CN106026662A - 电磁感应均压装置 - Google Patents

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CN106026662A CN201610402589.7A CN201610402589A CN106026662A CN 106026662 A CN106026662 A CN 106026662A CN 201610402589 A CN201610402589 A CN 201610402589A CN 106026662 A CN106026662 A CN 106026662A
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Abstract

本发明实施例提供了一种电磁感应均压装置，涉及光伏电池板、超级电容以及电源模块的串联功率电路。该电磁感应均压装置包括电压输入模块、输入端分压电路、电压调整模块、整流模块、电压输出模块以及控制器，输入端分压电路用于与一光伏电池组的正极电连接，控制器的输入电压采样端与输入端分压电路电连接，控制器的电压调整信号输出端与电压调整模块电连接，电压输出模块分别与整流模块、电压调整模块电连接。通过该电磁感应均压装置可实现光伏电池组输出的电压实现高效的能量循环均衡，提高光伏电池组的整体输出功率效能，从而延长了光伏电池组的使用寿命，节约了资源，另外为用电系统在运行时提供稳定的工作电压。

Description

电磁感应均压装置
技术领域
本发明涉及光伏电池板、超级电容以及电源模块的串联功率电路领域，具体而言，涉及一种电磁感应均压装置。
背景技术
太阳能发电是一种新兴的可再生能源利用方法，节能环保，是未来用电主要趋势之一。太阳能电池组件(也叫太阳能电池板)是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分，其作用是将太阳能转化为电能送往蓄电池中存储起来或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。
在利用光伏电池组并网发电为用电设备供电或为蓄电池蓄电时，由于单体光伏电池电压太低，不能直接接入逆变器做并网电源使用。光伏电池作电源必须将若干单体电池串联连接成光伏电池组供电。从理论上讲，光伏电池组每一个光伏电池的电压是相同的，但是实际上，每一个光伏电池的电压是不可能完全相同的。每个光伏电池电压不均衡可能会导致光伏电池组的整体输出功率效能下降，从而导致有光伏电池组内的光伏电池板加速老化，严重影响光伏电池组的使用寿命，造成有限的资源浪费，另外还会导致用电系统在运行时工作电压不稳定。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种电磁感应均压装置，以改善上述问题。
本发明实施例提供的一种电磁感应均压装置，包括电压输入模块、输入端分压电路、电压调整模块、整流模块、电压输出模块以及控制器，所述输入端分压电路用于与一光伏电池组的正极电连接，所述电压输入模块分别与所述电压调整模块、所述电压输出模块以及所述光伏电池组电连接，所述控制器的输入电压采样端与所述输入端分压电路电连接，所述控制器的电压调整信号输出端与所述电压调整模块电连接，所述电压输出模块还分别与所述整流模块、所述电压调整模块电连接，所述控制器用于通过所述输入电压采样端从所述输入端分压电路获取电压，所述控制器还用于依据获取到的电压通过电压调整信号输入端发送电压调整信号至所述电压调整模块，所述电压调整模块用于依据所述电压调整信号控制所述电压输出模块输出的电压，所述整流模块用于对输出的电流进行同步整流输出。
进一步地，所述输入端分压电路包括第一电阻与第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联于所述光伏电池组与地之间，所述控制器的输入电压采样端电连接于第一电阻和第二电阻之间。
进一步地，所述电压输入模块包括第一滤波电容和第一电感，第一滤波电容的正极、第一电感的一端均与所述光伏电池组的正极电连接，所述第一滤波电容的负极用于接地，所述第一电感的另一端与所述电压调整模块电连接。
进一步地，所述电压调整模块包括第一MOS管和第三电阻，所述控制器的电压调整信号输出端、所述第三电阻以及所述第一MOS管的栅极依次串联，所述第一MOS管的漏极与所述电压输入模块电连接，所述第一MOS管的源极接地。
进一步地，所述电磁感应均压装置还包括反馈分压电路，所述控制器的反馈电压采样端与所述反馈分压电路电连接，所述控制器还用于通过所述反馈电压采样端采集所述反馈分压电路的电压，依据采集到的所述反馈分压电路的电压控制所述电压调整模块调整所述电压输出模块输出的电压。
进一步地，所述反馈分压电路包括第四电阻，所述第四电阻电连接于所述电压调整模块及地之间，所述控制器的反馈电压采样端电连接于所述第四电阻与所述电压调整模块之间。
进一步地，所述整流模块包括第二MOS管、第五电阻以及第六电阻，所述第五电阻的一端与所述第二MOS管的源极电连接，所述第五电阻的另一端接地，所述第二MOS管的漏极与所述电压输出模块电连接，所述第六电阻的一端与所述第二MOS管的栅极电连接，所述第六电阻的另一端与所述控制器的同步整流信号输出端电连接。
进一步地，所述整流器件包括整流二极管，所述整流二极管的一端与所述控制器的同步整流信号输出端电连接，所述整流二极管的另一端与所述电压输出模块电连接。
进一步地，所述电压输出模块包括第二滤波电容、第二电感以及电压输出端，所述第二滤波电容的正极、第二电感的一端均与所述电压输出端电连接，所述第二滤波电容的负极接地，所述第二电感的另一端与所述电压输出模块电连接。
进一步地，所述电磁感应均压装置还包括输出端分压电路，所述输出端分压电路与所述电压输出模块电连接，所述控制器的输出电压采样端与所述输出端分压电路电连接，所述控制器用于通过所述输出电压采样端获取所述输出端分压电路的电压，并依据采集到的所述输出端分压电路的电压控制所述电压调整模块调整所述电压输出模块输出的电压稳定。
与现有技术相比，本发明提供的一种电磁感应均压装置，通过控制器的输入电压采样端从输入端分压电路获取电压，依据获取到的电压通过电压调整信号输入端发送电压调整信号至所述电压调整模块，通过电压调整信号的占空比控制所述电压输出端输出的电压，从而调整电压输出端的电压，以使电压输出端的电压与预存储的基准电压一致，再利用整流模块用于对输出的电流进行同步整流输出。通过该电磁感应均压装置可实现光伏电池组输出的电压实现高效的能量循环均衡，提高光伏电池组的整体输出功率效能，从而延长了光伏电池组的使用寿命，节约了资源，另外为用电系统在运行时提供稳定的工作电压。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
图1为本发明较佳实施例提供的电磁感应均压装置的电路连接框图；
图2为本发明较佳实施例提供的电磁感应均压装置的电路结构示意图。
其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：控制器101，光伏电池组102，输入端分压电路103，电压输入模块104，电压调整模块105，反馈分压电路106，电压输出模块107，整流模块108，输出端分压电路109。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
太阳能发电是一种新兴的可再生能源利用方法，节能环保，是未来用电主要趋势之一。太阳能电池组件(也叫太阳能电池板)是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分，其作用是将太阳能转化为电能送往蓄电池中存储起来或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。
在利用光伏电池组并网发电为用电设备供电或为蓄电池蓄电时，由于单体光伏电池电压太低，不能直接接入逆变器做并网电源使用。光伏电池作电源必须将若干单体电池串联连接成光伏电池组供电。从理论上讲，光伏电池组每一个光伏电池的电压是相同的，但是实际上，每一个光伏电池的电压是不可能完全相同的。每个光伏电池电压不均衡可能会导致光伏电池组的整体输出功率效能下降，从而导致有光伏电池组内的光伏电池板加速老化，严重影响光伏电池组的使用寿命，造成有限的资源浪费，另外还会导致用电系统在运行时工作电压不稳定。
有鉴于此，发明人经过长期观察和研究发现，提供了一种电磁感应均压装置。该电磁感应均压装置包括包括电压输入模块、输入端分压电路、电压调整模块、整流模块、电压输出模块以及控制器，输入端分压电路用于与一光伏电池组的正极电连接，电压输入模块分别与电压调整模块、电压输出模块以及光伏电池组的正极电连接，控制器的输入电压采样端与输入端分压电路电连接，控制器的电压调整信号输出端与电压调整模块电连接，电压输出模块分别与整流模块、电压调整模块电连接。通过该电磁感应均压装置可实现光伏电池组输出的电压实现高效的能量循环均衡，提高光伏电池组的整体输出功率效能，从而延长了光伏电池组的使用寿命，节约了资源，另外为用电系统在运行时提供稳定的工作电压。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种电磁感应均压装置，电压输入模块104、输入端分压电路103、电压调整模块105、整流模块108、电压输出模块107、输出端分压电路109、反馈分压电路106以及控制器101。电压输入模块104分别与电压调整模块105、电压输出模块107以及光伏电池组102的正极电连接，光伏电池组102由多个光伏电池板串联而成，控制器101的输入电压采样端与输入端分压电路103电连接，控制器101的电压调整信号输出端与电压调整模块105电连接，电压输出模块107还分别与整流模块108、电压调整模块105电连接，控制器101用于通过输入电压采样端从输入端分压电路103获取电压，控制器101用于依据获取到的电压通过电压调整信号输入端发送电压调整信号至电压调整模块105，电压调整模块105用于依据电压调整信号控制电压输出端输出的电压，整流模块108用于对输出的电流进行同步整流输出。控制器101还用于通过反馈电压采样端采集反馈分压电路106的电压，依据采集到的反馈分压电路106的电压控制电压调整模块调整电压输出模块107输出的电压；通过输出电压采样端获取输出端分压电路109的电压，并依据采集到的输出端分压电路109的电压控制电压调整模块105调整所述电压输出模块107输出的电压稳定。
请参阅图2，具体地，电压输入模块104包括第一滤波电容C1和第一电感L1，输入端分压电路103包括第一电阻R1与第二电阻R2，电压调整模块包括第一MOS管QM1和第三电阻R3，反馈分压电路包括第四电阻R4，整流模块108包括整流器件，电压输出模块107包括第二滤波电容C2、第二电感L2以及电压输出端V0UT，输出端分压电路109包括第七电阻R7和第八电阻R8。控制器101包括输入电压采样端VIN、电压调整信号输出端RVD1、反馈电压采样端CS/T、同步整流信号输出端RVD2以及输出电压采样端VO。
第一电阻R1和第二电阻R2串联于光伏电池组102与地之间，控制器101的输入电压采样端电连接于第一电阻R1和第二电阻R2之间。
考虑到通常情况下，控制器101的工作电压为0～5V，而光伏电池组102输出的电压远远大于5V，为了使得控制器101的输入电压采样端VIN采集到的电压在控制器101的额定工作电压范围内，本实施例中，第一电阻R1的阻值大于第二电阻R2的阻值。由于控制器101的输入电压采样端VIN采集的电压为第二电阻R2两端电压，因此将第一电阻R1与第二电阻R2的阻值的比例调整到一定的值。例如，第一电阻R1的阻值为56KΩ，第二电阻R2的阻值为10KΩ，即可实现控制器101的输入电压采样端VIN采集的电压在额定工作电压范围内。
控制器101的电压调整信号输出端RVD1、第三电阻R3以及第一MOS管QM1的栅极依次串联，第三电阻R3用于对通过第一MOS管QM1的电流进行限流。第一MOS管QM1的漏极与第一电感L1的一端电连接，第四电阻R4电连接于第一MOS管QM1的源极及地之间，控制器101的反馈电压采样端CS/T电连接于第四电阻R4与第一MOS管QM1的源极之间，第四电阻R4用于对流入第一MOS管QM1的电流进行限流。控制器101的反馈电压采样端CS/T依据采样到的第四电阻R4的电压再次调整电压调整信号的占空比，从而更为精确地调整输出电压。
第一滤波电容C1的正极、第一电感L1的一端均与光伏电池组102的正极电连接，第一滤波电容C1的负极用于接地PGND1。第一电感L1与第二电感L2缠绕于同一铁芯，且第一电感L1与第二电感L2的线圈的匝数相等，第一电感L1通过电磁感应将第一电感L1两端的电压传递至第二电感L2的两端。第二滤波电容C2的一端、第二电感L2的一端以及电压输出端VOUT电连接，第二滤波电容C2的另一端接地。第二电感L2的另一端与整流器件的一端电连接，整流器件的另一端与控制器101的同步整流信号输出端RVD2电连接。第一滤波电容C1用于对光伏电池组102输入的电压进行滤波，第二滤波电容C2用于对电压输出端VOUT输出的电压进行滤波。
本实施例中，整流器件可采用整流二极管，整流二极管的一端与控制器101的同步整流信号输出端RVD2电连接，整流二极管的另一端与第二电感L2电连接。整流二极管包括PN结，有正极SUNBTA1和负极PGND1两个端子。通过整流二极管自身单向导电性，在电路中，电流只能从二极管的正极SUNBTA1流入，负极PGND1流出，因此整流二极管可将第一电感L1、第二电感L2充放电时产生的交流电转换成直流电从电压输出端VOUT输出。
本实施例中，整流器件还可以采用第二MOS管QM2，整流模块108还包括第五电阻R5、第六电阻R6。第六电阻R6与第二MOS管QM2的栅极电连接，第六电阻R6的另一端与控制器101的同步整流信号输出端RVD2电连接，第六电阻R6用于对流入第二MOS管QM2的电流进行限流。第五电阻R4的一端与第二MOS管QM2的源极电连接，第五电阻R4的另一端接地，第五电阻R4用于对流入第二MOS管QM2的电流进行限流。第二MOS管QM2的漏极与第二电感L2的另一端连接。第二MOS管QM2可用于同步整流，并且相对于整流二极管整流，第二MOS管QM2的压降很小，因此第二MOS管QM2损耗较小，因此本实施例，优选采用第二MOS管QM2作为整流器件。
第七电阻R7和第八电阻R8串联于电压输出端VOUT与地之间，控制器101的输入电压采样端电连接于第七电阻R7和第八电阻R8之间。第七电阻R7、第八电阻R8分别与第一电阻R1、第二电阻R2阻值和功能相同，在此就不再多做赘述。通过控制器101的输出电压采样端VO对第八电阻R8两端的电压值进行采集，若判断到获得第八电阻R8两端的电压值即通过电压调整信号输出端RVD1控制第一MOS管QM1的导通沟道的大小，从而使得输出稳定的工作电压。
综上所述，本发明提供的一种电磁感应均压装置，通过控制器101的电压采样输出端采集第二电阻R2的电压(即光伏电池组102的其中一个光伏电池板的电压)，控制器101采集到电压值后依据预存储的标准输出电压值通过电压调整信号输出端RVD1输出电压调整信号至第一MOS管QM1，通过电压调整信号的占空比(占空比是指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。在一串理想的脉冲周期序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值)调整第一MOS管QM1的导通沟道的大小，从而调整第一电感L1的电压，从而调整电压输出端VOUT的电压。例如，若采集到的第二电阻R2的电压偏大，则发送的电压调整信号的占空比较小，从而控制第一MOS管QM1的导通沟道减小，从而减小第一电感L1两端的电压，从而减小电压输出端VOUT的电压。反之若采集到的第二电阻R2的电压偏小，则发送的电压调整信号的占空比较大，从而控制第一MOS管QM1的导通沟道增大，从而增大第一电感L1两端的电压，从而增大电压输出端VOUT的电压。
控制器101的反馈电压采样端CS/T依据采样到的第四电阻R4的电压再次调整电压调整信号的占空比，从而更为精确地调整输出电压，以使电压输出端VOUT的电压与预存储的基准电压一致。调整后输出的高频交流电压通过第二MOS管QM2同步整流，交流电转换成直流电从电压输出端VOUT输出，第二MOS管QM2的压降很小，因此第二MOS管QM2损耗较小。通俗地讲，上述的工作原理为控制器101控制第一MOS管QM1将检测到的光伏电池组102的单个光伏电池板的电压依据预存储的基准电压调整均衡并通过第一电感L1高频振荡感应至第二电感L2的副边，再馈入电压输出端。通过该电磁感应均压装置可实现光伏电池组102输出的电压实现高效的能量循环均衡，提高光伏电池组102的整体输出功率效能，从而延长了光伏电池组102的使用寿命，节约了资源，另外为用电系统在运行时提供稳定的工作电压。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电磁感应均压装置，其特征在于，包括电压输入模块、输入端分压电路、电压调整模块、整流模块、电压输出模块以及控制器，所述输入端分压电路用于与一光伏电池组的正极电连接，所述电压输入模块分别与所述电压调整模块、所述电压输出模块以及所述光伏电池组的正极电连接，所述控制器的输入电压采样端与所述输入端分压电路电连接，所述控制器的电压调整信号输出端与所述电压调整模块电连接，所述电压输出模块还分别与所述整流模块、所述电压输入模块电连接，所述控制器用于通过输入电压采样端从所述输入端分压电路获取电压，所述控制器还用于依据获取到的电压通过电压调整信号输入端发送电压调整信号至所述电压调整模块，所述电压调整模块用于依据所述电压调整信号控制所述电压输出模块输出的电压，所述整流模块用于对输出的电流进行同步整流输出。
2.根据权利要求1所述的电磁感应均压装置，其特征在于，所述输入端分压电路包括第一电阻与第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联于所述光伏电池组与地之间，所述控制器的输入电压采样端电连接于第一电阻和第二电阻之间。
3.根据权利要求1所述的电磁感应均压装置，其特征在于，所述电压输入模块包括第一滤波电容和第一电感，第一滤波电容的正极、第一电感的一端均与所述光伏电池组的正极电连接，所述第一滤波电容的负极用于接地，所述第一电感的另一端与所述电压调整模块电连接。
4.根据权利要求1所述的电磁感应均压装置，其特征在于，所述电压调整模块包括第一MOS管和第三电阻，所述控制器的电压调整信号输出端、所述第三电阻以及所述第一MOS管的栅极依次串联，所述第一MOS管的漏极与所述电压输入模块电连接，所述第一MOS管的源极接地。
5.根据权利要求1所述的电磁感应均压装置，其特征在于，所述电磁感应均压装置还包括反馈分压电路，所述控制器的反馈电压采样端与所述反馈分压电路电连接，所述控制器还用于通过所述反馈电压采样端采集所述反馈分压电路的电压，依据采集到的所述反馈分压电路的电压控制所述电压调整模块调整所述电压输出模块输出的电压。
6.根据权利要求5所述的电磁感应均压装置，其特征在于，所述反馈分压电路包括第四电阻，所述第四电阻电连接于所述电压调整模块及地之间，所述控制器的反馈电压采样端电连接于所述第四电阻与所述电压调整模块之间。
7.根据权利要求1所述的电磁感应均压装置，其特征在于，所述整流模块包括第二MOS管、第五电阻以及第六电阻，所述第五电阻的一端与所述第二MOS管的源极电连接，所述第五电阻的另一端接地，所述第二MOS管的漏极与所述电压输出模块电连接，所述第六电阻的一端与所述第二MOS管的栅极电连接，所述第六电阻的另一端与所述控制器的同步整流信号输出端电连接。
8.根据权利要求1所述的电磁感应均压装置，其特征在于，所述整流模块包括整流二极管，所述整流二极管的一端与所述控制器的同步整流信号输出端电连接，所述整流二极管的另一端与所述电压输出模块电连接。
9.根据权利要求1所述的电磁感应均压装置，其特征在于，所述电压输出模块包括第二滤波电容、第二电感以及电压输出端，所述第二滤波电容的正极、第二电感的一端均与所述的电压输出端电连接，所述第二滤波电容的负极接地，所述第二电感的另一端与所述电压输出模块电连接。
10.根据权利要求1所述的电磁感应均压装置，其特征在于，所述电磁感应均压装置还包括输出端分压电路，所述输出端分压电路与所述电压输出模块电连接，所述控制器的输出电压采样端与所述输出端分压电路电连接，所述控制器用于通过所述输出电压采样端获取所述输出端分压电路的电压，并依据采集到的所述输出端分压电路的电压控制所述电压调整模块调整所述电压输出模块输出稳定的工作电压。
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