CN102510114B - 四端式电容节点电压均衡模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种四端式电容节点电压均衡模块，其特征在于：包括节点电压检测单元及节点电压给定单元，通过逻辑回路电路单元比较通过节点电压给定单元设定的给定电压与通过节点电压检测单元检测到的节点采样电压，若给定电压比节点采样电压大一放电阈值时，则由逻辑回路电路单元控制节点放电电路单元向节点放电，若给定电压比节点采样电压小一充电阈值时，则由逻辑回路电路单元控制节点充电电路单元向节点充电，否则，整个电路停止工作。本发明的有益效果是：不会造成能量的浪费，功耗大大降低；有效的防止了串联母线电容组发生过充和过放现象，提高了母线电容组的使用寿命；使用简单，通用性强，易于维护，结构多样化，组合灵活，效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏逆变器串联母线电容组的四端式电容节点电压均衡模块，属于太阳能光伏发电技术领域。
背景技术
光伏逆变器串联母线电容组由若干个电容组串联而成，由于各电容的充放电时间的不一致性及充放电时序的延后性，导致母线电容不均衡现象产生，从而引起过电压情况。母线串联电容组的使用寿命，已经成为光伏逆变器的薄弱环节。因此，需要采用足够快的调节方式来保护串联母线电容组，防止出现过大的偏差而引发的恶性连锁反应，造成整个串联电容组的损坏。
目前，电容电压均衡电路均采用消耗电容多余能量的方法来调节电容电压平衡，存在能量浪费的问题；且现有电容电压均衡方法主要针对超级电容组电容电压平衡问题设计，因光伏逆变器母线电容组有其特有的特点，现有技术并不适合直接应用于光伏逆变器中。
发明内容
本发明的目的是针对光伏逆变器串联母线电容组的特点，为串联母线电容组提供一种电容节点电压均衡模块，在保证低成本的前提下，使得电压均衡模块具有更低的功耗和更快的电压均衡速度。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种四端式电容节点电压均衡模块，其特征在于：包括节点电压检测单元及节点电压给定单元，通过逻辑回路电路单元比较通过节点电压给定单元设定的给定电压与通过节点电压检测单元检测到的节点采样电压，若给定电压比节点采样电压大一放电阈值时，则由逻辑回路电路单元控制节点放电电路单元向节点放电，若给定电压比节点采样电压小一充电阈值时，则由逻辑回路电路单元控制节点充电电路单元向节点充电，否则，整个电路停止工作。
优选地，在所述节点电压检测单元上引出有串联电容节点连接端，在所述节点电压给定单元上引出有给定节点电压连接端，在所述节点充电电路单元上引出有节点充电电路连接端，在所述节点放电电路单元上引出有节点放电电路连接端。
优选地，所述逻辑回路电路单元包括逻辑判断电路单元，逻辑判断电路单元通过功率管驱动电路单元驱动所述节点放电电路单元及所述节点充电电路单元，功率管驱动电路单元与功率管驱动保护电路单元相连。
本发明针对串联母线电容组典型均压拓扑结构，设计一种可以应用于任意典型均压拓扑结构的、通用的四端式电容节点电压均衡模块。
本发明的有益效果是：
1、本发明实时检测所接的串联电容组电压，将能量释放到相邻电容或回路中，不会造成能量的浪费，并且在单体电容器电压均衡状态下，开关器件会进入待机模式，且不需要外部电源和控制电路，功耗大大降低。
2、本发明采用了独立于电容组之外的电压均衡模块的电压保护电路，有效的防止了串联母线电容组发生过充和过放现象，采用反馈闭环控制系统调节，保证各电容工作在安全电压范围内，提高了母线电容组的使用寿命。
3、本发明给出的光伏逆变器串联母线电容器组的电压均衡模块具有使用简单，通用性强，易于维护，结构多样化，组合灵活，效率高的优点。
附图说明
图1是本发明提供的一种四端式电容节点电压均衡模块结构框图；
图2是本发明提供的一种四端式电容节点电压均衡模块的具体电路图；
图3是本发明提供的一种四端式电容节点电压均衡模块的另一种具体电路图；
图4是四端式电容节点电压均衡模块应用于单级式均压拓扑结构示意图；
图5是四端式电容节点电压均衡模块应用于多级式均压拓扑结构示意图；
图6是四端式电容节点电压均衡模块应用于混合式均压拓扑结构示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明针对串联母线电容组典型均压拓扑结构，设计了一种可以应用于任意典型均压拓扑结构的、通用的四端式电容节点电压均衡模块。该模块可应用于典型串联母线电容组均压拓扑结构，包括单级式均压拓扑结构，多级式均压拓扑结构和混合式均压拓扑结构三种结构。
本发明提供的一种四端式电容节点电压均衡模块的具体结构如图1所示。该模块包括节点电压检测单元201及节点电压给定单元202，通过逻辑回路电路单元203比较节点电压给定单元202设定的给定电压与通过节点电压检测单元201检测到的节点采样电压，若给定电压比节点采样电压大一放电阈值时，则由逻辑回路电路单元203控制节点放电电路单元205向节点放电，若给定电压比节点采样电压小一充电阈值时，则由逻辑回路电路单元203控制节点充电电路单元204向节点充电，否则，整个电路停止工作。
在节点电压检测单元201上引出有串联电容节点连接端101，在节点电压给定单元202上引出有给定节点电压连接端102，在节点充电电路单元204上引出有节点充电电路连接端103，在节点放电电路单元205上引出有节点放电电路连接端104。
逻辑回路电路单元203包括逻辑判断电路单元，逻辑判断电路单元通过功率管驱动电路单元驱动所述节点放电电路单元205及所述节点充电电路单元204，功率管驱动电路单元与功率管驱动保护电路单元相连。
图2为四端式电容节点电压均衡模块501的一种具体实施例。此实施例包括电阻601、功率电阻604、功率电阻605，二极管602、二极管603。工作过程：当电容节点电压高于给定电压且差值大于二极管阈值电压时，二极管603导通，电容节点处电压通过二极管603和功率电阻605放电，从而使节点电压降低，当电容节点电压与给定电压差值绝对值小于二极管阈值电压后，二极管603截止，模块停止放电，进入待机状态；当电容节点电压低于给定电压值且差值大于二极管阈值电压时，二极管602导通，给定电压通过功率电阻604和二极管602对电容节点电压进行充电，从而使节点电压升高，当节点电压与给定电压差值绝对值小于二极管阈值电压后，二极管603截止，模块停止充电，进入待机状态。
图3为四端式电容节点电压均衡模块501的另一种具体实施例。此实施例包括功率电阻701，功率开关管702、功率开关管703和双向钳位二极管704。工作过程：当电容节点电压高于给定电压且差值大于功率开关管阈值电压时，功率开关管703导通，节点处电压通过功率电阻701和功率开关管703放电到指定回路中，从而使电容节点电压降低，当电容节点电压与给定电压差值绝对值小于功率开关管阈值电压后，功率开关管703截止，模块停止放电，进入待机状态；当电容节点电压低于给定电压且差值大于功率开关管阈值电压时，功率开关管702导通，给定电压通过功率开关管702和功率电阻701对电容节点电压进行充电，从而使节点电压升高，当节点电压与给定电压差值绝对值小于功率开关管阈值电压后，功率开关管702截止，模块停止充电，进入待机状态。
该四端式电容节点电压均衡模块应用于典型均压拓扑结构如图4～6所示：
如图4所示，将本发明提供的四端式电容节点电压均衡模块应用于单级式均压拓扑结构。在这种均压结构中，均衡模块引出端101与串联电容节点相连，给定节点电压连接端102与电阻节点相连，节点充电电路连接端103和节点放电电路连接端104直接与正负DC直流母线相连。工作过程：比较节点采样电压与给定电压，若这个节点电压小于给定电压值，则这一节点与正母线相连的电路导通，对节点下方电容进行充电；若这个节点电压大于给定电压值，则这一节点与负母线相连的电路导通，对节点下方电容进行放电。
如图5所示，将本发明提供的四端式电容节点电压均衡模块应用于多级式均压拓扑结构。在这种均压结构中，均衡模块引出端101与串联电容节点相连，给定节点电压连接端102与电阻节点相连，节点充电电路连接端103和节点放电电路连接端104与上下相邻电容节点相连。工作过程：比较节点采样电压与给定电压，若这个节点电压小于给定电压值，则这一节点与上相邻电容节点相连的电路导通，对该节点下方电容进行充电；若这个节点电压大于给定电压值，则这一节点与下相邻电容节点相连的电路导通，对该节点下方电容进行放电。
如图6所示，将本发明提供的四端式电容节点电压均衡模块应用于混合式均压拓扑结构。在这种均压结构中，把串联电容按连接顺序分成几组，取组与组相连接的节点作为参考节点，把参考节点看做一根“母线”。在每一组中均衡模块引出端按应用于多级式方法连接，采用多级式方法调节；组与组之间均衡模块引出端按应用于单级式方法连接，采用单级式方法调节。此实施例仅是把两个电压均衡模块分为一组的情况。但并不限制把m（任意）个电压均衡模块分成p（任意）组的情况。
Claims (2)
1.一种四端式电容节点电压均衡模块，其特征在于：包括电阻（601）、功率电阻一（604）、功率电阻二（605），二极管一（602）、二极管二（603），当电容节点电压高于给定电压且差值大于二极管阈值电压时，二极管二（603）导通，电容节点电压通过二极管二（603）和功率电阻二（605）放电，从而使电容节点电压降低，当电容节点电压与给定电压差值绝对值小于二极管阈值电压后，二极管二（603）截止，停止放电，进入待机状态；当电容节点电压低于给定电压值且差值大于二极管阈值电压时，二极管一（602）导通，给定电压通过功率电阻一（604）和二极管一（602）对电容节点电压进行充电，从而使电容节点电压升高，当电容节点电压与给定电压差值绝对值小于二极管阈值电压后，二极管二（603）截止，停止充电，进入待机状态。
2.一种四端式电容节点电压均衡模块，其特征在于：包括功率电阻三（701），功率开关管一（702）、功率开关管二（703）和双向钳位二极管（704），当电容节点电压高于给定电压且差值大于功率开关管阈值电压时，功率开关管二（703）导通，电容节点电压通过功率电阻三（701）和功率开关管二（703）放电到指定回路中，从而使电容节点电压降低，当电容节点电压与给定电压差值绝对值小于功率开关管阈值电压后，功率开关管二（703）截止，模块停止放电，进入待机状态；当电容节点电压低于给定电压且差值大于功率开关管阈值电压时，功率开关管一（702）导通，给定电压通过功率开关管一（702）和功率电阻三（701）对电容节点电压进行充电，从而使电容节点电压升高，当电容节点电压与给定电压差值绝对值小于功率开关管阈值电压后，功率开关管一（702）截止，停止充电，进入待机状态。
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