CN102497097A - 一种用于太阳能发电的超低压升压电路 - Google Patents

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余志文
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Abstract

本发明公开了一种用于太阳能发电的超低压升压电路，包括：主升压电路，用于将输入的电压升高到特定值；PWM控制电路，用于控制主升压电路运行；启动电路，用于启动PWM控制电路；启动控制电路，用于控制启动电路运行状态；输出控制电路，用于调节PWM; 输出限制电路, 用于控制升压电路的功率流向。其中，PWM控制电路与主升压电路连接；启动电路与PWM控制电路连接；启动控制电路与启动电路连接；输出控制电路与PWM控制电路连接；所述输出限制电路与主升压电路连接。与现有技术相比，本发明通过采用超低压启动电路和硬件振荡发生器相结合的方法实现太阳能超低压状态的电能转化，本发明可用于太阳能并联供电技术领域，可在很大程度上提高太阳能电池板的发电效率。

Description

一种用于太阳能发电的超低压升压电路
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能发电的超低压升压电路，尤其涉及一种用于太阳能电池升压的超低压升压泵电路。
 
背景技术
太阳能发电技术因其“方便，清洁”成为现有能源的主体。单个太阳能单元的电压比较低，个体发电不能供用户使用。现阶段常用的方法是将多个单元串联，组成一系列的串联电源（电压有12V，24V等），然后将这些串联电源并列后储存或供逆变器使用。串联电路的供电可靠性很低，当串联电路中的任何一个发电单元变化时都有可能导致太阳能电池的供电可靠性，由于太阳能发电单元的运行直接受光照的影响，这也就决定了串联方式太阳能电池板的效率很低，一般不到20%。本发明采样超低压升压方式，通过将单个发电单元的电压升到设定的稳定值，然后采用并联直流母线的方式供电，该发明能大大提高太阳能电池板的利用效率，最高效率可达90%。
 
发明内容
本发明公开了一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其目的是为了克服太阳能发电单元串联效率低而提供一种并联超低压升压本，它能够在超低压下运行，输出电压稳定性高，保证太阳能发电的稳定性及高效率性。
本发明的技术方案如下：
一种用于太阳能发电的超低压升压电路，包括：主升压电路，用于将输入的电压升高到特定值；PWM控制电路，用于控制主升压电路运行；启动电路，用于启动PWM控制电路；启动控制电路，用于控制启动电路运行状态；输出控制电路，用于调节PWM控制电路；输出限制电路,用于控制升压电路的功率流向；
其中，所述PWM控制电路与主升压电路连接；所述启动电路与PWM控制电路连接；所述启动控制电路与启动电路连接；所述输出控制电路及与PWM控制电路连接；所述的输出限制电路与主升压电路连接。
较佳地，所述主升压电路包括一电感、一用于控制电感中能量变化的高频开关器件及一用于控制所述超低压升压电路的电流流向的第一二极管， 所述电感分别与所述高频开关器件以及第一二极管的阳极连接。
较佳地，所述PWM控制电路包括一振荡发生器、一接地的用于调谐振荡发生器的第二电容、一接地的用于设定最大占空比的第三电阻和一接地的用于设定振荡发生器频率的第四电阻；所述第二电容、第三电阻和第四电阻均与所述振荡发生器的固定接口相连。
较佳地，所述启动电路包括一启动控制器和一用于储能的第一电容，所述第一电容的一端与所述启动控制器连接；所述第一电容的另一端接地。
较佳地，所述启动控制电路包括两个分压用的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联在一起。
较佳地，所述输出控制电路包括相互串联的第五电阻和第六电阻，主要用于调节振荡发生器输出信号的占空比。
较佳地，所述输出限制电路包括第四二极管，主要用于限制所述超低压升压电路的功率流向；所述第四二极管的阴极与所述超低压升压电路外部的电路相连，阳极与所述超低压升压电路的输出端相连。
较佳地，所述振荡发生器的输出口与高频开关器件连接；
所述第五电阻和第六电阻串联后整个接在所述超低压升压电路的输出端和参考点之间；且两电阻的串联点与所述振荡发生器的输出采样端相连；
所述第一电阻和第二电阻的串联点与启动控制器相连；
所述超低压升压电路的参考点为地。
较佳地，所述第一二极管、第四二极管为肖特基二极管。
较佳地，所述高频开关器件为一场效应管，所述高频开关器件的栅极分别与电感和第一二极管串联，所述高频开关器件的漏极接在所述超低压升压电路的参考点；所述高频开关器件的控制端与所述振荡发生器的输出口连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的一种用于太阳能发电的超低压升压电路（输入电压最低可到0.5V），它通过采用超低压启动电路和硬件振荡发生器相结合的方法实现太阳能超低压状态的电能转化，本发明可用于太阳能并联供电技术领域，可大大提高太阳能电池板的发电效率。 
附图说明
图1为本发明具体实施例一种用于太阳能发电的超低压升压电路的电路原理图。
具体实施方式
下方结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例
如图1，一种用于太阳能发电的超低压升压电路100，包括：主升压电路10，用于将输入的电压（最低可达0.5V）升高到特定值；PWM控制电路20，用于控制主升压电路10运行；启动电路30，用于启动PWM控制电路20；启动控制电路40，用于控制启动电路30运行状态；输出控制电路50，用于调节PWM控制电路20；输出限制电路60，用于升压电路与外部电路的功率流向。
图中，Vin为所述超低压升压电路100的电源输入端，Vout为所述超低压升压电路100的输出端。GND为所述超低压升压电路100的参考点，同时也是地。
其中，PWM控制电路20与主升压电路10连接；启动电路30与PWM控制电路20连接；启动控制电路40与启动电路30连接；输出控制电路50及输出限制电路60均与PWM控制电路20连接。
主升压电路10包括一电感L、一用于控制电感L中能量变化的高频开关器件T1及一用于控制所述超低压升压电路100的电流流向的第一二极管SD1；电感L的一端与电源输入端Vin连接，其另一端分别与高频开关器件T1以及第一二极管SD1的阳极连接；第一二极管的阴极与升压电路的输出端Vout连接。
PWM控制电路20包括一振荡发生器、一接地的用于调谐振荡发生器的第二电容C2、一接地的用于设定最大占空比的第三电阻R3和一接地的用于设定振荡发生器频率的第四电阻R4；第二电容C2、第三电阻R3和第四电阻R4均与所述振荡发生器的固定接口相连。其中，振荡发生器设置有输出端、电源端、输出采样端。所述振荡发生器的输出口与高频开关器件T1连接。
启动电路30包括一启动控制器和一用于储能的第一电容C1，其中，启动控制器设置有输入端、储能端、输出端和控制端。第一电容C1的一端与启动控制器的储能端连接；第一电容C1的另一端接地。
启动控制电路40包括两个分压用的第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2串联在一起。且第一电阻R1和第二电阻R2的串联点与启动控制器的控制端相连。
输出控制电路50包括相互串联的第五电阻R5和第六电阻R6，主要用于调节振荡发生器输出信号的占空比。第五电阻R5和第六电阻R6串联后整个接在所述超低压升压电路100的输出端Vout和参考点GND之间；且两电阻的串联点与所述振荡发生器的输出采样端相连。
输出限制电路60包括第四二极管SD4，主要用于限制所述超低压升压电路100的功率流向；第四二极管SD4的阴极与所述超低压升压电路100外部的电路相连，阳极与所述超低压升压电路100的输出端相连。
本实施例中，第一二极管SD1、第四二极管SD4为肖特基二极管。
本实施例中，主升压电路10为标准的boost升压电路，用来对输入电压放大到标准值，本实施例中高频开关器件T1为一场效应管，采用高频开关器件MCH3406作为T1，其栅极接储能电感L的一端，漏极接在所述超低压升压电路100的参考点GND，高频开关器件T1的控制端与所述振荡发生器的输出口连接。电感L为储能元件，第一二极管SD1主要控制所述超低压升压电路100的电流流向。高频开关器件T1主要控制电感L中能量的变化。该电路的工作原理是：在高频开关器件T1导通时，电源输入端Vin向电感L充电，当高频开关器件T1断开时，输入电源连同电感L向输出端Vout供电；假设高频开关器件T1的占空比为а，则输出电压为Vin/(1-а)，由于а恒小于1，因而总体电路体现了升压的作用，在本实例中，a最高可到0.93。
本实施例中，PWM控制电路20采用一个可设置的PWM信息的振荡发生器，本实例采用精工系列的高占空比发生器S-8337作为振荡发生器，该电路中的第三电阻R3用于设定最大占空比，第四电阻R4用于设定振荡发生器的频率，第三电阻R3和第四R4分别接芯片的固定端口，R3和R4另一端接电路的参考点。PWM控制电路20的输出与主升压电路10的T1的控制口相连，同时受输出控制电路50控制，总体输出为一可调的PWM信号，动态维持输出电压在规定范围内。
启动电路30，用于在电路未工作之前，输入电压过低而不能启动控制电路时向PWM控制电路20供电，本实施例中采用精工S-882Z芯片作为启动控制器，该启动芯片能在超低压下运行，可直接由输入侧供电。在升压电路未工作前，启动芯片通过控制向第一电容C1充电，充电电压可到2.0V左右，在本实例中放电电压可通过硬件设定，最高可设置为2.4V，当电容电压到规定值后由电容向PWM控制电路20供电，从而启动整个电路。在本实例中，启动电路可工作于超低压状态（最低为0.3V），能确保升压电路启动。
该启动电路30受启动控制电路40控制，启动控制电路40由两个电阻组成，主要反馈升压电路的运行状态，电阻的串联点与启动电路的控制口相连，整个串联电阻接在升压电路的输出端与参考点之间，当升压电路正常运行时控制启动电路待机，从而达到高效率的优点。
输出限制电路60，主用隔离升压电路与外部直流母线，防止外部电路影响本升压电路，其主要元器件为一二极管SD4，其阴极与外部电路相连，阳极与升压电路的输出口相连。
另外，所述超低压升压电路100还包括输入电容Cin、第二二极管SD2、第三二极管SD3、输出电容Cout。其中，输入电容 Cin设置于所述超低压升压电路100的输出端Vin和参考点GND之间。输出电容Cout设置于所述超低压升压电路100的输出端Vout和参考点GND之间。第二二极管SD2设置于启动控制器的输出端与振荡发生器的电源端之间。第三二极管设置于所述振荡发生器的电源端与R1之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，它通过采用超低压启动电路和硬件振荡发生器相结合的方法实现太阳能超低压状态的电能转化，本发明可用于太阳能并联供电技术领域，可在很大程度上提高太阳能电池板的发电效率。 
本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于，包括：
主升压电路，用于将输入的电压升高到特定值；
PWM控制电路，用于控制主升压电路运行；
启动电路，用于启动PWM控制电路；
启动控制电路，用于控制启动电路运行状态；
输出控制电路，用于调节PWM控制电路；
输出限制电路，用于控制升压电路的功率流向；
其中，所述PWM控制电路与主升压电路连接；所述启动电路与PWM控制电路连接；所述启动控制电路与启动电路连接；所述输出控制电路与PWM控制电路连接；所述的输出限制电路与主升压电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于，所述主升压电路包括一电感、一用于控制电感中能量变化的高频开关器件及一用于控制所述超低压升压电路的电流流向的第一二极管， 所述电感分别与所述高频开关器件以及第一二极管的阳极连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于，所述PWM控制电路包括一振荡发生器、一接地的用于调谐振荡发生器的第二电容、一接地的用于设定最大占空比的第三电阻和一接地的用于设定振荡发生器频率的第四电阻；所述第二电容、第三电阻和第四电阻均与所述振荡发生器的固定接口相连。
4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于，所述启动电路包括一启动控制器和一用于储能的第一电容，所述第一电容的一端与所述启动控制器连接；所述第一电容的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于，所述启动控制电路包括两个分压用的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联在一起。
6.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于，所述输出控制电路包括相互串联的第五电阻和第六电阻，主要用于调节振荡发生器输出信号的占空比。
7.根据权利要求1所述的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于，所述输出限制电路包括第四二极管，主要用于限制所述超低压升压电路的功率流向；所述第四二极管的阴极与所述超低压升压电路外部的电路相连，阳极与所述超低压升压电路的输出端相连。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于， 
所述振荡发生器的输出口与高频开关器件连接；
所述第五电阻和第六电阻串联后整个接在所述超低压升压电路的输出端和参考点之间；且两电阻的串联点与所述振荡发生器的输出采样端相连；
所述第一电阻和第二电阻的串联点与启动控制器相连；
所述超低压升压电路的参考点为地。
9.根据权利要求8所述的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于，所述第一二极管、第四二极管为肖特基二极管。
10.根据权利要求8所述的一种用于太阳能发电的超低压升压电路，其特征在于，所述高频开关器件为一场效应管，所述高频开关器件的栅极分别与电感和第一二极管串联，所述高频开关器件的漏极接在所述超低压升压电路的参考点；所述高频开关器件的控制端与所述振荡发生器的输出口连接。
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