CN101707450A - 太阳能控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能控制器，包括自太阳能电池输出端依次相耦合的第一开关管、蓄电池和第二开关管，还包括与所述第一开关管串联连接的第一接触式电控开关。本发明的太阳能控制器在输入端采用开关管与接触式电控开关的串联模式，既能减少损耗，增强可靠性，又能降低产品成本。

Description

太阳能控制器
技术领域
本发明涉及利用太阳能供电的设备，特别是一种太阳能控制器。
背景技术
目前主流的通断型太阳能控制器主要采用MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insolated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等大功率开关管进行通断控制，给蓄电池充电和放电。图1和图2是传统太阳能控制器的两种较典型的拓扑框图。这种太阳能控制器效率高，电路简单，成本低，控制电路简单。但是，由于这种太阳能控制器一方面要给蓄电池充电，另一方面要防止太阳能电池电压低时蓄电池反灌，故通断式开关必须是单向通双向阻断型的，为达到此目的，业界通常使用两个开关管进行通断式开关控制。综上所述，现有的太阳能控制器存在以下缺点：
采用开关管如MOSFET、IGBT、三极管等虽有通断性好的优点，但采用低压器件极易受雷击损坏，造成充电回路无法断开，使蓄电池过充甚至损坏，而采用高压器件则由于通态阻抗大热损耗极大，可靠性也极差，一般情况下无法用于中大功率控制器中。为降低热损耗，一般会采用多管并联，成本也会增加较多。
发明内容
本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种结构简单的太阳能控制器，能减少损耗，增强可靠性，且成本较低。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种太阳能控制器，包括自太阳能电池输出端依次相耦合的第一开关管、蓄电池和第二开关管，还包括与所述第一开关管串联连接的第一接触式电控开关。
优选地，所述第一接触式电控开关受控在太阳能控制器输入极性检测未完成或为反接时保持关断。
优选地，所述第一接触式电控开关为磁保持继电器或接触器。
优选地，所述第一开关管与所述第一接触式电控开关一同接在太阳能电池输出正端或输出负端上。
优选地，所述第一开关管与所述第一接触式电控开关分别接在太阳能电池输出正端与输出负端上。
优选地，所述第一开关管跨接在太阳能电池输出正端与输出负端之间，所述第一接触式电控开关接在太阳能电池输出正端或输出负端上。
优选地，具有多个所述第一开关管和所述第一接触式电控开关组成的支路，多个支路并联连接再接至所述蓄电池。
优选地，具有多路所述第一开关管，多个所述第一开关管并联连接再接至所述第一接触式电控开关。
优选地，还包括与所述第二开关管并联连接的第二接触式电控开关。
优选地，具有多个所述第二开关管和所述第二接触式电控开关组成的支路，多个支路并联连接再分别接至负载。
本发明有益的技术效果如下：
本发明太阳能控制器包括第一开关管和与第一开关管串联连接的第一接触式电控开关，可使第一接触式电控开关受控在太阳能控制器输入极性检测未完成或为反接时保持关断。蓄电池的输入充电回路开关采用第一开关管与第一接触式电控开关串联的模式，相当于用接触式电控开关替代了传统太阳能控制器中的防反灌开关。在输入极性检测未完成或极性反时，第一接触式电控开关不动作，保持断开状态，输入充电回路开关不会导通，由于第一接触式电控开关触点间耐压高(通常为几千伏特)，对于输入最高电压通常为几百伏特的太阳能控制器输入不存在问题，可以一直承受输入电压，直致极性正确输入正常后，第一接触式电控开关才会动作开通，在控制第一开关管开通后，控制器即进入正常的充电控制状态。对于传统的反灌开关例如输入并联开关管模式，由于开关管存在导通损耗，在采用传统开关管耐压模式时，会因开关管的导通损耗而导致正常工作时损耗增加，而接触式电控开关正常工作时损耗低于开关管导通损耗。
另一方面，由于太阳能控制器需要在室外接太阳能电池方阵，极易受雷击等自然灾害，而开关管易受雷击损坏，接触式电控开关触点抗雷击等自然灾害能力则强得多，根据本发明，在第一开关管受损短路而造成蓄电池过压时，控制第一接触式电控关断即能断开充电回路，从而能有效保护蓄电池。
因此，本发明采用开关管与接触式电控开关的串联模式，既利用了开关管的通断性能好但耐压性差的特点，又利用了接触式电控开关直流通断能力差但交流通断能力好、接触阴抗小的特点，二者相结合，能减少损耗，增强可靠性，提高产品性能，且其结构简单，从而也降低了产品的成本。
进一步地，可以控制第一接触式电控开关先于第一开关管开通而后于第一开关管关断，使得第一接触式电控开关在零电流下开与关，从而能够延长其使用寿命。
附图说明
图1为传统太阳能控制器的一种典型的拓扑简图；
图2为传统太阳能控制器的另一种典型的拓扑简图；
图3为本发明太阳能控制器一种实施例的拓扑简图；
图4为本发明太阳能控制器另一种实施例的拓扑简图
图5为图4所示太阳能控制器的一种变形例的拓扑简图；
图6为图4所示太阳能控制器的另一种变形例的拓扑简图；
图7为本发明一种多路方阵输入单路负载输出的实施例的拓扑简图；
图8为本发明一种多路方阵输入两路负载输出的实施例的拓扑简图；
图9为本发明另一种多路方阵输入两路负载输出的实施例的拓扑简图；
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
具体实施方式
请参考图3，一种实施例的太阳能控制器包括自太阳能电池输出端依次相耦合的第一开关管Q1、蓄电池和第二开关管Q2，还包括与所述第一开关管Q1串联连接的第一接触式电控开关RLY1。第一开关管Q1优选但不限于采用MOSFET。第一接触式电控开关RLY1优选但不限于采用磁保持继电器或接触器。
蓄电池的输入充电回路开关采用第一开关管Q1与磁保持继电器串联模式。在输入极性检测未完成或极性反时，磁保持继电器不动作，保持断开状态。由于磁保持继电器触点间耐压为几千伏特，对于输入最高电压为几百伏特的太阳能控制器输入不存在问题，可以一直承受。在为蓄电池正常充电之前，太阳能控制器依据方阵输入电压进行极性判断，当输入极性反接时，太阳能控制器会给出告警，控制磁保持继电器保持断开状态，直至极性正确、输入正常后，磁保持继电器才受控制而闭合，使太阳能控制器进入正常的充电控制状态。与传统的采用开关管耐压模式来防止反灌的方案相比，磁保持继电器在正常工作时的导通损耗低于开关管导通损耗，从而降低了太阳能控制器的工作损耗。
在另一方面，太阳能电池方阵输入接在室外，极易受雷击等自然灾害，开关管例如三极管、MOSFET、IGBT等易受雷击损坏。在蓄电池输入回路中设置与第一开关管Q1串联连接的磁保持继电器，由于磁保持继电器触点抗雷击等自然灾害能力强得多，因此，在第一开关管Q1受损短路造成蓄电池过压时，磁保持继电器能断开充电回路，从而保护蓄电池。
优选地，第一开关管Q1初始无驱动信号，处于关断状态，当太阳能控制器输入极性正确时，由磁保持继电器的驱动电路发出一个磁保持继电器闭合驱动信号，使磁保持继电器动作，由常开转为闭合，输入的磁保持驱动信号在磁保持继电器闭合后自动断开，而磁保持继电器保持闭合状态。然后，控制第一开关管Q1开通而进入充电状态，根据蓄电池电压进行通断管理和对太阳能输入进行方阵管理。由于在磁保持继电器闭合时，第一开关管Q1无驱动信号，处于断开状态，因此磁保持继电器闭合时是零电流闭合。磁保持继电器零电流闭合更优于交流带电通断，寿命更长，一般通断次数能达到十万次以上。在白天时，太阳能控制器工作，磁保持继电器一直保持闭合状态；直到晚上太阳能电池方阵的输入开路电压低于蓄电池电压时，先控制第一开关管Q1关断，然后磁保持继电器驱动电路再发出磁保持继电器断开的驱动信号，在使磁保持继电器断开之后，磁保持继电器驱动电路的驱动信号也断开，此后磁保持继电器保持断开状态。当白天方阵输入电压正常且高于蓄电池电压时，蓄电池输入充电回路才会重新进入充电状态。
请参考图4，根据更优选的实施例，太阳能控制器还包括与第二开关管Q2并联连接的第二接触式电控开关RLY2，第二接触式电控开关RLY2受控在蓄电池电压处于正常范围内时保持开通。第二接触式电控开关RLY2优选但不限于采用磁保持继电器，第二开关管Q2优选但不限于采用MOSFET。
对蓄电池的输出放电回路采用开关管与磁保持继电器并联模式，可以保证在主控制电路损坏或维修更换时对负载设备保持正常输出状态，不会因为没有控制信号而导致负载下电。通常情况下，对负载的输出均为开通状态，只有出现蓄电池欠压需要下电或蓄电池过压需要保护负载而下电时才需要断开，故按照该实施例，只要上电后蓄电池电压在正常范围内，磁保持继电器保持闭合即保持支路开通，即使在主控制板故障或维修而导致第二开关管Q2关断时，也可以利用磁保持继电器支路对负载输出。
在另一方面，由于磁保持继电器触点耐压性能好，输出回路的抗雷击等干扰能力也大大提高。
进一步优选的实施例中，使第二开关管Q2受控在磁保持继电器的开通和关断过程中处于开通状态。
在蓄电池电压正常时，控制器开机后，先控制第二开关管Q2开通，再由磁保持继电器驱动电路发出驱动信号使磁保持继电器闭合，由于与磁保持继电器并联的第二开关管Q2处于开通状态，此时磁保持继电器闭合是零电压闭合，对寿命没有不良影响。当磁保持继电器闭合后，磁保持继电器驱动信号断开，磁保持继电器处于闭合保持状态，此时可断开第二开关管Q2，减少开通损耗。
当蓄电池电压过高或过低、其它异常状态需要负载下电时，使第二开关管Q2先开通，然后再由磁保持继电器驱动电路发出驱动信号使磁保持继电器才断开，由于与磁保持继电器并联的第二开关管Q2处于开通状态，此时磁保持继电器断开是零电压断开，对寿命没有不良影响。当磁保持继电器断开后，磁保持继电器驱动信号断开，磁保持继电器处于断开保持状态，此时再断开第二开关管Q2开关管，实现负载下电。
可见，采用上述的太阳能控制器，可以简单实现输入防反接功能，而输入正常损耗不会增加；可以防止电子器件开关因雷击等损坏而无法断开，导致蓄电池过充或损坏；同时控制器上电方阵输入开通或断开时，磁保持继电器为零电流开关，对使用寿命无不良影响。另外，根据改进的方案，还可以使负载在主控制电路损坏或维修等无驱动信号时，对负载保持正常输出；同时负载上电或下电时，磁保持继电器为零电压开关，延长使用寿命。
上述的实施例中，开关管也可由MOSFET替换为IGBT、三极管等，磁保持继电器也可用非磁保持继电器、磁保持接触器、非磁保持接触器来替代。
上述的实施例中，对开关管的控制，既可以采用长通断型的控制模式，也可以采用PWM型的控制模式，都适用上述的方案。只是对于长通断型的控制模式，开关管处于较长时间开通状态，而在PWM型的控制模式下是占空比变化的方波开通状态。
上述的实施例也可以扩展为不同的电路拓扑。
请参见图5所示的变形电路，其中第一开关管Q1与第一接触式电控开关RLY1分别接在太阳能电池输出正端与输出负端上。请参见图6所示的变形电路，其中第一开关管Q1跨接在太阳能电池输出正端与输出负端之间，第一接触式电控开关RLY1接在太阳能电池的输出负端上。
太阳能控制器的输入、输出部分的开关管与磁保持继电器还可采用不同组合模式，以使其性能进一步优化。
请参见图7，对于其输入部分，一个磁保持继电器前端可以串接并联连接的多路开关管，多路开关管分别接多路太阳能电池方阵的输出，从而构成多路输入的太阳能控制器。
请参见图9，对于其输入部分，可设置多路串联连接的开关管和磁保持继电器，各路之间并联连接，多路开关管分别接多路太阳能电池方阵的输出，多路磁保持继电器接至蓄电池。
除了可以采用多路方阵输入单路负载输出，输出部分也可由单路变化为多路，可按照重要性区分重要、次要负载，实现二次下电功能等。
请参见图8、9所示的多路方阵输入，两路负载输出的控制器拓扑.即可采用单路方阵输入多路负载输出，也可以采用多路方阵输入多路负载输出.
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能控制器，包括自太阳能电池输出端依次相耦合的第一开关管、蓄电池和第二开关管，其特征在于，还包括与所述第一开关管串联连接的第一接触式电控开关。
2.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，所述第一接触式电控开关受控在太阳能控制器输入极性检测未完成或为反接时保持关断。
3.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，所述第一接触式电控开关为磁保持继电器或接触器。
4.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，所述第一开关管与所述第一接触式电控开关一同接在太阳能电池输出正端或输出负端上。
5.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，所述第一开关管与所述第一接触式电控开关分别接在太阳能电池输出正端与输出负端上。
6.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，所述第一开关管跨接在太阳能电池输出正端与输出负端之间，所述第一接触式电控开关接在太阳能电池输出正端或输出负端上。
7.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，具有多个所述第一开关管和所述第一接触式电控开关组成的支路，多个支路并联连接再接至所述蓄电池。
8.如权利要求1所述的太阳能控制器，其特征在于，具有多个所述第一开关管，多个所述第一开关管并联连接再接至所述第一接触式电控开关。
9.如权利要求1至8中任一项所述的太阳能控制器，其特征在于，还包括与所述第二开关管并联连接的第二接触式电控开关。
10.如权利要求9所述的太阳能控制器，其特征在于，具有多个所述第二开关管和所述第二接触式电控开关组成的支路，多个支路并联连接再分别接至负载。
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