續(xù)流二極管替換為MOS管,在MOS管導通期間，可有效減小電路損耗，提聞電能轉換效率，這種技術稱之為同步整流技術。
[0004]然而，同步整流Buck單元中的兩個MOS管是互補導通的，兩個MOS管門極的PWM控制信號之間存在一個死區(qū)時間，當處于死區(qū)時間內時，兩個MOS管同時關斷，此時同步整流BUCK單元中的電感所儲能量沒有路徑釋放，會產(chǎn)生較大尖峰電壓，導致造成元器件損壞。
[0005]因此，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種熱損耗小、保證BUCK單元安全可靠工作、高效的太陽能充電裝置的拓撲結構甚為必要。
實用新型內容
·[0006]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種高效且安全可靠的帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構。
[0007]實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案是:一種帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，包括太陽能電池、接入保護單元、同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過充單元、蓄電池、負載過流保護單元和負載；
[0008]所述太陽能電池、接入保護單元、同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過充單元和蓄電池連接構成充電主回路；
[0009]所述蓄電池、負載過流保護單元和負載串聯(lián)組成放電回路；
[0010]所述同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過沖單元和蓄電池連接組成放電回路。
[0011]上述技術方案還具有電流采樣單元；所述電流采樣單元連接在防蓄電池過充單元和負載過流保護單元之間，電流采樣單元由第一電流采樣單元和第二電流采樣單元組成。
[0012]上述技術方案所述接入保護單元包括保險管Fl、二極管D2和防倒流開關管Ql ;所述二極管D2反向并聯(lián)在太陽能電池的兩端；所述防倒流開關管Ql的源極S連接太陽能電池板的正極，防倒流開關管Ql的漏極D連接所述同步整流Buck單元；所述保險管Fl串接在太陽能電池的正極與防倒流開關管Ql的源極S之間。[0013]上述技術方案所述同步整流Buck單元包括濾波電容Cl，以及同步整流方式的MOS管Q2、MOS管Q3、電感L和電容C4 ;所述MOS管Q2、MOS管Q3、電感L、電容C4連接形成常規(guī)降壓Buck變換電路；所述濾波電容Cl并聯(lián)接在Buck單元前端。
[0014]上述技術方案所述Buck電路保護單元包括二極管D1、電容C2和電容C3 ;所述二極管Dl反向并聯(lián)在MOS管Q3的源極S和漏極D上；所述電容C2的兩端分別和MOS管Q2的漏極D和源極S連接；所述電容C3兩端分別和MOS管Q3的漏極D和源極S連接。
[0015]上述技術方案所述防蓄電池過充單元具有MOS管Q4 ;所述MOS管Q4的漏極D與所述同步整流Buck單元連接，MOS管Q4的源極S與所述蓄電池正極連接。
[0016]上述技術方案所述負載過流保護單元具有MOS管Q5，所述MOS管Q5的漏極D與所述蓄電池正極連接，MOS管Q5的源極S與所述負載相連。
[0017]上述技術方案所述防倒流開關管Ql為MOS管。
[0018]上述技術方案所述續(xù)流保護二極管Dl為肖特基二極管。
[0019]上述技術方案所述第一電流采樣單元和第二電流采樣單元分別為采樣電阻Rl和采樣電阻R2。
[0020]采用上述技術方案后，本實用新型具有以下積極的效果:
[0021](I)本實用新型的Buck電路保護單元通過續(xù)流二極管Dl、電容C2和電容C3能有效抑制電路產(chǎn)生的尖峰電壓，且二極管Dl能給電感提供續(xù)流回路，從而保護MOS管Q2和MOS 管 Q3。
[0022](2)本實用新型能有效減小電路損耗,提聞電能轉換效率；同時，能有效提聞Buck電路的可靠度，能有效保護太陽能電池板、蓄電池以及拓撲電路本身，且能有效抑制尖峰脈沖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]為了使本實用新型的內容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中
[0024]圖1是本實用新型的實施例1的電路圖；
[0025]圖2是本實用新型的實施例2的電路圖；
[0026]圖3是本實用新型的接入保護單元結構圖；
[0027]圖4是的同步整流Buck單元及Buck電路保護單元結構圖；
[0028]圖5是本實用新型的蓄電池及防蓄電池過充單元結構圖；
[0029]圖6是本實用新型的放電回路的電路圖。
【具體實施方式】
[0030](實施例1)
[0031]見圖1至圖6，本實用新型包括太陽能電池、接入保護單元、同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過充單元、蓄電池、負載過流保護單元、負載和電流采樣單元;
[0032]太陽能電池、接入保護單元、同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過充單元和蓄電池連接構成充電主回路；[0033]蓄電池、負載過流保護單元和負載串聯(lián)組成放電回路；
[0034]同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過沖單元和蓄電池連接組成放電回路。
[0035]電流采樣單元連接在防蓄電池過充單元和負載過流保護單元之間，電流采樣單元由第一電流采樣單元和第二電流采樣單元組成，第一電流采樣單元和第二電流采樣單元分別為采樣電阻Rl和采樣電阻R2。
[0036]見圖3，接入保護單元包括保險管F1、二極管D2和防倒流開關管Ql ;二極管D2反向并聯(lián)在太陽能電池的兩端；防倒流開關管Ql為MOS管防倒流開關管Ql的源極S連接太陽能電池板的正極，防倒流開關管Ql的漏極D連接同步整流Buck單元；保險管Fl串接在太陽能電池的正極與防倒流開關管Ql的源極S之間。
[0037]見圖4，同步整流Buck單元包括濾波電容Cl，以及同步整流方式的MOS管Q2、M0S管Q3、電感L和電容C4 ；M0S管Q2、M0S管Q3、電感L、電容C4連接形成常規(guī)降壓Buck變換電路；濾波電容Cl并聯(lián)接在Buck單元前端。
[0038]Buck電路保護單元包括二極管D1、電容C2和電容C3 ;二極管Dl反向并聯(lián)在MOS管Q3的源極S和漏極D上；電容C2的兩端分別和MOS管Q2的漏極D和源極S連接；電容C3兩端分別和MOS管Q3的漏極D和源極S連接，其中，續(xù)流保護二極管Dl為肖特基二極管。
[0039]見圖5，防蓄電池過充單元具有MOS管Q4 ;M0S管Q4的漏極D與同步整流Buck單元連接，MOS管Q4的源極S與蓄電池正極連接。
[0040]見圖6，負載過流保護單元具有MOS管Q5，M0S管Q5的漏極D與蓄電池正極連接，MOS管Q5的源極S與負載相連。
[0041]本實用新型的工作原理為:當太陽能電池板反接，輸入電流通過二極管D2短路，產(chǎn)生很大的短路電流，此電流足以熔斷輸入端的保險管F1，實現(xiàn)了對太陽能電池板的保護，當正常接入時，二極管D2無作用。
[0042]上述同步整流Buck電路單元正向工作時,充電電流由太陽能電池流向蓄電池,但當充電電流較小時，上述Buck電路單元中電感元件L、M0S管Q3、電容元件Cl構成Boost電路，蓄電池可能會對太陽能電池板反向升壓充電，以致太陽能電池板的損壞，設置MOS管Ql可以防止電路反向充電，保護太陽能電池板。
[0043]上述同步整流Buck電路正向工作時，同步整流Buck單元中的MOS管Q2、M0S管Q3是互補導通的，兩個MOS管門極的PWM控制信號之間存在一個死區(qū)時間，當處于死區(qū)時間內時，電感元件L所儲能量需要回路釋放，否則會產(chǎn)生較大尖峰電壓，造成MOS管Q3損壞，二極管Dl給電感L提供續(xù)流的回路，以減小電感電流對電路沖擊。
[0044]上述同步整流Buck電路單元正向工作時，一旦蓄電池充滿后，需停止充電以防蓄電池過度充電，從而造成蓄電池的損壞，當檢測到蓄電池充滿時，MOS管Q4關斷，以保護蓄電池。
[0045]上述蓄電池對負載供電時，若負載短路或者負載過流，一旦采樣電阻Rl檢測的電流超過預定值時，立刻關斷MOS管Q5，從而保護放電回路。
[0046]上述MOS管Q1、M0S管Q5、M0S管Q4在電路正常工作時都是一直導通的，其都不采用二極管，而采用MOS管的原因，除了需要對電路進行控制，保證電路在需要的時候開通和關斷外，還是因為MOS管導通時的損耗要遠遠小于二極管導通時的損耗。
[0047]上述MOS管Q2的源極S接太陽能電池板，漏極D接同步整流Buck單元，反接的原因是由于MOS管的源極S到漏極D之間有個正向的二極管，當發(fā)生電流倒流的情況時，能保證MOS管的有效關斷。
[0048]以上的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，其特征在于:包括太陽能電池、接入保護單元、同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過充單元、蓄電池、負載過流保護單元和負載； 所述太陽能電池、接入保護單元、同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過充單元和蓄電池連接構成充電主回路； 所述蓄電池、負載過流保護單元和負載串聯(lián)組成放電回路； 所述同步整流Buck單元、Buck電路保護單元、防蓄電池過沖單元和蓄電池連接組成放電回路。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，其特征在于:還具有電流采樣單元；所述電流采樣單元連接在防蓄電池過充單元和負載過流保護單元之間，電流采樣單元由第一電流采樣單元和第二電流采樣單元組成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，其特征在于:所述接入保護單元包括保險管F1、二極管D2和防倒流開關管Ql ;所述二極管D2反向并聯(lián)在太陽能電池的兩端；所述防倒流開關管Ql的源極S連接太陽能電池板的正極，防倒流開關管Ql的漏極D連接所述同步整流Buck單元；所述保險管Fl串接在太陽能電池的正極與防倒流開關管Ql的源極S之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，其特征在于:所述同步整流Buck單元包括濾波電容Cl，以及同步整流方式的MOS管Q2、M0S管Q3、電感L和電容C4 ;所述MOS管Q2、MOS管Q3、電感L、電容C4連接形成常規(guī)降壓Buck變換電路；所述濾波電容Cl并聯(lián)接在Buck單元前端。
5.根據(jù)權利要求4所述的帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，其特征在于:所述Buck電路保護單元包括二極管Dl、電容C2和電容C3 ;所述二極管Dl反向并聯(lián)在MOS管Q3的源極S和漏極D上；所述電容C2的兩端分別和MOS管Q2的漏極D和源極S連接；所述電容C3兩端分別和MOS管Q3的漏極D和源極S連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，其特征在于:所述防蓄電池過充單元具有MOS管Q4 ;所述MOS管Q4的漏極D與所述同步整流Buck單元連接，MOS管Q4的源極S與所述蓄電池正極連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，其特征在于:所述負載過流保護單元具有MOS管Q5，所述MOS管Q5的漏極D與所述蓄電池正極連接，MOS管Q5的源極S與所述負載相連。
8.根據(jù)權利要求3所述的帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，其特征在于:所述防倒流開關管Ql為MOS管。
9.根據(jù)權利要求5述的帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，其特征在于:所述續(xù)流保護二極管Dl為肖特基二極管。
10.根據(jù)權利要求4所述的帶尖峰電壓抑制的太陽能充電裝置的拓撲結構，其特征在于:所述第一電流采樣單元和第二電流采樣單元分別為采樣電阻Rl和采樣電阻R2。
【文檔編號】H02M1/32GK203645382SQ201320668641
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權日:2013年10月28日
【發(fā)明者】王念春, 吳曉玉, 秦天平, 趙鴻鑫, 王曉龍, 江志明, 滕春陽, 丁凱 申請人:江蘇英偉特新能源技術有限公司, 東南大學