CN102055184A - 有极性区分的直流电源防反接电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一项控制技术，特别是有极性区分的直流电源防反接电路及其控制方法，直流电源防反接电路的分为两条并联的支路：第一支路包括至少一个大电流电子开关单元电路，直流电源通过大电流电子开关单元电路输出；第二支路包括至少一个单向导电电路，直流电源通过单向导电电路与控制单元电源连接，控制单元电源向主控微处理器供电；主控微处理器的输出连接到驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接到大电流电子开关单元电路的控制端。本发明通过将控制器电路的直流供电分为两个部分：小电流的控制部分的电源使用二极管进行防反接，而大电流的变换部分的控制使用具有电子开关功能的器件与软启动电路相结合的方式实现防反接与防冲击功能。

Description

有极性区分的直流电源防反接电路及其控制方法

技术领域

  本发明涉及一项控制技术，特别是有极性区分的直流电源防反接电路及其控制方法。

背景技术

已有的太阳能电池阵列等直流电源防反接技术基本都是基于接入二极管进行防反接，或者使用带二极管的IGBT管、FET管等作防反接电路，电路相对简单，但该类电路都有一个问题：在正常工作时额外消耗太阳能的能量，而且发热严重。

发明内容

本发明的第一个发明目的，在于提供一种有极性区分的直流电源防反接电路，以解决现有技术防反接电路在正常工作时额外消耗直流电源能量且发热严重的技术问题。

为了实现本发明的第一个发明目的，采用的技术方案如下：

一种有极性区分的直流电源防反接电路, 所述直流电源防反接电路具有正极输入端、负极输入端、正极输出端和负极输出端，直流电源防反接电路的正极输入端和负极输入端接入具有正极与负极两种极性的直流电源，其特征在于，直流电源防反接电路的正极输入端和负极输入端分为两条并联的支路：

第一支路包括至少一个大电流电子开关单元电路，直流电源通过大电流电子开关单元电路输出；

第二支路包括至少一个单向导电电路，直流电源通过单向导电电路与控制单元电源连接，控制单元电源向主控微处理器供电；

主控微处理器的输出连接到驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接到大电流电子开关单元电路的控制端。

作为一种优选方案，在大电流电子开关电路的两端并联了一个单向防冲击电路。

作为进一步的优选方案，所述第一支路包括一大电流电子开关单元电路和/或第二大电流电子开关单元电路，所述第二支路包括第一单向导电电路和/或第二单向导电电路，直流电源防反接电路的正极输入端与第一大电流电子开关电路的一端相连，第一大电流电子开关的另一端与直流电源防反接电路的正极输出端连接，直流电源防反接电路的负极输入端与第二大电流电子开关电路的一端相连，第二大电流电子开关的另一端与直流电源防反接电路的负极输出端相连。

作为一种优选方案，所述单向导电电路为二极管。

作为进一步的优选方案，所述第二支路包括第一二极管和/或第二二极管，第一二极管的阳极与参考地相连，其阴极与直流电源防反接电路的负极输入端连接，第二二极管的阳极与直流电源防反接电路的正极输入端连接，其阴极与控制单元电源的输入端连接。

作为一种优选方案：在直流电源防反接电路的正极输出端与负极输出端之间或者在直流电源防反接电路的正极输入端与负极输入端之间并联有直流电源电压取样电路，直流电源电压取样电路的输出连接到主控微处理器。

作为一种优选方案，所述直流电源防反接电路的输出与功率变换电路前级的滤波储能电容连接，直流电源防反接电路的正极输出端与功率变换电路的正极输入端连接，直流电源防反接电路的负极输出端与功率变换电路的负极输入端连接。

优选地，大电流电子开关单元电路为继电器。

本发明的第二个发明目的在于提供一种直流电源防反接控制方法，以应用本发明的第一个发明目的所提供的直流电源防反接电路。

为了实现本发明的第二个发明目的，采用的技术方案如下：

一种直流电源防反接控制方法，所述控制方法包括：

大电流电子开关单元电路在正常状态下处于断开状态；

当直流电源输入极性接入错误时，单向导通电路处于反向状态，控制单元电源不工作，因无电源提供，主控微处理器、驱动电路均不工作，从而使得大电流电子开关单元电路处于断开状态，完成防反接功能；

当直流电源输入极性接入正确时，控制单元电源的电源电压正确建立，输出给主控微处理器，直流电源防反接电路正确输出。

作为一种优选方案，所述方法还包括：

主控微处理器通过内部的延时功能从主控微处理器上电复位开始工作时起延时一段时间T秒后，输出开通信号给驱动电路，进而驱动电路的输出控制开通信号到大电流电子开关单元电路的控制端，使大电流电子开关单元电路接通。

作为进一步的优选方案，所述方法还包括：

通过直流电源电压取样电路对直流电源防反接电路的输入电压或者输出电压进行监测，对输入电压或输出电压进行取样，并把取样电压传输给主控微处理器，主控微处理器检测取样电压并计算取样电压的上升速率，当判断上升速率低于预设阈值时，输出开通信号给驱动电路，进而驱动电路输出控制开通信号到大电流电子开关单元电路的控制端，使大电流电子开关单元电路接通。

本发明通过将控制器电路的直流供电分为两个部分：小电流的控制部分及大电流的变换部分，小电流的控制部分的电源使用二极管进行防反接，而大电流的变换部分的控制使用继电器、其它具有电子开关功能的类似器件与软启动电路相结合的方式实现防反接与防冲击功能。

附图说明

附图1  本发明的原理框图；

附图2  本发明的具体实施例1；

附图3  本发明的具体实施例2。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如附图1所示,本技术方案的具体方法是：输入端具有正极Vi+与负极Vi-两种极性，如太阳电池之类，其输出与功率变换电路前级的滤波储能电容E1连接；正极Vi+端和负极Vi－端分为两条支路，一条支路连接到小电流控制部，另一条支路连接到大电流变换部。

小电流控制部包括二极管D1和/或D2，控制单元电源1、驱动电路4、主控MCU5及其它功能单元；二极管D1的阳极与小电流控制部的参考地相连，其阴极与直流电源的负极Vi－连接，二极管D2的阳极与直流电源的Vi+连接，其阴极与控制单元电源1的输入端P连接，控制单元电源1提供小电流控制部所有控制电路的电源。

大电流变换部包括大电流电子开关单元电路2a和/或大电流电子开关单元电路2b，直流电源电压取样电路3，功率变换器及其它功能电路；其中Vi+端与大电流电子开关电路2b的一端相连，大电流电子开关2b的另一端与功率变换器的输入Vo+端相连， Vi－端与大电流电子开关电路2a的一端相连，大电流电子开关2a的另一端与功率变换器的输入Vo－端相连，主控MCU5的输出连接到驱动电路4的输入端，驱动电路4的输出端连接到大电流电子开关单元电路2a及2b的控制端。

在大电流电子开关电路2b的两端并联了一个从V+端流入、Vo+端流出的单向防冲击电路6b；在大电流电子开关电路2a的两端并联了一个从Vo-端流入、V-端流出的单向防冲击电路6a。直流电源电压取样电路3并联在Vo+端与Vo-端之间或者并联在Vi+端与Vi-端之间、其输出连接到主控MCU5。

控制方法描述如下：

当仅保留2a电路、或者仅保留2b电路、或者2a/2b电路都存在时，大电流电子开关单元电路正常状态下处于断开状态；当直流电源输入极性接入错误时，二极管D1/D2处于反向状态，控制单元电源1不工作；因无电源提供，主控MCU5、驱动电路4均不工作，从而使得大电流电子开关单元电路处于断开状态，后级没有电源提供，故不会损坏后级的电路，起到在电源极性接反的情况下保护后级电路的作用，完成防反接功能。

当直流电源输入极性接入正确时，直流电源控制器控制单元电源1的电源电压正确建立，输出给相关的控制电路；单向防冲击电路6处于导通状态，给后级的滤波储能电容E1进行限流充电；主控MCU5通过内部的延时功能从主控MCU上电复位开始工作时起延时一段时间T秒后，输出开通信号给驱动电路4，进而驱动电路4输出控制开通信号到大电流电子开关单元电路2a、2b的控制端，使大电流电子开关单元电路接通，进入正常工作状态。

在加入了直流电源电压取样电路3，直流电源电压取样电路3对电压进行监测，取样电压传输给主控MCU5，主控MCU5检测该电压并计算该电压的上升速率，当判断该速率低于a1伏/秒时，输出开通信号给驱动电路4，进而驱动电路4输出控制开通信号到大电流电子开关单元电路2a、2b的控制端，使大电流电子开关单元电路2a、2b接通，进入正常工作状态。

第一个实施例如附图2所示，工作方法描述如下：

太阳能电池的输出是直流电压，是典型的有极性电源，其输入端具有正极Vi+与负极Vi-两种极性，其输出与功率变换电路前级的滤波储能电容E1连接；正极Vi+端和负极Vi－端分为两条支路，一条支路连接到小电流控制部，另一条支路连接到大电流变换部。

小电流控制部包括二极管D1，太阳能控制器控制单元电源：+3.3V、+5V、+12V、+15V,驱动电路、主控MCU；二极管D1的阳极与直流电源的Vi+连接，其阴极与控制单元电源的输入端连接，控制单元电源的地与Vi－直接连接。

大电流变换部包括：电阻分压网络电压取样电路、霍尔电流取样电路、继电器DL1、防冲击电路D2与RT1支路，后级太阳能逆变电路；其中Vi+端与继电器的1脚相连，继电器的2脚与Vo+端相连， Vi－端与与太阳能逆变器的Vo2－端相连，继电器的控制端电源为+12V。

当太阳能电池阵列的极性接反时，即Vi+接负端、Vi－接正端，二极管D1处于反向状态，太阳能控制器控制单元电源不工作；无+3.3V、+5V、+12V、+15V电源提供，主控MCU5、驱动电路、继电器DL1因没有电源均不工作，继电器断开，D2反偏截止，后级没有电源提供，故不会损坏后级的电路，电源极性接反的情况下保护后级电路的作用，完成防反接功能。

当太阳能电池阵列的极性接入正确时，即Vi+接正端、Vi－接负端，二极管D1处于正向导通状态，太阳能控制器控制单元电源工作；有+3.3V、+5V、+12V、+15V电源提供，主控MCU5、驱动电路、继电器DL1正常工作。

附图3是另一个使用的例子，其不同点在于继电器DL1、防冲击电路D2与RT1支路与Vi－连接，其中Vi-端与继电器的1脚相连，继电器的2脚与Vo-端相连， Vi+端与与太阳能逆变器的Vo+端相连，其他与第一个实施例基本类似，在此不在敷述。

Claims (10)

1.一种有极性区分的直流电源防反接电路,其特征在于，所述直流电源防反接电路具有正极输入端、负极输入端、正极输出端和负极输出端，直流电源防反接电路的正极输入端和负极输入端接入具有正极与负极两种极性的直流电源，其特征在于，直流电源防反接电路的正极输入端和负极输入端分为两条并联的支路：

第一支路包括至少一个大电流电子开关单元电路，直流电源通过大电流电子开关单元电路输出；

第二支路包括至少一个单向导电电路，直流电源通过单向导电电路与控制单元电源连接，控制单元电源向主控微处理器供电；

主控微处理器的输出连接到驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接到大电流电子开关单元电路的控制端。

2.根据权利要求1所述的直流电源防反接电路，其特征在于，在大电流电子开关电路的两端并联了一个单向防冲击电路。

3.根据权利要求2所述的直流电源防反接电路，其特征在于，所述第一支路包括一大电流电子开关单元电路和/或第二大电流电子开关单元电路，所述第二支路包括第一单向导电电路和/或第二单向导电电路，直流电源防反接电路的正极输入端与第一大电流电子开关单元电路的一端相连，第一大电流电子开关单元电路的另一端与直流电源防反接电路的正极输出端连接，直流电源防反接电路的负极输入端与第二大电流电子开关单元电路的一端相连，第二大电流电子开关的另一端与直流电源防反接电路的负极输出端相连。

4.根据权利要求1所述的直流电源防反接电路，其特征在于，所述单向导电电路为二极管。

5.根据权利要求4所述的直流电源防反接电路，其特征在于，所述第二支路包括第一二极管和/或第二二极管，第一二极管的阳极与参考地相连，其阴极与直流电源防反接电路的负极输入端连接，第二二极管的阳极与直流电源防反接电路的正极输入端连接，其阴极与控制单元电源的输入端连接。

6.根据权利要求1所述的直流电源防反接电路，其特征在于：在直流电源防反接电路的正极输出端与负极输出端之间或者在直流电源防反接电路的正极输入端与负极输入端之间并联有直流电源电压取样电路，直流电源电压取样电路的输出连接到主控微处理器。

7.根据权利要求1所述的直流电源防反接电路，其特征在于，所述直流电源防反接电路的输出与功率变换电路前级的滤波储能电容连接，直流电源防反接电路的正极输出端与功率变换电路的正极输入端连接，直流电源防反接电路的负极输出端与功率变换电路的负极输入端连接。

8.一种直流电源防反接控制方法，采用权利要求书1～7所述的直流电源防反接电路，其特征在于，所述控制方法包括：

大电流电子开关单元电路在正常状态下处于断开状态；

当直流电源输入极性接入错误时，单向导通电路处于反向状态，控制单元电源不工作，因无电源提供，主控微处理器、驱动电路均不工作，从而使得大电流电子开关单元电路处于断开状态，完成防反接功能；

当直流电源输入极性接入正确时，控制单元电源的电源电压正确建立，输出电源给主控微处理器，直流电源防反接电路正确输出。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

主控微处理器通过内部的延时功能从主控微处理器上电复位开始工作时起延时一段时间T秒后，输出开通信号给驱动电路，进而驱动电路的输出控制开通信号到大电流电子开关单元电路的控制端，使大电流电子开关单元电路接通。

10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过直流电源电压取样电路对直流电源防反接电路的输入电压或者输出电压进行监测，对输入电压或输出电压进行取样，并把取样电压传输给主控微处理器，主控微处理器检测取样电压并计算取样电压的上升速率，当判断上升速率低于预设阈值时，输出开通信号给驱动电路，进而驱动电路输出控制开通信号到大电流电子开关单元电路的控制端，使大电流电子开关单元电路接通。

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