CN104158154A - 光伏逆变器及其保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的光伏逆变器的保护装置，包括电压检测电路、驱动控制电路和控制电路，在光伏逆变器处于高压输入的情况下，电压检测电路输出第一控制信号至驱动控制电路，由驱动控制电路控制旁路开关导通，光伏组件通过旁路开关为母线供电；在光伏逆变器的直流侧发生短路的情况下，电压检测电路输出第二控制信号至驱动控制电路，由驱动控制电路控制旁路开关关断，避免大电流流过旁路开关，实现对旁路开关的短路保护，防止旁路开关被损坏，从而提高光伏逆变器的可靠性，另外，控制电路能够控制驱动控制电路控制旁路开关关断。本发明还公开一种光伏逆变器。

Description

光伏逆变器及其保护装置

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，尤其涉及光伏逆变器及其保护装置。

背景技术

光伏逆变器是光伏发电系统中的重要设备。为了提升光伏逆变器的转换效率，可以采用导通损耗更小的其它开关器件来替代传统的二极管。由于这些开关器件的导通损耗更小，因此，光伏逆变器中采用开关器件可以提高光伏逆变器的转换效率。实施中，旁路开关可以采用场效应管、继电器或者其他开关器件。

图1示出了光伏逆变器的一种结构，该光伏逆变器包括升压DC/DC(直流/直流)变换器1、DC/AC(直流/交流)变换器2、母线电容C和旁路开关K，旁路开关K的第一端与光伏组件3的正输出端连接，旁路开关K的第二端与母线电容C连接。其中，旁路开关K可以是场效应管、继电器或其他开关器件。在高压输入的情况下，旁路开关K闭合，光伏组件3通过旁路开关K给母线供电。

但是，光伏逆变器采用旁路开关的情况下，如果这些旁路开关具有反向导通的特性，例如旁路开关采用场效应管或者继电器，在光伏逆变器的直流侧发生短路时，母线电容C存储的电能被短路泄放，将有很大的电流流过旁路开关，会导致旁路开关被损坏，从而降低了光伏逆变器的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供光伏逆变器的保护装置，在光伏逆变器的直流侧发生短路的情况下，对旁路开关进行保护，防止旁路开关被损坏，从而提高光伏逆变器的可靠性。本发明还提供一种光伏逆变器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开一种光伏逆变器的保护装置，所述光伏逆变器包括旁路开关，所述旁路开关的第一端与光伏组件的正输出端连接，所述旁路开关的第二端与母线电容连接，所述保护装置包括电压检测电路、驱动控制电路和控制电路；

所述电压检测电路的第一输入端与所述旁路开关的第一端连接，所述电压检测电路的第二输入端与所述旁路开关的第二端连接，所述电压检测电路的输出端与所述驱动控制电路的控制端连接，所述电压检测电路在所述旁路开关的第一端的电压大于第二端的电压时输出第一控制信号，在所述旁路开关的第一端的电压小于第二端的电压时输出第二控制信号；

所述驱动控制电路的输出端与所述旁路开关的控制端连接，在所述电压检测电路输出第一控制信号的情况下，所述驱动控制电路控制所述旁路开关导通，在所述电压检测电路输出第二控制信号的情况下，所述驱动控制电路控制所述旁路开关关断；

所述控制电路与所述驱动控制电路连接，所述控制电路能够控制所述驱动控制电路控制所述旁路开关关断。

优选的，在所述旁路开关为N沟道场效应管或者继电器的情况下，所述电压检测电路包括第一二极管、第二二极管、电压比较器、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相同；

所述第一二极管的阴极连接至所述旁路开关的第一端，所述第二二极管的阴极连接至所述旁路开关的第二端，所述电压比较器的正相输入端与所述第一二极管的阳极连接、反相输入端与所述第二二极管的阳极连接，所述电压比较器的输出端为所述电压检测电路的输出端；所述第一电阻的第一端与所述第一二极管的阳极连接、第二端与第一直流电源连接；所述第二电阻的第一端与所述第二二极管的阳极连接、第二端与所述第一直流电源连接。

优选的，所述驱动控制电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管为PNP型三极管或者P沟道场效应管，所述第二开关管为NPN型三极管或者N沟道场效应管；

所述第一开关管的控制端以及所述第二开关管的控制端分别与所述电压检测电路的输出端连接，所述第二开关管的输入端与第二直流电源连接，所述第二开关管的输出端与所述第一开关管的输入端连接，所述第一开关管的输出端连接至电源地，所述第一开关管的输入端为所述驱动控制电路的输出端；

在所述旁路开关为常开型继电器的情况下，所述常开型继电器的线圈的第一端接电源地、第二端连接至所述驱动控制电路的输出端；

在所述旁路开关为常闭型继电器的情况下，所述常闭型继电器的线圈的第一端接入直流电压、第二端连接至所述驱动控制电路的输出端；

在所述旁路开关为N沟道场效应管的情况下，所述N沟道场效应管的栅极通过第四电阻与所述驱动控制电路的输出端连接。

优选的，所述控制电路包括第一开关；

所述第一开关的第一端接地，所述第一开关的第二端同时与所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端连接；

或者，所述第一开关的第一端与所述第二直流电源连接，所述第一开关的第二端与所述第二开关管的输入端连接。

优选的，在所述旁路开关为常开型继电器的情况下，所述常开型继电器的线圈的第一端连接至第三直流电源、第二端连接至所述驱动控制电路的输出端；

所述驱动控制电路包括第三开关管，所述第三开关管为NPN型三极管或者N沟道场效应管，所述第三开关管的控制端与所述电压检测电路的输出端连接，所述第三开关管的输出端接电源地，所述第三开关管的输入端作为所述驱动控制电路的输出端；

所述控制电路包括第一开关，所述第一开关的一端接地、另一端连接至所述第三开关管的控制端，或者所述第一开关的一端连接至所述第三直流电源、另一端连接至所述线圈的第一端。

优选的，在所述旁路开关为P沟道场效应管的情况下，所述电压检测电路包括第一二极管、第二二极管、电压比较器、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相同；

所述第一二极管的阴极连接至所述旁路开关的第一端，所述第二二极管的阴极连接至所述旁路开关的第二端，所述电压比较器的正相输入端与所述第二二极管的阳极连接、反相输入端与所述第一二极管的阳极连接，所述电压比较器的输出端为所述电压检测电路的输出端；

所述第一电阻的第一端与所述第一二极管的阳极连接、第二端与第一直流电源连接；所述第二电阻的第一端与所述第二二极管的阳极连接、第二端与所述第一直流电源连接。

优选的，所述驱动控制电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管为PNP型三极管或者P沟道场效应管，所述第二开关管为NPN型三极管或者N沟道场效应管；

所述第一开关管的控制端以及所述第二开关管的控制端分别与所述电压检测电路的输出端连接，所述第二开关管的输入端与第二直流电源连接，所述第二开关管的输出端与所述第一开关管的输入端连接，所述第一开关管的输出端与第四直流电源连接，所述第四直流电源提供直流负电压，所述第一开关管的输入端为所述驱动控制电路的输出端；

所述P沟道场效应管的栅极通过第四电阻与所述驱动控制电路的输出端连接，所述P沟道场效应管的源极接电源地。

优选的，所述控制电路包括第一开关；

所述第一开关的第一端与第五直流电源连接，所述第一开关的第二端同时与所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端连接；

或者，所述第一开关的第一端与所述第一开关管的输出端连接，所述第一开关的第二端与所述第四直流电源连接。

优选的，上述保护装置还包括RC缓冲电路，所述RC缓冲电路的一端与所述旁路开关的第一端连接，所述RC缓冲电路的另一端与所述旁路开关的第二端连接。

本发明还公开一种光伏逆变器，包括旁路开关，以及上述任意一种保护装置。

由此可见，本发明的有益效果为：本发明公开的光伏逆变器的保护装置，包括电压检测电路、驱动控制电路和控制电路，在光伏逆变器处于高压输入的情况下，电压检测电路输出第一控制信号至驱动控制电路，由驱动控制电路控制旁路开关导通，光伏组件通过旁路开关为母线供电；在光伏逆变器的直流侧发生短路的情况下，电压检测电路输出第二控制信号至驱动控制电路，由驱动控制电路控制旁路开关关断，避免大电流流过旁路开关，实现对旁路开关的短路保护，防止旁路开关被损坏，从而提高光伏逆变器的可靠性；在要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，控制电路控制驱动控制电路控制旁路开关关断，结合针对光伏逆变器的其他控制，使得光伏组件通过升压DC/DC变换器为母线供电，在光伏逆变器处于低压输入的情况下，控制电路能够避免出现旁路开关误导通导致机器损坏的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有的光伏逆变器的一种结构示意图；

图2为本发明公开的光伏逆变器的一种保护装置的结构示意图；

图3为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的电路结构图；

图4为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的电路结构图；

图5为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的电路结构图；

图6为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的电路结构图；

图7为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的电路结构图；

图8为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的电路结构图；

图9为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开一种光伏逆变器的保护装置，在光伏逆变器的直流侧发生短路的情况下，对旁路开关进行保护，防止旁路开关被损坏，从而提高光伏逆变器的可靠性。本发明中的光伏逆变器包括旁路开关，旁路开关的第一端与光伏组件的正输出端连接，旁路开关的第二端与母线电容连接，其结构可以参见图1所示。

参见图2，图2为本发明公开的光伏逆变器的一种保护装置的结构示意图。该保护装置包括电压检测电路100、驱动控制电路200和控制电路300。

其中：

电压检测电路100的第一输入端与旁路开关M1的第一端连接，电压检测电路100的第二输入端与旁路开关M1的第二端连接，电压检测电路100的输出端与驱动控制电路200的控制端连接，电压检测电路100在旁路开关M1的第一端的电压大于第二端的电压时输出第一控制信号，在旁路开关M1的第一端的电压小于第二端的电压时输出第二控制信号。

驱动控制电路200的控制端与电压检测电路100的输出端连接，驱动控制电路200的输出端与旁路开关M1的控制端连接，在电压检测电路100输出第一控制信号的情况下，驱动控制电路200控制旁路开关M1导通，在电压检测电路100输出第二控制信号的情况下，驱动控制电路200控制旁路开关M1关断。

控制电路300与驱动控制电路200连接，控制电路300能够控制驱动控制电路200控制旁路开关M1关断。

下面对上述保护装置的原理进行说明。

光伏逆变器处于高压输入的情况下，旁路开关M1的第一端的电压大于旁路开关M1的第二端的电压，此时电压检测电路100输出第一控制信号，驱动控制电路200在接收到第一控制信号后，控制旁路开关M1导通，光伏组件通过旁路开关M1为母线供电。

在逆变器的直流侧发生短路的情况下，母线电容中存储的电能被短路泄放，此时旁路开关M1的第二端的电压大于旁路开关M1的第一端的电压，电压检测电路100输出第二控制信号，驱动控制电路200在接收到第二控制信号后，控制旁路开关M1关断，避免大电流流过旁路开关M1，实现对旁路开关M1的短路保护，防止旁路开关被损坏，从而提高光伏逆变器的可靠性。

当要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，控制电路300控制驱动控制电路200控制旁路开关M1关断，此时，光伏组件通过升压DC/DC变换器为母线供电。

本发明公开的光伏逆变器的保护装置，包括电压检测电路100、驱动控制电路200和控制电路300，在光伏逆变器处于高压输入的情况下，电压检测电路100输出第一控制信号至驱动控制电路200，由驱动控制电路200控制旁路开关M1导通，光伏组件通过旁路开关M1为母线供电；在光伏逆变器的直流侧发生短路的情况下，电压检测电路100输出第二控制信号至驱动控制电路200，由驱动控制电路200控制旁路开关M1关断，避免大电流流过旁路开关M1，实现对旁路开关M1的短路保护，防止旁路开关M1被损坏，从而提高光伏逆变器的可靠性；在要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，控制电路300控制驱动控制电路200控制旁路开关M1关断，结合针对光伏逆变器的其他控制，使得光伏组件通过升压DC/DC变换器为母线供电，在光伏逆变器处于低压输入的情况下，控制电路300能够避免出现旁路开关误导通导致机器损坏的情况。

本发明中，光伏逆变器的旁路开关M1可以采用场效应管和继电器，更具体的，旁路开关M1可以采用P沟道场效应管、N沟道场效应管、常开型继电器或者常闭型继电器。相应的，保护装置中的电压检测电路、驱动控制电路和控制电路也可以具有多种结构。下面结合相应的附图分别进行说明。

在旁路开关为N沟道场效应管的情况下，保护装置的结构如图3所示，图3为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的电路结构图。

其中：

电压检测电路100包括第一二极管D1、第二二极管D2、电压比较器U1、第一电阻R1和第二电阻R2。

第一二极管D1的阴极连接至旁路开关M1的第一端，第二二极管D2的阴极连接至旁路开关M1的第二端。电压比较器U1的正相输入端与第一二极管D1的阳极连接，电压比较器U1的反相输入端与第二二极管D2的阳极连接，电压比较器U1的输出端为电压检测电路100的输出端。第一电阻R1的第一端与第一二极管D1的阳极连接、第二端与第一直流电源VCC1连接，第二电阻R2的第一端与第二二极管D2的阳极连接、第二端与第一直流电源VCC1连接。优选的，第一电阻R1和第二电阻R2为阻值相同的两个电阻。第一电阻R1和第二电阻R2起到限流的作用，第一二极管D1和第二二极管D2起到隔离高压的作用。

驱动控制电路200包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，第一开关管Q1为PNP型三极管或者P沟道场效应管，第二开关管Q2为NPN型三极管或者N沟道场效应管。在图3中，第一开关管Q1为PNP型三极管，第二开关管Q2为NPN型三极管。

第一开关管Q1的控制端以及第二开关管Q2的控制端分别与电压检测电路100的输出端连接，也就是与电压比较器U1的输出端连接。第二开关管Q2的输入端与第二直流电源VCC2连接，第二开关管Q2的输出端与第一开关管Q1的输入端连接，第一开关管Q1的输出端连接至电源地，电路中的各个直流电源是共地的。第一开关管Q1的输入端、第二开关管Q2的输出端为驱动控制电路200的输出端。

这里需要说明的是，为了降低流出第一开关管Q1的控制端以及流入第二开关管Q2的控制端的电流，第一开关管Q1的控制端以及第二开关管Q2的控制端可以通过第三电阻R3与电压检测电路100的输出端连接。

旁路开关具体为N沟道场效应管M1，N沟道场效应管M1的栅极通过第四电阻R4与驱动控制电路200的输出端连接，N沟道场效应管M1的源极与光伏组件的正输出端连接，N沟道场效应管M1的漏极与母线电容连接，同时，为了保证N沟道场效应管M1的正常使用，N沟道场效应管M1的栅极还与第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端连接至电源地，同时第五电阻R5的第二端还连接至光伏组件的正输出端。这里需要说明的是，第四电阻R4和第五电阻R5视为N沟道场效应管M1的驱动电路的一部分，不是本发明公开的保护装置的组成部分。

控制电路300包括第一开关K1，第一开关K1的第一端接地，第一开关K1的第二端同时与第一开关管Q1的控制端以及第二开关管Q2的控制端连接。

这里需要说明的是，在第一开关管Q1为PNP型三极管的情况下，第一开关管Q1的控制端为基极、输入端为发射极、输出端为集电极。在第一开关管Q1为P沟道场效应管的情况下，第一开关管Q1的控制端为栅极、输入端为源极、输出端为漏极。在第二开关管Q2为NPN型三极管的情况下，第二开关管Q2的控制端为基极、输入端为集电极、输出端为发射极。在第二开关管Q2为N沟道场效应管的情况下，第二开关管Q2控制端为栅极、输入端为漏极、输出端为源极。

下面对图3所示保护装置的原理进行说明。

光伏逆变器处于高压输入的情况下，由于N沟道场效应管M1的体二极管先导通，流过电流，旁路开关M1的第一端(节点a)的电压大于旁路开关M1的第二端(节点b)的电压，此时电压比较器U1的正相输入端的电压大于反相输入端的电压，因此电压比较器U1输出的第一控制信号为高电平信号。在电压比较器U1输出高电平信号的情况下，第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通，驱动控制电路200输出高电平信号，从而使得作为旁路开关的N沟道场效应管M1导通。光伏组件通过旁路开关为母线供电。

在逆变器的直流侧发生短路的情况下，母线电容中存储的电能被短路泄放，电流从节点b流向节点a，节点a的电压小于节点b的电压，此时电压比较器U1的正相输入端的电压小于反相输入端的电压，因此电压比较器U1输出的第二控制信号为低电平信号。在电压检测电路100输出低电平信号的情况下，第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断，驱动控制电路200输出低电平信号，从而使得作为旁路开关的N沟道场效应管M1关断，起到短路保护的作用。

当要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，闭合第一开关K1，此时第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断，驱动控制电路200输出低电平信号，从而使得作为旁路开关的N沟道场效应管M1关断。结合针对光伏逆变器的其他控制，使得光伏组件通过升压DC/DC变换器为母线供电。这里需要说明的是，第一开关K1闭合时，在第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端产生低电平信号，电压比较器U1输出的信号被无效，在电压比较器U1输出高电平信号时，也可以通过闭合第一开关K1关断N沟道场效应管M1。

基于图3所示的保护装置，光伏逆变器在高压输入状态正常运行时，电压检测电路100输出高电平信号，以使得驱动控制电路200也输出高电平信号，从而控制作为旁路开关的N沟道场效应管M1导通，光伏组件通过旁路开关为母线供电；光伏逆变器在高压输入状态发生直流侧短路时，电压检测电路100输出低电平信号，以使得驱动控制电路200也输出低电平信号，从而控制作为旁路开关的N沟道场效应管M1关断，对其进行短路保护；在要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，通过闭合第一开关K1，使得驱动控制电路输出低电平，从而控制作为旁路开关的N沟道场效应管M1关断，结合针对光伏逆变器的其他控制，使得光伏组件通过升压DC/DC变换器为母线供电。

图3所示的保护装置也适用于旁路开关M1采用常闭型继电器的逆变器。在旁路开关M1采用常闭型继电器的情况下，常闭型继电器的触点的一端与光伏组件的正输出端连接、另一端与母线电容连接，常闭型继电器的线圈的第一端接入直流电压、第二端连接至驱动控制电路200的输出端，也就是连接至第一开关管Q1的输入端和第二开关管Q2的输出端。

光伏逆变器在高压输入状态正常运行时，电压检测电路100输出高电平信号，以使得驱动控制电路200也输出高电平信号，此时常闭型继电器的线圈两端都接入高电平信号，无电流流过，其常闭触点处于闭合状态，光伏组件通过常闭型继电器的触点为母线供电。光伏逆变器在高压输入状态发生直流侧短路时，电压检测电路100输出低电平信号，以使得驱动控制电路200也输出低电平信号，此时常闭型继电器的线圈中有电流流过，其常闭触点由闭合状态切换至断开状态，起到短路保护的作用。在要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，通过闭合第一开关K1，使得驱动控制电路输出低电平，常闭型继电器的线圈有电流流过，其常闭触点切换至断开状态，结合针对光伏逆变器的其他控制，使得光伏组件通过升压DC/DC变换器为母线供电。

实施中，控制电路300的结构还可以如图4所示，第一开关K1的第一端与第二直流电源VCC2连接，第一开关K1的第二端与第二开关管Q2的输入端连接。在光伏逆变器处于高压输入的情况下，将第一开关K1闭合。当要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，只需要断开第一开关K1即可。

当然，图3和图4所示的保护装置同样适用于旁路开关M1采用继电器的逆变器。参见图5，图5为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的电路结构图。

其中：

电压检测电路100包括第一二极管D1、第二二极管D2、电压比较器U1、第一电阻R1和第二电阻R2。

第一二极管D1的阴极连接至旁路开关M1的第一端，第二二极管D2的阴极连接至旁路开关M1的第二端。电压比较器U1的正相输入端与第一二极管D1的阳极连接，电压比较器U1的反相输入端与第二二极管D2的阳极连接，电压比较器U1的输出端为电压检测电路100的输出端。第一电阻R1的第一端与第一二极管D1的阳极连接、第二端与第一直流电源VCC1连接。第二电阻R2的第一端与第二二极管D2的阳极连接、第二端与第一直流电源VCC1连接。第一二极管D1和第二二极管D2起到隔离高压的作用。第一电阻R1和第二电阻R2起到限流作用，优选的，第一电阻R1和第二电阻R2为阻值相同的两个电阻。

驱动控制电路200包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，第一开关管Q1为PNP型三极管或者P沟道场效应管，第二开关管Q2为NPN型三极管或者N沟道场效应管。在图5中，第一开关管Q1为PNP型三极管，第二开关管Q2为NPN型三极管。

第一开关管Q1的控制端以及第二开关管Q2的控制端分别与电压检测电路100的输出端连接，也就是与电压比较器U1的输出端连接。第二开关管Q2的输入端通过第一开关K1与第二直流电源VCC2连接，第二开关管Q2的输出端与第一开关管Q1的输入端连接，第一开关管Q1的输出端连接至电源地，第一开关管Q1的输入端、第二开关管Q2的输出端为驱动控制电路200的输出端，电路中的各个直流电源是共地的。为了降低流出第一开关管Q1的控制端以及流入第二开关管Q2的控制端的电流，第一开关管Q1的控制端以及第二开关管Q2的控制端可以通过第三电阻R3与电压检测电路100的输出端连接。

旁路开关M1采用常开型继电器，常开型继电器的触点的第一端与光伏组件的正输出端连接、第二端与母线电容连接，触点的第一端还与第三二极管D3的阳极连接，触点的第二端还与第三二极管D3的阴极连接，常开型继电器的线圈的第一端接电源地、第二端连接至驱动控制电路200的输出端，也就是连接至第一开关管Q1的输入端和第二开关管Q2的输出端。

控制电路300包括第一开关K1，第一开关K1的第一端与第二直流电源VCC2连接，第一开关K1的第二端与第二开关管Q2的输入端连接。

下面对图5所示保护装置的原理进行简要说明。

在控制光伏逆变器进入高于输入模式之前，闭合第一开关K1。光伏逆变器在进入高压输入状态运行时，并联在触点两端的第三二极管D3先导通，流过电流，电压检测电路100输出高电平信号，以使得驱动控制电路200也输出高电平信号，此时常开型继电器的线圈得电，其常开触点由断开状态切换至闭合状态，光伏组件通过常开型继电器的触点为母线供电。

光伏逆变器在高压输入状态发生直流侧短路时，电压检测电路100输出低电平信号，以使得驱动控制电路200也输出低电平信号，此时常开型继电器的线圈失电，其常开触点回复至自然状态，也就是切换至断开状态，起到短路保护的作用。

在要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，断开第一开关K1，使得驱动控制电路输出低电平，从而控制常开型继电器的线圈失电，结合针对光伏逆变器的其他控制，使得光伏组件通过升压DC/DC变换器为母线供电。

本发明图5所示保护装置，控制电路300中的第一开关K1的第一端与第二直流电源VCC2连接，第一开关K1的第二端与第二开关管Q2的输入端连接，在要将光伏逆变器切换至低压输入状态时，只需断开第一开关K1即可。

另外，在光伏逆变器中的旁路开关为常开型继电器的情况下，配合使用的保护装置的结构并不限于图3、图4和图5所示的结构。

参见图6，图6为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的结构示意图。该保护装置用于旁路开关为常开型继电器的光伏逆变器。

其中：

常开型继电器的触点的第一端与光伏组件的正输出端连接、第二端与母线电容连接，同时触点的第一端还与第三二极管D3的阳极连接，触点的第二端还与第三二极管D3的阴极连接，常开型继电器的线圈的第一端接入直流电压VCC3、第二端连接至驱动控制电路100的输出端。优选的，可在常开型继电器的线圈的两端并联一个二极管。

电压检测电路100包括第一二极管D1、第二二极管D2、电压比较器U1、第一电阻R1和第二电阻R2。

第一二极管D1的阴极连接至旁路开关M1的第一端(也就是常开型继电器的触点的第一端)，第二二极管D2的阴极连接至旁路开关M1的第二端(也就是常开型继电器的触点的第二端)。电压比较器U1的正相输入端与第一二极管D1的阳极连接，电压比较器U1的反相输入端与第二二极管D2的阳极连接，电压比较器U1的输出端为电压检测电路100的输出端。第一二极管D1和第二二极管D2起到隔离高压的作用。第一电阻R1的第一端与第一二极管D1的阳极连接、第二端与第一直流电源VCC1连接，第二电阻R2的第一端与第二二极管D2的阳极连接、第二端与第一直流电源VCC1连接。优选的，第一电阻R1和第二电阻R2为阻值相同的两个电阻。第一电阻R1和第二电阻R2起到限流的作用。

驱动控制电路200包括第三开关管Q3。第三开关管Q3为NPN型三极管或者N沟道场效应管，第三开关管Q3的控制端与电压检测电路100的输出端连接，也就是与电压比较器U1的输出端连接，第三开关管Q3的输出端接电源地，第三开关管Q3的输入端作为驱动控制电路200的输出端，电路中的各个直流电源是共地的。

这里需要说明的是，为了降低流入第三开关管Q3的控制端的电流，第三开关管Q3的控制端优选通过第三电阻R3与电压检测电路100的输出端连接。

控制电路300中的第一开关K1的一端接地，另一端连接至第三开关管Q3的控制端。

下面对图6所示保护装置的原理进行简要说明。

光伏逆变器在高压输入状态正常运行时，并联在触点两端的第三二极管D3先导通，流过电流，电压检测电路100输出高电平信号，第三开关管Q3导通，此时常开型继电器的线圈得电，其常开触点由断开状态切换至闭合状态，光伏组件通过常开型继电器的触点为母线供电。光伏逆变器在高压输入状态发生直流侧短路时，电压检测电路100输出低电平信号，第三开关管Q3关断，此时常开型继电器的线圈失电，其常开触点回复至自然状态，也就是切换至断开状态，起到短路保护的作用。在要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，通过闭合第一开关K1，控制常开型继电器的线圈失电，结合针对光伏逆变器的其他控制，使得光伏组件通过升压DC/DC变换器为母线供电。

实施中，控制电路300的结构还可以如图7所示，第一开关K1的一端连接至第三直流电源VCC3、另一端连接至继电器线圈的第一端。在光伏逆变器处于高压输入的情况下，将第一开关K1闭合。当要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，只需要断开第一开关K1即可。

在光伏逆变器中的旁路开关为P沟道场效应管的情况下，保护装置的结构如图8所示。参见图8，图8为本发明公开的光伏逆变器的另一种保护装置的结构示意图。

其中：

电压检测电路100包括第一二极管D1、第二二极管D2、电压比较器U1、第一电阻R1和第二电阻R2。

第一二极管D1的阴极连接至旁路开关M1的第一端，第二二极管D2的阴极连接至旁路开关M1的第二端。电压比较器U1的反相输入端与第一二极管D1的阳极连接，电压比较器U1的正相输入端与第二二极管D2的阳极连接，电压比较器U1的输出端为电压检测电路100的输出端。第一二极管D1和第二二极管D2起到隔离高压的作用。第一电阻R1的第一端与第一二极管D1的阳极连接、第二端与第一直流电源VCC1连接，第二电阻R2的第一端与第二二极管D2的阳极连接、第二端与第一直流电源VCC1连接。优选的，第一电阻R1和第二电阻R2为阻值相同的两个电阻。第一电阻R1和第二电阻R2起到限流的作用。

驱动控制电路200包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，第一开关管Q1为PNP型三极管或者P沟道场效应管，第二开关管Q2为NPN型三极管或者N沟道场效应管。在图8中，第一开关管Q1为PNP型三极管，第二开关管Q2为NPN型三极管。

第一开关管Q1的控制端以及第二开关管Q2的控制端分别与电压检测电路100的输出端连接，也就是与电压比较器U1的输出端连接。第二开关管Q2的输入端与第二直流电源VCC2连接，第二开关管Q2的输出端与第一开关管Q1的输入端连接，第一开关管Q1的输出端与第四直流电源VCC4连接，第四直流电源VCC4提供直流负电压，第一开关管Q1的输入端、第二开关管Q2的输出端为驱动控制电路200的输出端。

这里需要说明的是，为了降低流出第一开关管Q1的控制端以及流入第二开关管Q2的控制端的电流，第一开关管Q1的控制端以及第二开关管Q2的控制端可以通过第三电阻R3与电压检测电路100的输出端连接。

旁路开关具体为P沟道场效应管M1，P沟道场效应管M1的栅极通过第四电阻R4与驱动控制电路200的输出端连接，P沟道场效应管M1的漏极与光伏组件的正输出端连接，P沟道场效应管M1的源极与母线电容连接。同时，为了保证P沟道场效应管M1的正常使用，P沟道场效应管M1的源极同时接电源地，电路中的各个直流电源是共地的。这里需要说明的是，第四电阻R4视为P沟道场效应管M1的驱动电路的一部分，不是本发明公开的保护装置的组成部分。

控制电路300包括第一开关K1，其中第一开关K1的第一端与第五直流电源VCC5连接，第一开关K1的第二端同时与第一开关管Q1的控制端和第二开关管Q2的控制端连接。

作为优选方案，还可以在电路中增设第六电阻R6，该第六电阻R6的一端与P沟道场效应管的源极连接，第六电阻R6的另一端与P沟道场效应管的栅极连接，增设第六电阻的作用是：在没有驱动信号时，保证旁路开关M1关断。

下面对图8所述保护装置的原理进行说明。

光伏逆变器处于高压输入的情况下，P沟道场效应管的体二极管导通，有电流流过，旁路开关M1的第一端(节点a)的电压大于旁路开关M1的第二端(节点b)的电压，此时电压比较器U1的正相输入端的电压小于反相输入端的电压，因此电压比较器U1输出的第一控制信号为低电平信号。在电压比较器U1输出低电平信号的情况下，第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断，驱动控制电路200输出负电压信号，从而使得作为旁路开关的P沟道场效应管M1导通。光伏组件通过旁路开关为母线供电。

在逆变器的直流侧发生短路的情况下，母线电容中存储的电能被短路泄放，节点a的电压小于节点b的电压，此时电压比较器U1的正相输入端的电压大于反相输入端的电压，因此电压比较器U1输出的第二控制信号为高电平信号。在电压检测电路100输出高电平信号的情况下，第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通，驱动控制电路200输出高电平信号，从而使得作为旁路开关的P沟道场效应管M1关断，起到短路保护的作用，避免M1流过过大电流而损坏。

当要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，闭合第一开关K1，此时第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通，驱动控制电路200输出高电平信号，从而使得作为旁路开关M1的P沟道场效应管关断。结合针对光伏逆变器的其他控制，使得光伏组件通过升压DC/DC变换器为母线供电。

基于图8所示的保护装置，光伏逆变器在高压输入状态正常运行时，电压检测电路100输出低电平信号，以使得驱动控制电路200输出负电压信号，从而控制作为旁路开关的P沟道场效应管M1导通，光伏组件通过旁路开关为母线供电；光伏逆变器在高压输入状态发生直流侧短路时，电压检测电路100输出高电平信号，以使得驱动控制电路200也输出高电平信号，从而控制作为旁路开关的P沟道场效应管M1关断，对其进行短路保护；在要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，通过闭合第一开关K1，使得驱动控制电路输出高电平，从而控制作为旁路开关的P沟道场效应管M1关断，结合针对光伏逆变器的其他控制，使得光伏组件通过升压DC/DC变换器为母线供电。

实施中，控制电路300的结构还可以如图9所示，第一开关K1的第一端与第一开关管Q1的输出端连接，第一开关K1的第二端与第四直流电源VCC4连接。在光伏逆变器处于高压输入的情况下，将第一开关K1闭合。当要将光伏逆变器切换至低压输入的情况下，只需要断开第一开关K1即可。

在本发明上述公开的各个保护装置中，可以进一步设置RC缓冲电路，RC缓冲电路由一电阻和一电容串联构成。该RC缓冲电路的一端与旁路开关的第一端连接，另一端与旁路开关的第二端连接。通过设置RC缓冲电路，可以吸收旁路开关在关断时承受的电压尖峰。可参见图8和图9所示，第七电阻R7和第二电容C2构成RC缓冲电路。

另外，本发明上述公开的各个保护装置中，控制电路中的第一开关可以为手动开关，由操作人员根据光伏发电系统的系统需求手动进行控制。实施中，控制电路中的第一开关还可以为开关器件，如三极管、场效应管和继电器，开关器件的控制端与逆变器的控制器(如DSP控制器，也就是数字信号处理器)或者是与光伏发电系统的控制器(如DSP控制器)连接，由此实现自动控制。

本发明还公开一种光伏逆变器，该光伏逆变器包括旁路开关，以及本发明上述公开的保护装置。本发明公开的光伏逆变器，在发生直流侧短路时，能够对旁路开关进行短路保护。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器的保护装置，所述光伏逆变器包括旁路开关，所述旁路开关的第一端与光伏组件的正输出端连接，所述旁路开关的第二端与母线电容连接，其特征在于，所述保护装置包括电压检测电路、驱动控制电路和控制电路；

所述电压检测电路的第一输入端与所述旁路开关的第一端连接，所述电压检测电路的第二输入端与所述旁路开关的第二端连接，所述电压检测电路的输出端与所述驱动控制电路的控制端连接，所述电压检测电路在所述旁路开关的第一端的电压大于第二端的电压时输出第一控制信号，在所述旁路开关的第一端的电压小于第二端的电压时输出第二控制信号；

所述驱动控制电路的输出端与所述旁路开关的控制端连接，在所述电压检测电路输出第一控制信号的情况下，所述驱动控制电路控制所述旁路开关导通，在所述电压检测电路输出第二控制信号的情况下，所述驱动控制电路控制所述旁路开关关断；

所述控制电路与所述驱动控制电路连接，所述控制电路能够控制所述驱动控制电路控制所述旁路开关关断。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，在所述旁路开关为N沟道场效应管或者继电器的情况下，所述电压检测电路包括第一二极管、第二二极管、电压比较器、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相同；

所述第一二极管的阴极连接至所述旁路开关的第一端，所述第二二极管的阴极连接至所述旁路开关的第二端，所述电压比较器的正相输入端与所述第一二极管的阳极连接、反相输入端与所述第二二极管的阳极连接，所述电压比较器的输出端为所述电压检测电路的输出端；

所述第一电阻的第一端与所述第一二极管的阳极连接、第二端与第一直流电源连接；

所述第二电阻的第一端与所述第二二极管的阳极连接、第二端与所述第一直流电源连接。

3.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于，所述驱动控制电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管为PNP型三极管或者P沟道场效应管，所述第二开关管为NPN型三极管或者N沟道场效应管；

所述第一开关管的控制端以及所述第二开关管的控制端分别与所述电压检测电路的输出端连接，所述第二开关管的输入端与第二直流电源连接，所述第二开关管的输出端与所述第一开关管的输入端连接，所述第一开关管的输出端连接至电源地，所述第一开关管的输入端为所述驱动控制电路的输出端；

在所述旁路开关为常开型继电器的情况下，所述常开型继电器的线圈的第一端接电源地、第二端连接至所述驱动控制电路的输出端；

在所述旁路开关为常闭型继电器的情况下，所述常闭型继电器的线圈的第一端接入直流电压、第二端连接至所述驱动控制电路的输出端；

在所述旁路开关为N沟道场效应管的情况下，所述N沟道场效应管的栅极通过第四电阻与所述驱动控制电路的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于，所述控制电路包括第一开关；

所述第一开关的第一端接地，所述第一开关的第二端同时与所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端连接；

或者，所述第一开关的第一端与所述第二直流电源连接，所述第一开关的第二端与所述第二开关管的输入端连接。

5.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于，在所述旁路开关为常开型继电器的情况下，所述常开型继电器的线圈的第一端连接至第三直流电源、第二端连接至所述驱动控制电路的输出端；

所述驱动控制电路包括第三开关管，所述第三开关管为NPN型三极管或者N沟道场效应管，所述第三开关管的控制端与所述电压检测电路的输出端连接，所述第三开关管的输出端接电源地，所述第三开关管的输入端作为所述驱动控制电路的输出端；

所述控制电路包括第一开关，所述第一开关的一端接地、另一端连接至所述第三开关管的控制端，或者所述第一开关的一端连接至所述第三直流电源、另一端连接至所述线圈的第一端。

6.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，在所述旁路开关为P沟道场效应管的情况下，所述电压检测电路包括第一二极管、第二二极管、电压比较器、第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相同；

所述第一二极管的阴极连接至所述旁路开关的第一端，所述第二二极管的阴极连接至所述旁路开关的第二端，所述电压比较器的正相输入端与所述第二二极管的阳极连接、反相输入端与所述第一二极管的阳极连接，所述电压比较器的输出端为所述电压检测电路的输出端；

所述第一电阻的第一端与所述第一二极管的阳极连接、第二端与第一直流电源连接；

所述第二电阻的第一端与所述第二二极管的阳极连接、第二端与所述第一直流电源连接。

7.根据权利要求6所述的保护装置，其特征在于，所述驱动控制电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管为PNP型三极管或者P沟道场效应管，所述第二开关管为NPN型三极管或者N沟道场效应管；

所述第一开关管的控制端以及所述第二开关管的控制端分别与所述电压检测电路的输出端连接，所述第二开关管的输入端与第二直流电源连接，所述第二开关管的输出端与所述第一开关管的输入端连接，所述第一开关管的输出端与第四直流电源连接，所述第四直流电源提供直流负电压，所述第一开关管的输入端为所述驱动控制电路的输出端；

所述P沟道场效应管的栅极通过第四电阻与所述驱动控制电路的输出端连接，所述P沟道场效应管的源极接电源地。

8.根据权利要求7所述的保护装置，其特征在于，所述控制电路包括第一开关；

所述第一开关的第一端与第五直流电源连接，所述第一开关的第二端同时与所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端连接；

或者，所述第一开关的第一端与所述第一开关管的输出端连接，所述第一开关的第二端与所述第四直流电源连接。

9.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，还包括RC缓冲电路，所述RC缓冲电路的一端与所述旁路开关的第一端连接，所述RC缓冲电路的另一端与所述旁路开关的第二端连接。

10.一种光伏逆变器，包括旁路开关，其特征在于，所述光伏逆变器还包括如权利要求1至9中任一项所述的保护装置。