CN102315675A

CN102315675A - 一种基于双向dc-dc变换器的车用太阳能发电装置

Info

Publication number: CN102315675A
Application number: CN201110262412A
Authority: CN
Inventors: 韦军
Original assignee: CETC 16 Research Institute
Current assignee: CETC 16 Research Institute
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2031-09-07
Also published as: CN102315675B

Abstract

本发明涉及一种基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置，包括双向DC-DC变换器，其输入端分别与车载光伏电池板组件、脉宽调制驱动脉冲产生电路的输出端相连，其输出端与模拟量处理和保护电路的输入端相连，模拟量处理和保护电路的输出端与DSP控制板的输入端相连，DSP控制板的输出端与脉宽调制驱动脉冲产生电路的输入端相连。本发明采用双向DC-DC变换器，当太阳能电池阵列工作在最大功率追踪点、日光充足时，太阳能电池阵列除了提供电能外，将多余的能量存储至蓄电池组；反之，当日光不充足时，双向DC-DC变换器反向工作向负载提供电源，减少了相同负载条件下的蓄电池装载量，提高了蓄电池利用效率和寿命。

Description

一种基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能利用领域，尤其是一种基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置。

背景技术

随着社会经济的迅猛发展,最近十年能源短缺与环境污染已成为一个不容忽视的问题,燃油汽车的普及令这一问题更加突出。与此同时,作为重要的交通工具之一,汽车又在人们社会生活中起着不可或缺的作用。与日俱增的能源与环境压力迫使人们以前所未有的精力开展对现有燃油车的改造以及对混合动力汽车和纯电动汽车的研究与开发。太阳能是最为清洁环保的能源之一,将太阳能应用在汽车上将以零污染的形式获得能量,具有巨大的社会意义。

现有的车用太阳能发电中所使用的DC-DC变换器多数是单向工作的，由于单向DC-DC变换器中的功率传输通道上一般都有二极管这个环节，因此能量经由变换器流动的方向只能是单向的，即能量流动是单向的，而不是双向的。由于太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，其收集和利用的要求较高。现有的车用太阳能发电中所使用的DC-DC变换器无法实现不同天气条件、负载功率条件下的蓄电池、电池板、负载间的无缝切换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够正、反向工作向负载提供电源，保证负载的实时正常供电，提高蓄电池利用效率和寿命的基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置，包括双向DC-DC变换器，其输入端分别与车载光伏电池板组件、脉宽调制驱动脉冲产生电路的输出端相连，其输出端与模拟量处理和保护电路的输入端相连，模拟量处理和保护电路的输出端与DSP控制板的输入端相连，DSP控制板的输出端与脉宽调制驱动脉冲产生电路的输入端相连。

由上述技术方案可知，本发明采用双向DC-DC变换器，当太阳能电池阵列工作在最大功率追踪点、日光充足时，太阳能电池阵列除了提供电能外，将多余的能量存储至蓄电池组；反之，当日光不充足时，由于太阳能电池阵列无法保证负载的正常供电，双向DC-DC变换器反向工作向负载提供电源。可见，双向DC-DC变换器充当蓄电池的充放电管理器，减少了相同负载条件下的蓄电池装载量，提高了蓄电池利用效率和寿命。

附图说明

图1是本发明的电路框图；

图2、3、4分别是本发明中DSP控制板接口电路、第一脉宽调制驱动脉冲产生电路和双向DC-DC变换器的电路原理图。

具体实施方式

一种基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置，包括双向DC-DC变换器4，其输入端分别与车载光伏电池板组件1、脉宽调制驱动脉冲产生电路5的输出端相连，其输出端与模拟量处理和保护电路3的输入端相连，模拟量处理和保护电路3的输出端与DSP控制板7的输入端相连，DSP控制板7的输出端与脉宽调制驱动脉冲产生电路5的输入端相连，如图1所示。

如图1所示，所述的车载光伏电池板组件1通过车载光伏电池板组件接口电路2与双向DC-DC变换器4的输入端相连，所述的脉宽调制驱动脉冲产生电路5由第一、二、三、四脉宽调制驱动脉冲产生电路组成，所述的DSP控制板7通过DSP控制板接口电路6分别与第一、二、三、四脉宽调制驱动脉冲产生电路的输入端相连，所述的模拟量处理和保护电路3的输出端通过DSP控制板接口电路6与DSP控制板7的输入端相连。

如图1所示，车载光伏电池板组件接口电路2连接于车载光伏电池板组件1以及双向DC-DC变换器4之间，在双向DC-DC变换器4的控制下将车载光伏电池板组件1发出的电能用于负载，并将多余的能量通过存储至蓄电池组，同时，也可实现双向DC-DC变换器4反向工作，向负载提供电源。双向DC-DC变换器4为由四只绝缘栅双极型晶体管组成的双向DC-DC变换电路，根据实际的输入电压、输出电压的大小及电感电流的极值确定控制策略，通过脉宽调制驱动脉冲产生电路5给出的四路脉冲宽度调制驱动脉冲给四只绝缘栅双极型晶体管提供门极驱动信号，来控制绝缘栅双极型晶体管的开通和关断，从而控制能量的传递，实现对功率开关管的软开关控制。脉宽调制驱动脉冲产生电路5的输入信号为DSP控制板7发出的脉冲宽度调制脉冲信号，脉宽调制驱动脉冲产生电路5的输出接至绝缘栅双极型晶体管的门极，以驱动绝缘栅双极型晶体管的开关状态。

如图4所示，所述的双向DC-DC变换器4包括第一、二、三、四绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4，第一、二、三、四绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4的门极分别与第一、二、三、四脉宽调制驱动脉冲产生电路的输出端相连，第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的集电极和发射极之间跨接二极管S1，第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的集电极和发射极之间跨接二极管S2，第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的集电极和发射极之间跨接二极管S3，第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的集电极和发射极之间跨接二极管S4，电容C1、C2、C3、C4分别与第一、二、三、四绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4并联。电容C1、C2、C3、C4在工作软开关状态作为谐振电容，与电感一起谐振为第一、二、三、四绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4提供软开关状态。X1 连接电感的两个抽头，当电路工作在谐振状态下时，电感为谐振电感；当电路工作在PWM 状态时，电感为储能电感，起储存能量的作用。

如图2所示，所述的DSP控制板接口电路6采用芯片JP1，芯片JP1的第6、7、8、9引脚分别与第一、二、三、四驱动脉冲产生电路的输入端相连。DSP控制板接口电路6输出由DSP控制板7发送的至少一路路脉冲宽度调制信号、至少一路采样检测信号、至少一路错误信号、至少一路电源以及数字地、模拟地等。

如图3所示，所述的第一脉宽调制驱动脉冲产生电路包括反向器U1C，反向器U1C的输入端与芯片JP1的第6引脚相连，所述的反向器U1C的输出端与芯片PC1的输入端相连，芯片PC1的输出端与第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的门极相连；所述的第二脉宽调制驱动脉冲产生电路包括反向器U2C，反向器U2C的输入端与芯片JP1的第7引脚相连，所述的反向器U2C的输出端与芯片PC2的输入端相连，芯片PC2的输出端与第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的门极相连；所述的第三脉宽调制驱动脉冲产生电路包括反向器U3C，反向器U3C的输入端与芯片JP1的第8引脚相连，所述的反向器U3C的输出端与芯片PC3的输入端相连，芯片PC3的输出端与第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的门极相连；所述的第四脉宽调制驱动脉冲产生电路包括反向器U4C，反向器U4C的输入端与芯片JP1的第9引脚相连，所述的反向器U4C的输出端与芯片PC4的输入端相连，芯片PC4的输出端与第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的门极相连。

如图1所示，所述的模拟量处理和保护电路3由输入输出电流采样电路、输入输出电压采样电路和过流过压保护电路电路组成。模拟量处理和保护电路3对双向DC-DC变换器4进行实时监测，并对其中的绝缘栅双极型晶体管进行保护。

Claims

1.一种基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置，其特征在于：包括双向DC-DC变换器（4），其输入端分别与车载光伏电池板组件（1）、脉宽调制驱动脉冲产生电路（5）的输出端相连，其输出端与模拟量处理和保护电路（3）的输入端相连，模拟量处理和保护电路（3）的输出端与DSP控制板（7）的输入端相连，DSP控制板（7）的输出端与脉宽调制驱动脉冲产生电路（5）的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置，其特征在于：所述的车载光伏电池板组件（1）通过车载光伏电池板组件接口电路（2）与双向DC-DC变换器（4）的输入端相连，所述的脉宽调制驱动脉冲产生电路（5）由第一、二、三、四脉宽调制驱动脉冲产生电路组成，所述的DSP控制板（7）通过DSP控制板接口电路（6）分别与第一、二、三、四脉宽调制驱动脉冲产生电路的输入端相连，所述的模拟量处理和保护电路（3）的输出端通过DSP控制板接口电路（6）与DSP控制板（7）的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置，其特征在于：所述的双向DC-DC变换器（4）包括第一、二、三、四绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4，第一、二、三、四绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4的门极分别与第一、二、三、四脉宽调制驱动脉冲产生电路的输出端相连，第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的集电极和发射极之间跨接二极管S1，第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的集电极和发射极之间跨接二极管S2，第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的集电极和发射极之间跨接二极管S3，第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的集电极和发射极之间跨接二极管S4，电容C1、C2、C3、C4分别与第一、二、三、四绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4并联。

4.根据权利要求2所述的基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置，其特征在于：所述的DSP控制板接口电路（6）采用芯片JP1，芯片JP1的第6、7、8、9引脚分别与第一、二、三、四驱动脉冲产生电路的输入端相连。

5.根据权利要求2所述的基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置，其特征在于：所述的第一脉宽调制驱动脉冲产生电路包括反向器U1C，反向器U1C的输入端与芯片JP1的第6引脚相连，所述的反向器U1C的输出端与芯片PC1的输入端相连，芯片PC1的输出端与第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的门极相连；所述的第二脉宽调制驱动脉冲产生电路包括反向器U2C，反向器U2C的输入端与芯片JP1的第7引脚相连，所述的反向器U2C的输出端与芯片PC2的输入端相连，芯片PC2的输出端与第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的门极相连；所述的第三脉宽调制驱动脉冲产生电路包括反向器U3C，反向器U3C的输入端与芯片JP1的第8引脚相连，所述的反向器U3C的输出端与芯片PC3的输入端相连，芯片PC3的输出端与第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的门极相连；所述的第四脉宽调制驱动脉冲产生电路包括反向器U4C，反向器U4C的输入端与芯片JP1的第9引脚相连，所述的反向器U4C的输出端与芯片PC4的输入端相连，芯片PC4的输出端与第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的门极相连。

6.根据权利要求1所述的基于双向DC-DC变换器的车用太阳能发电装置，其特征在于：所述的模拟量处理和保护电路（3）由输入输出电流采样电路、输入输出电压采样电路和过流过压保护电路电路组成。