CN101924363B - 防误操作的保护电路及应用该保护电路的太阳能发电系统 - Google Patents

防误操作的保护电路及应用该保护电路的太阳能发电系统 Download PDF

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CN101924363B CN 201010268158 CN201010268158A CN101924363B CN 101924363 B CN101924363 B CN 101924363B CN 201010268158 CN201010268158 CN 201010268158 CN 201010268158 A CN201010268158 A CN 201010268158A CN 101924363 B CN101924363 B CN 101924363B
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Abstract

本发明涉及一种防误操作的保护电路,连接在蓄电池、负载电路以及太阳能电池板之间,其中包括MOS管保护电路:用于当所述蓄电池反接时,断开所述负载电路;第一短路检测电路:用于检测负载电路接通时第一MOS管的导通阻抗的第一采样电流;第二短路检测电路:用于检测充电电路接通时第三MOS管的导通阻抗的第二采样电流;第一信号模块:用于根据第一短路检测电路的第一采样电流控制第一开关电路导通或断开负载电路;以及第二信号模块:用于根据第二短路检测电路的第二采样电流控制第二开关电路导通或断开充电电路。本发明还设计一种运用上述保护电路的太阳能发电系统,采用本发明可以防止施工人员误操作,做到傻瓜式安装太阳能控制器。

Description

防误操作的保护电路及应用该保护电路的太阳能发电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及保护电路,更具体地说,涉及一种用于太阳能控制器的防误操作的保护电路及应用该保护电路的太阳能发电系统。
背景技术
[0002] 太阳能分布于世界各地,是最清洁的能源之一,为此太阳能发电一直都是能源研究的一个热点。最近几年以美国等国家为首倡导的低碳、绿色环保运动,太阳能发电比以往发展更为迅速了。
[0003] 太阳能发电由四部分组成:太阳能电池板、蓄电池和充放电控制器及负载。而充放电控制器的功能有:(I)将太阳能电池板的电量按照蓄电池的充电方式充到蓄电池中;(2)管理蓄电池的电量;(3)保护太阳能发电系统。
[0004] 市面上的太阳能充放电控制器具有如有如下的特点:种类多样,中小功率的应用居多,尤其应用在路灯系统上面。对于大功率的系统,在兼顾大功率器件的设计和提高充放电效率的同时,往往很难全面兼顾各种的保护功能。
[0005]目前市面上的太阳能控制器,对工程施工人员的安装均做了一些安全操作的规定,例如先要装蓄电池再装太阳能电池板,支持单独反接但不支持各种反接正接混合,安装过程中出现不小心的短路却没有正常保护等。总之难以做到傻瓜式的安装,需要靠工程施工人员的经验和技术纪律来保证系统安装的安全。很明显的,没做到傻瓜式安装需要对工程施工人员进行专业培训,不利于工程施工。特别是一部分工人文化水平不高,一旦误操作,则会损坏控制器或者其他组件。
发明内容
[0006] 本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的用于太阳能控制器的安装时易出现误操作从而损坏太阳能控制器的控制电路或蓄电池的缺陷,提供一种防太阳能控制器的施工人员误操作,可做到傻瓜式安装太阳能控制器的防误操作的保护电路。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种防误操作的保护电路,连接在蓄电池、负载电路以及太阳能电池板之间,其中包括:M0S管保护电路:用于当所述蓄电池反接时,断开所述负载电路;第一短路检测电路:用于检测所述负载电路接通时第一MOS管的导通阻抗的第一采样电流;以及第一信号模块:用于根据所述第一采样电流控制第一开关电路导通或断开所述负载电路。
[0008] 在本发明所述的防误操作的保护电路中,所述第一短路检测电路包括:第一比较器:用于根据第一参考电压产生电路产生的第一参考电压和所述第一米样电流控制第一开关电路导通或断开所述负载电路。
[0009] 在本发明所述的防误操作的保护电路中,所述第一开关电路包括第一控制电路:用于控制第二 MOS管使所述负载电路导通或断开。
[0010] 在本发明所述的防误操作的保护电路中,所述防误操作的保护电路还包括:自恢复检测电路:用于当所述第一开关电路由于短路断开所述负载电路时,检测所述负载电路是否断路;所述第一信号模块根据所述自恢复检测电路的检测结果控制第一开关电路导通或断开所述负载电路。
[0011] 在本发明所述的防误操作的保护电路中,所述防误操作的保护电路还包括:第二短路检测电路:用于检测所述充电电路接通时第三MOS管的导通阻抗的第二采样电流;以及第二信号模块:用于根据所述第二采样电流控制第二开关电路导通或断开所述充电电路。
[0012] 在本发明所述的防误操作的保护电路中,所述第二短路检测电路包括:第二比较器:用于根据第二参考电压产生电路产生的第二参考电压和所述第二采样电流控制所述第二开关电路导通或断开所述充电电路。
[0013] 在本发明所述的防误操作的保护电路中,所述第二开关电路还包括:第二控制电路:用于控制所述第三MOS管和第四MOS管使所述充电电路导通或断开。
[0014] 在本发明所述的防误操作的保护电路中,所述防误操作的保护电路还包括:第一电压检测电路:用于检测所述太阳能电池板电压;第二电压检测电路:用于检测所述蓄电池电压;以及辅助电源产生电路:用于蓄电池正接时输出驱动电源和标准电源;所述第二信号模块根据所述第一电压检测电路和所述第二电压检测电路的检测电压控制所述第二开关电路导通或断开所述充电电路,所述辅助电源产生电路通过第三二极管与所述蓄电池连接。
[0015] 本发明还构造一种防误操作的保护电路,连接在蓄电池、负载电路以及太阳能电池板之间,其中包括:M0S管保护电路:用于当所述蓄电池反接时,断开所述负载电路;第一短路检测电路:用于检测所述负载电路接通时第一 MOS管的导通阻抗的第一采样电流;自恢复检测电路:用于当所述第一开关电路由于短路关闭所述负载电路时,检测所述负载电路是否断路;第二短路检测电路:用于检测所述充电电路接通时第三MOS管的导通阻抗的第二采样电流;第一电压检测电路:用于检测所述太阳能电池板电压;第二电压检测电路:用于检测所述蓄电池电压;辅助电源产生电路:用于蓄电池正接时输出驱动电源和标准电源;第一信号模块:用于根据所述第一短路检测电路的第一采样电流和所述自恢复检测电路的检测结果控制第一开关电路导通或断开所述负载电路;以及第二信号模块:用于根据所述第二短路检测电路的第二采样电流、所述第一电压检测电路和所述第二电压检测电路的检测电压控制第二开关电路导通或断开所述充电电路。
[0016] 本发明还构造一种采用权I至权9任一所述的防误操作的保护电路的太阳能发电系统。
[0017] 实施本发明的防误操作的保护电路,具有以下有益效果:通过双MOS管组成的MOS管保护电路和第一开关电路以及第一短路检测电路使得本发明的防误操作的保护电路成本低,第一短路检测电路检测MOS管保护电路的导通阻抗,不会增加负载回路的阻抗。
[0018] 第一短路检测电路采用比较器的结构使得做到快速响应的同时,也简化了负载功率回路的结构。MOS管开关电路的设置使得通过第二MOS管导通断开负载电路,对单片机的信号做出快速响应。自恢复检测电路使得负载电路短路后可以自动恢复,减小了短路故障的次数,更加接近实际的应用要求。第二短路检测电路和第二开关电路的设置成本低的实现了太阳能电池板和蓄电池之间的短路保护。第二短路检测电路采用比较器的结构使得做到快速响应的同时,也简化了负载功率回路的结构。双MOS管的结果相应速度快,不受续流二极管的导通影响。电压检测电路和辅助电源产生电路更好的根据太阳能电池板和蓄电池的电压控制冲放电以及保证驱动电源和标准电源不会误工作。
[0019] 本发明还构造一种防误操作的保护电路,采用此保护电路可以实现太阳能控制器在各种误操作安装时不会出现误工作而损坏其中的任何部件和电路。
[0020] 本发明还构造一种采用上述防误操作的保护电路的太阳能发电系统,采用本太阳能发电系统可以实现安装工人的傻瓜式安装。
附图说明
[0021] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
[0022] 图1是本发明的一种防误操作的保护电路的电路结构图。
具体实施方式
[0023] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0024] 如图1所示,在本发明一种防误操作的保护电路的电路结构图中,所述防误操作的保护电路连接在蓄电池、负载电路以及太阳能电池板之间,所述防误操作的保护电路包括MOS管保护电路1、第一短路检测电路2、第一开关电路3以及第一信号模块,MOS管保护电路I用于当所述蓄电池反接时,断开所述负载电路,第一短路检测电路2用于检测所述负载电路接通时第一 MOS管Q6的导通阻抗的第一米样电流,第一信号模块用于根据所述第一采样电流控制第一开关电路3导通或断开所述负载电路。下面举例说明所述防误操作的保护电路的工作原理,蓄电池和负载电路端的保护电路由双MOS管结构及其驱动电路组成。第二 MOS管Q4的源极连接到第一 MOS管Q6的源极,第二 MOS管Q4的漏极连接到负载电路,第二 MOS管Q4的栅极连接到第一控制电路。第一 MOS管Q6的源极经第二 MOS管Q4连接到所述负载电路,第一 MOS管Q6的栅极连接到所述蓄电池的正极,第一 MOS管Q6的漏极连接到所述蓄电池的负极。第一 MOS管Q6和第二 MOS管Q4组成了双MOS管回路,当第二 MOS管Q4关闭时,GND和Load_GND是相互独立的。当蓄电池接线正常时,在电阻R8、稳压管Z5的作用下,第一 MOS管Q6是常开的;如果蓄电池反接,则第一 MOS管Q6是截止的,使得负载回路断开。第一短路检测电路2通过检测第一 MOS管Q6的导通阻抗判断是否有大电流以及大电流的时间通过负载电路来判断负载电路否短路,如负载电路上出现大电流并持续一段时间(如2ms,与负载上电瞬间的冲击电流区分开来,冲击电流也可能会高于动作电流,但持续时间都很短,微秒级),则将检测结果发给第一信号模块,第一信号模块根据所述检测结果关闭MOS管开关电路3中的第二 MOS管Q4以断开负载电路,起到负载短路保护作用。通过双MOS管组成的MOS管保护电路1、第一开关电路3以及第一短路检测电路2使得本发明的防误操作的保护电路成本低,第一短路检测电路2检测MOS管保护电路的导通阻抗,不会增加负载回路的阻抗。
[0025] 如图1所示,在本发明一种防误操作的保护电路的电路结构图中,第一短路检测电路2包括第一比较器U2D,第一比较器U2D用于根据第一参考电压产生电路产生的第一参考电压和所述第一采样电流控制第一开关电路3导通或断开所述负载电路。下面举例说明第一短路检测电路2的工作原理:参考电压产生电路连接到第一比较器U2D的第一输入端,MOS管保护电路的第一 MOS管Q6的源极连接到第一比较器U2D的第二输入端,第一比较器U2D的输出端连接到第一信号模块。短路检测点为第一 MOS管Q6的源极,检测电阻为第一MOS管Q6的导通阻抗,一般在3-10毫欧;第一比较器U2D的参考电压由分压电阻R28、R30分压产生。当发生短路的时候,第一 MOS管Q6的源极会产生较大的电压,当电流升到一定程度时,第一 MOS管Q6的源极的电压也随之高于参考电压,使得第一比较器U2D的输出端INT2为低电平,第一信号模块探测到INT2有下降沿后,立即通过Q4_SW来控制第一开关电路3断开负载电路。该部分的电路设计要点主要为参考电压的选取(由分压电阻R28电阻R30分压得到),参考电压与第一 MOS管Q6的导通阻抗及动作电流有关,例如:第一 MOS管Q6的导通阻抗为6毫欧,动作电流在90A,那么参考电压为6*90mV = O. 54V。当然,第一 MOS管Q6的导通阻抗不是一个精确的数值,并且随着温度的改变而改变,所以在设计的时候需要以最恶劣的情况来设计,例如,第一 MOS管Q6的最高工作温度为100°C,在该温度下,第一 MOS管Q6的最高导通阻抗为6. 5毫欧,要求在所有情况下,短路的动作电流均高于60A,那么参考电压则要选取6. 5*60mV = O. 39V,当第一 MOS管Q6温度较低时,动作电流也会随之升高,那么可以计算该参考电压下的最大动作电流,来检验设计是否符合要求:假设第一 MOS管Q6工作的最低温度为_30°C,最小的导通阻抗为4. 3毫欧,那么最大的动作电流=390mV/4. 3m Ω = 90. 7A,检验符合设计要求。第一短路检测电路2还包括第一比较器保护电路,第一比较器保护电路包括稳压管Z8以及滤波电容C13,稳压管Z8的阳极接地,阴极连接到第一比较器U2D的第二输入端;滤波电容C13连接在稳压管Z8的两端。当蓄电池反接时,会有较大的负压加载在保护电阻R29上,稳压管Z8将第一比较器U2D第二输入端的电压稳定在-O. 6V〜-O. 7V而不受损坏;当发生上述情况时,会有较大的电压加载在保护电阻R29两端,为了满足功耗的需要而不烧毁,保护电阻R29应该选取功率在O. 25W及以上。第一比较器保护电路的设置保护了第一短路检 测电路2中的比较器不会由于大电流而被烧毁。第一短路检测电路2的结构做到快速响应的同时,也简化了负载功率回路的结构。
[0026] 如图1所示,在本发明一种防误操作的保护电路的电路结构图中,第一开关电路3包括第一控制电路,第一控制电路用于控制第二 MOS管Q4使所述负载电路导通或断开。下面通过举例说明第一控制电路的工作原理:第一控制电路包括三极管T4、三极管T5、二极管D3以及三极管T8,三极管T4的发射极连接到第一信号模块,三极管T4的基极连接到标准电源,三极管T4的集电极连接到三极管T5的基极,三极管T5的发射极连接到驱动电源VSW,三极管T5的集电极连接到二极管D3的阳极,二极管D3的阴极连接到第二 MOS管Q4的栅极;三极管T8的发射极连接到第二 MOS管Q4的栅极,三极管T8的基极连接到二极管D3的阳极,三极管T8的集电极连接到第一 MOS管Q6的源极。第一开关电路3的设置使得第二 MOS管Q4通过第一控制电路对第一信号模块的信号做出快速响应。本第一控制电路还可包括电阻R9、R10、R11、R12以及R60,三极管T4的发射极通过电阻R9连接到第一信号模块,二极管D3的阴极通过电阻Rll连接到第二 MOS管Q4的栅极,电阻RlO连接在三极管T5的发射极和基极之间,三极管T8的发射极通过电阻R12连接到第二MOS管Q4的栅极,电阻R60连接在三极管T8的基极和集电极之间。需要导通负载回路时,Q4_SW由第一信号模块输出低电平,则三极管T4导通,在电阻RlO的作用下三极管T5导通,驱动电源VSW提供驱动电压(例如+10V),该电压经过三极管T5、二极管D3、电阻Rll路径加载到第二 MOS管Q4的栅极上,使得栅极对源极有驱动电压(例如9. 3V),从而使第二 MOS管Q4导通;需要断开负载回路时,Q4_Sff由第一信号模块输出高电平,则三极管T4和三极管T5截止,驱动电源VSW、三极管T5、二极管D3、电阻Rll路径是不导通的,在电阻R60、三极管T8、电阻R12电路结构的作用下,三极管T8导通,第二 MOS管Q4的栅源极间的结电容通过电阻R60、三极管T8、电阻R12电路放电,使第二 MOS管Q4的栅源极间电压由9. 3V变为OV (VSW = IOV的情况下),实现第二 MOS管Q4断开。在该电路中,电阻Rll控制第二 MOS管Q4导通的速度,而电阻R12控制第二 MOS管Q4关闭的速度,为了在短路保护及自恢复时第二 MOS管Q4不因为开关速度慢而受损坏,电阻Rll和电阻R12 —般为几百欧姆,甚至几十欧姆,这样可以快速导通和快速关闭第二 MOS管Q4,一般第二MOS管Q4驱动信号的上升时间和下降时间在10微秒以内。
[0027] 如图1所示,在本发明一种防误操作的保护电路的电路结构图中,所述防误操作的保护电路还包括自恢复检测电路4,自恢复检测电路4用于当所述第一开关电路3由于短路断开所述负载电路时,检测所述负载电路是否断路;第一信号模块根据自恢复检测电路4的检测结果控制第一开关电路3导通或断开所述负载电路。下面通过举例说明自恢复检测电路4的工作原理:自恢复检测电路4包括电阻R39以及R40,电阻R39与电阻R40的连接节点连接到蓄电池的负极,电阻R39的另一端连接到蓄电池的正极,电阻R40的另一端接地,电阻R39与电阻R4的连接节点连接到第一信号模块。第一信号模块接收的DISC_V0L的电压分为两种情况,当负载电路短路时,蓄电池的电压直接加载到电阻R40端,经稳压管Zl的稳压后,DISC_V0L为5. 6V ;当负载电路断开即悬空时,DISC_V0L的电压值为电阻R39和电阻R40的分压值,例如第三分压电阻R39为560K,第四分压电阻R40为56K,蓄电池端电压最高不超过33V,则DISC_V0L < 3V。自恢复的过程如下:当负载电路发生短路保护以后,第一信号模块探测DISC_V0L的电压,当仍然大于等于5V时,则保持第二 MOS管Q4的关断状态;DISC_V0L的电压小于4V时,则说明短路线路被断开了,重新导通负载电路,实现了自恢复。自恢复检测电路使得负载电路短路后可以自动恢复,减小了短路故障的次数,更加接近实际的应用要求。
[0028] 如图1所示,在本发明一种防误操作的保护电路的电路结构图中,所述防误操作的保护电路还包括第二短路检测电路5、第二开关电路6以及第二信号模块,第二短路检测电路用于检测所述充电电路接通时第三MOS管Ql的导通阻抗的第二采样电流,第二信号模块用于根据所述第二采样电流控制第二开关电路6导通或断开所述充电电路。下面举例说明所述防误操作的保护电路的工作原理,太阳能电池板和蓄电池端的保护电路也由双MOS管结构及其驱动电路组成。第三MOS管Ql的源极连接到第四MOS管Q2的源极,第三MOS管Ql的漏极连接到所述太阳能电池板,第三MOS管Ql的栅极连接到第二控制电路;第四MOS管Q2的漏极连接到所述蓄电池,第四MOS管Q2的栅极连接到第二控制电路;第三MOS管Ql和第四MOS管Q2组成了双MOS管驱动结构,起到防止反接和防止反向电流的作用。其驱动是共用的,当驱动电路将第三MOS管Ql和第四MOS管Q2关闭后,SGND和GND是相互独立的,因此反向电流和正向电流均不存在。第二短路检测电路5通过检测第三MOS管Ql的导通阻抗判断是否有大电流以及大电流的时间通过充电电路来判断充电电路否短路,具体原理与上述第一短路检测电路2的工作原理相同。通过双MOS管组成的第二开关电路6以及第二短路检测电路5使得本发明的防误操作的保护电路成本低,第一短路检测电路5检测MOS管保护电路的导通阻抗,不会增加负载回路的阻抗。
[0029] 如图1所示,在本发明一种防误操作的保护电路的电路结构图中,所述第二短路检测电路5包括第二比较器U2A,第二比较器U2A用于根据第二参考电压产生电路产生的第二参考电压和所述第二采样电流控制所述第二开关电路6导通或断开所述充电电路。下面举例说明第二短路检测电路5的工作原理:参考电压产生电路连接到第二比较器U2A的第一输入端,第二开关电路6的第三MOS管Ql的源极连接到第二比较器U2A的第二输入端,第二比较器U2A的输出端连接到第二信号模块。当正常充电的时候,Q_C0M的电压小于0V,第二比较器U2A输出INTl为高电平;如果这个时候短路太阳能电池板(电池板组件本身是允许短路的),则蓄电池会有反向大电流通过充电电路,这个时候第二比较器U2A输出INTl会变成低电平,通知第二信号模块关断充电电路以保护控制器不被烧毁,详细的工作过程也可参照第一短路检测电路2的工作过程。第二短路检测电路4还包括第二比较器保护电路,其工作原理与第一比较器保护电路相同。第二比较器保护电路的设置保护了第二短路检测电路4中的比较器不会由于大电流而被烧毁。第二短路检测电路4的结构做到快速响应的同时,也简化了负载功率回路的结构。
[0030] 如图1所示,在本发明一种防误操作的保护电路的电路结构图中,所述第二开关电路6还包括第二控制电路,第二控制电路用于控制第三MOS管Ql和第四MOS管Q2使所述充电电路导通或断开。其工作原理与第一控制电路的工作原理相同,可参见上面有关第一控制电路的描述。第二开关电路6的设置使得第三MOS管Ql和第四MOS管Q2通过第二控制电路对第二信号模块的信号做出快速响应。
[0031] 如图1所示,在本发明一种防误操作的保护电路的电路结构图中,所述防误操作的保护电路还包括第一电压检测电路7、第二电压检测电路8以及辅助电源产生电路9,第一电压检测电路7用于检测所述太阳能电池板电压,第二电压检测电路8用于检测所述蓄电池电压,辅助电源产生电路9用于蓄电池正接时输出驱动电源VSW和标准电源。第二信号模块根据第一电压检测电路7和第二电压检测电路8的检测电压控制第二开关电路6导通或断开所述充电电路,辅助电源产生电路9通过第三二极管D4与所述蓄电池连接。下面通过具体的例子说明第一电压检测电路7、第二电压检测电路8以及辅助电源产生电路9的工作过程:第一电压检测电路7 :由于太阳能电池板的负端和蓄电池的负端不共地,因此太阳能电池板端的电压采用差分运放电路来检测。该差分运放检测电路由如下器件组成:电阻R13、R14、R15、R16、R17、R18,电容C5以及运放U2B,运放U2B的输出PV_AD供给第二信号模块进行数模信号采样。第二电压检测电路8:由电阻R1、R2、R32和电容C15组成,电阻Rl和R2为分压电阻,最高检测电压为33V,电阻R32和电容C15为滤波电路,BAT_AD供给第二信号模块进行数模信号采样。辅助电源产生电路9 :驱动电源VSW的稳压电路由第三二极管D4,电阻R59,电容ECl,电容C18,电阻R35,三极管T6,稳压管Z6,电容EC2和电容C19组成,第三二极管D4的作用是保证蓄电池反接时辅助电源不能工作,因此控制器系统也不能工作;电阻R59的作用是与大电容ECl—起,消除瞬间高压毛刺(在短路瞬间以及PWM充电瞬间会出现),保护后续器件,由于系统支持傻瓜式的安装,会有瞬间突变的电压存在(例如正常充电的情况下,蓄电池突然移除,则可能会有20V的瞬间电压加载到电阻R59两端),为了保证电阻R59不烧毁,需要采用3W的碳膜电阻;电容ECl和电容C18为输入端稳压电容;三极管T6和稳压管Z6是稳压部件,一般VSW为9-12V,例如,稳压管Z6为12V的稳压管,则驱动电源VSW为11. 3V ;电容EC2和电容C19为驱动电源VSW输出端稳压电容。+5V的稳压电路由电阻R36、三极管T7、芯片U3、电阻R37、电阻R38、电容EC3、电容C20组成,芯片U3是精密的稳压器件TL431,精度可达1%,R37 = R38使得输出电压为+5V,电容EC3和电容C20为输出端的稳压电容。电压检测电路和辅助电源产生电路9更好的根据太阳能电池板和蓄电池的电压控制冲放电以及保证驱动电源和标准电源不会误工作。
[0032] 如图1所示,在本发明的防误操作的保护电路的电路结构图中,所述防误操作的保护电路还包括一个与第二 MOS管Q4并联的电容EC4,当发生短路的时候,第二 MOS管Q4会被快速关闭,由于线路寄生电感的存在,快速关闭会在第二 MOS管Q4的漏源两端产生一个很高的电压毛刺而击穿第二 MOS管Q4(毛刺宽度1-10微秒,最高电压可达70V以上,而第二 MOS管Q4的耐压值为+55V),电容EC4的存在可以抑制这个高压毛刺而保护第二 MOS管Q4不受击穿。
[0033] 本发明还构造一种防误操作的保护电路,所述防误操作的保护电路具有上述实施例的所有特征,工作原理也与上述实施例描述的相同,使用该防误操作的保护电路可以有效的避免安装太阳能控制器时的各种误操作给太阳能控制器带来的损害。下面根据各种误操作的种类详细说明如何避免误操作的损害:
[0034] (I)反接保护。只有接线正确连接,整个系统才会完全正常工作,反接的各种情况下,系统不会误动作,同时无器件损坏。反接保护共分为如下几种情况:
[0035] 情况一,蓄电池反接,太阳能端悬空时:由于第三二极管D4的存在,辅助电源没有工作,因此控制器是没有工作的。第三MOS管Ql和第四MOS管Q2是截止的,因此充电电路呈断开状态;对于第二短路检测电路5来说,Q_C0M对GND的电压接近于0V,无大的压差存在,相关器件也不会损坏。由于电阻R8和稳压管Z5起不到驱动的作用,第一 MOS管Q6截止,负载电路也是断开的;对于第一短路检测电路2来说,LGND对GND的电压接近于蓄电池的负压值(如24V的蓄电池,LGND-GND = -23. 4V),稳压管Z8和Z9正向导通,第一比较器U2D和第二比较器U2A的第二输入端的输入电压为-O. 7V,此时加载在电阻R26和电阻R29的电压为22. 7V(蓄电池电压为24V时),由于电阻R26和电阻R29耐受的功率比较大,因此没有损坏任何器件。
[0036] 情况二,太阳能反接,蓄电池悬空时:蓄电池正负两端的电压差很小,负载电路及第一短路检测电路2也因此不受影响和损坏;辅助电源没有工作;Q_C0M接近于0V,第二短路检测电路5也因此不受影响;对于第一电压检测电路7的差分运放电路,在分压电阻R13和R15,R14和R16的分压下,运放U2B两个输入引脚对地的电压不超过土3V,所以运放U2B不会损坏。
[0037] 情况三,太阳能电池板反接,蓄电池正接时:辅助电源正常工作,第一信号模块以及第二信号模块也正常工作;负载电路及第一短路检测电路2不受影响;第二开关电路6没有工作,呈断开状态,Q_C0M接近于0V,第二短路检测电路5也因此不受影响;对于第一电压检测电路7的差分运放电路,在分压电阻R13和R15,R14和R16的分压下,运放U2B两个输入引脚对地的电压不超过±3V,所以运放U2B不会损坏。
[0038] 情况四,太阳能正接,蓄电池反接时:辅助电源、第一信号模块以及第二信号模块均没有工作,负载电路及第一短路检测电路7与情况一相同即没有工作也没有器件损坏;第三MOS管Ql和第四MOS管Q2是截止的,因此充电电路呈断开状态;对于第一电压检测电路7的差分运放电路,在分压电阻R13和R15,R14和R16的分压下,运放U2B两个输入引脚对地的电压不超过±3V,所以运放U2B不会损坏;对于第二短路检测电路5,Q_C0M对GND的电压为高负压(如果是24V的系统,则Q_C0M对GND的电压最高可达到-70V),稳压管Z7正向导通使得第二比较器U2A的第二输入端输入电压为-O. 7V,因此二比较器U2A没有损坏,同时有60-70V的高压加载到R26上(24V系统的情况),由于R26可以耐受相应的功率,因此没有损坏。
[0039] 情况五,太阳能反接和蓄电池同时反接时:辅助电源、第一信号模块以及第二信号模块均没有工作,负载电路及第一短路检测电路7与情况一相同即没有工作也没有器件损坏;充电电路及第二短路检测电路5与情况三相同即没有工作也没有器件的损坏。
[0040] (2)不正确的安装顺序,系统仍然可以正常工作。在正常的情况下,是先要接上蓄电池,系统起来以后,自动识别到蓄电池后,再接太阳能电池板才能正常工作的。但对于傻瓜式的安装来说,可以支持先接太阳能电池板,后接蓄电池,系统仍然可以正常工作。当先接上太阳能电池板的时候,辅助电源、第一信号模块以及第二信号模块均没有工作,等待蓄电池接上后,系统便恢复正常了。
[0041] (3)不正确的断开顺序:正常情况下,先要求断开太阳能电池板,再移除蓄电池的,但工程安装的时候,往往出现先移除蓄电池,再移除或者不移除太阳能电池板的情况。当蓄电池先移除的时候,如果系统没有正在充电,那么辅助电源立即停止工作,第一信号模块以及第二信号模块的控制也紧跟着停止;如果系统正在充电,那么辅助电源的输入电压由蓄电池电压转为太阳能电池板的开路电压,因此会有瞬间的突变电压加载到辅助电源的输入端,电阻R59瞬间会有高至10V-30V的电压加载到上面,然后往电容ECl充电,电阻R59两端电压缓慢的降低,电容ECl的电压缓慢升高,这个时刻电阻R59会产生较大的功耗,为了耐受该瞬间功耗,电阻R59为3W的碳膜电阻;当第二信号模块通过第二电压检测电路8检测到电压超过蓄电池电压的范围后(> 33V),则断开充电回路,此刻辅助电源没有供电电源,因此不能正常工作,第一信号模块以及第二信号模块也不能正常工作,因此系统即不能工作了,达到了防止高压,保护器件的目的。当然,如果是12V的系统,太阳能电池板的电压只有20V左右,其又是另外一个响应过程:断开蓄电池后,如果充电电路不工作,跟前面所述一样,系统立即停止工作;如果充电回路正在工作,那么系统马上转入PWM充电状态(由于为了均衡蓄电池内部的化学反应,提高蓄电池的寿命,蓄电池充电达到一定电压便开始PWM充电,充电电路的开路电压会直接加载到蓄电池两端,第二信号模块会认为这个电压是蓄电池电压,同时,这个电压肯定高于PWM充电的切入电压,所以便进入了 PWM充电),在PWM关闭充电电路的瞬间,整个系统由于辅助电源没有供电而瘫痪,后续继续保持不工作状态。
[0042] (4)短路保护:在现场施工走电缆线时,发生短路的情况是在所难免的,要做到傻瓜式的安装,则需要具备短路保护的功能。短路保护分为两种,充电电路的短路保护和负载电路的短路保护。如果在晚上安装,充电电路是不工作的,太阳能端短路不会发生任何的情况;如果在白天安装并且控制器正在充电,充电电路的短路会使充电电路产生很大的反向冲击电流,一旦第二比较器U2A检测到反向电流,则通知第二信号模块立即断开充电电路以保护器件,同时报警;如果充电电路的短路持续下去,那么充电电路一直都不会打开,认为太阳能电池板输出电压为OV(即夜晚)。如果负载电路发生短路,但负载电路是断开的,无异常发生;如果负载电路是打开的,那么会有一个很大的冲击电流经过负载电路,第一比较器U2D的输出INT2变为低电平通知第一信号模块,第一信号模块检测到大电流持续了一定时间后(持续时间一般为l-5us,是为了区分负载上电时刻的冲击电流的,否则会有误动作发生),立即关闭负载电路以保护器件,同时报警。
[0043] 本发明还构造一种太阳能发电系统,本太阳能发电系统采用上述的防误操作的保护电路,通过上述的电路结构:辅助电源产生电路9、充电电路、第二短路检测电路5、第一电压检测电路7、负载电路、第一短路检测电路2、第二电压检测电路8,既实现了普通大功率控制器的功能,又支持太阳能发电系统的傻瓜式的工程安装,归纳起来包括:接线错误保护(正反接及其各种组合),接线顺序不当保护、断开顺序不当保护、短路保护等。傻瓜式的工程安装大大的简化了工程施工难度,降低了工程安装的要求。
[0044] 以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1. 一种防误操作的保护电路,连接在蓄电池、负载电路以及太阳能电池板之间,其特征在于,包括: MOS管保护电路(I):用于当所述蓄电池反接时,断开所述负载电路; 第一短路检测电路(2):用于检测所述负载电路接通时第一 MOS管(Q6)的导通阻抗的第一采样电流;以及 第一信号模块:用于根据所述第一采样电流控制第一开关电路(3)导通或断开所述负载电路; 所述MOS管保护电路(I)包括由第一 MOS管(Q6 )和第二 MOS管(Q4)组成的双MOS管回路,其中,第二 MOS管(Q4)的源极连接到第一 MOS管(Q6)的源极,第二 MOS管(Q4)的漏极连接到所述负载电路,第二 MOS管(Q4)的栅极连接到第一开关电路,第一 MOS管(Q6)的源极经第二 MOS管(Q4)连接到所述负载电路,第一 MOS管(Q6)的栅极连接到所述蓄电池的正极,第一 MOS管(Q6)的漏极连接到所述蓄电池的负极。
2.根据权利要求1所述的防误操作的保护电路,其特征在于,所述第一短路检测电路(2)包括: 第一比较器(U2D):用于根据第一参考电压产生电路产生的第一参考电压和所述第一采样电流控制第一开关电路(3)导通或断开所述负载电路。
3.根据权利要求1所述的防误操作的保护电路,其特征在于,所述第一开关电路(3)包括第一控制电路:用于控制第二 MOS管(Q4)使所述负载电路导通或断开。
4.根据权利要求1所述的防误操作的保护电路,其特征在于,所述防误操作的保护电路还包括: 自恢复检测电路(4):用于当所述第一开关电路(3)由于短路断开所述负载电路时,检测所述负载电路是否断路; 所述第一信号模块根据所述自恢复检测电路(4)的检测结果控制第一开关电路(3)导通或断开所述负载电路。
5.根据权利要求1所述的防误操作的保护电路,其特征在于,所述防误操作的保护电路还包括: 第二短路检测电路(5):用于检测充电电路接通时第三MOS管(Ql)的导通阻抗的第二采样电流;以及 第二信号模块:用于根据所述第二采样电流控制第二开关电路(6)导通或断开所述充电电路。
6.根据权利要求5所述的防误操作的保护电路,其特征在于,所述第二短路检测电路(5)包括: 第二比较器(U2A):用于根据第二参考电压产生电路产生的第二参考电压和所述第二采样电流控制所述第二开关电路(6)导通或断开所述充电电路。
7.根据权利要求5所述的防误操作的保护电路,其特征在于,所述第二开关电路(6)还包括: 第二控制电路:用于控制所述第三MOS管(Ql)和第四MOS管(Q2)使所述充电电路导通或断开。
8.根据权利要求5所述的防误操作的保护电路,其特征在于,所述防误操作的保护电路还包括: 第一电压检测电路(7):用于检测所述太阳能电池板电压; 第二电压检测电路(8):用于检测所述蓄电池电压;以及 辅助电源产生电路(9):用于蓄电池正接时输出驱动电源(VSW)和标准电源; 所述第二信号模块根据所述第一电压检测电路(7)和所述第二电压检测电路(8)的检测电压控制所述第二开关电路(6 )导通或断开所述充电电路, 所述辅助电源产生电路(9 )通过第三二极管(D4 )与所述蓄电池连接。
9. 一种防误操作的保护电路,连接在蓄电池、负载电路以及太阳能电池板之间,其特征在于,包括: MOS管保护电路(I):用于当所述蓄电池反接时,断开所述负载电路; 第一短路检测电路(2):用于检测所述负载电路接通时第一 MOS管(Q6)的导通阻抗的第一米样电流; 自恢复检测电路(4):用于当第一开关电路(3)由于短路关闭所述负载电路时,检测所述负载电路是否断路; 第二短路检测电路(5):用于检测充电电路接通时第三MOS管(Ql)的导通阻抗的第二采样电流; 第一电压检测电路(7):用于检测所述太阳能电池板电压; 第二电压检测电路(8):用于检测所述蓄电池电压; 辅助电源产生电路(9):用于蓄电池正接时输出驱动电源(VSW)和标准电源; 第一信号模块:用于根据所述第一短路检测电路(2)的第一采样电流和所述自恢复检测电路⑷的检测结果控制第一开关电路(3)导通或断开所述负载电路;以及 第二信号模块:用于根据所述第二短路检测电路(5)的第二采样电流、所述第一电压检测电路(7)和所述第二电压检测电路⑶的检测电压控制第二开关电路(6)导通或断开所述充电电路; 所述MOS管保护电路(I)包括由第一 MOS管(Q6)和第二 MOS管(Q4)组成的双MOS管回路,其中,第二 MOS管(Q4)的源极连接到第一 MOS管(Q6)的源极,第二 MOS管(Q4)的漏极连接到所述负载电路,第二 MOS管(Q4)的栅极连接到第一开关电路,第一 MOS管(Q6)的源极经第二 MOS管(Q4)连接到所述负载电路,第一 MOS管(Q6)的栅极连接到所述蓄电池的正极,第一 MOS管(Q6)的漏极连接到所述蓄电池的负极。
10. 一种采用权利要求1至权利要求9任一所述的防误操作的保护电路的太阳能发电系统。
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