CN108227821A - 一种光伏发电的集成电路控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏发电的集成电路控制系统，包括：DC/DC电路、检测电路、电压稳定控制电路、控制IC、PWM驱动器；所述DC/DC电路包括输入接口，所述输入接口用于快速连接光伏电池板，所述DC/DC电路输入端连接所述检测电路，所述检测电路输入端连接负载；所述电压稳定控制电路连接所述检测电路，所述电压稳定控制电路输出电压信号到所述控制IC，所述控制IC输出控制信号到所述PWM驱动器，所述PWM驱动器控制所述DC/DC电路。本申请能够通过设置集成的控制系统，方便光伏发电快速进行控制，只需用户将光伏电池与负载连接在所述集成电路控制系统上就可以进行跟随负载控制。
Description
技术领域
本申请属于微电子技术领域，特别涉及一种光伏发电的集成电路控制系统。
背景技术
光伏电池由透镜聚焦的太阳光在由具有高发电效率的小尺寸化合物半导体形成的发电元件(太阳能电池)上发生作用。具体地，例如，多个具有配线的诸如陶瓷的绝缘衬底布置在聚光位置上，每个绝缘衬底具有安装在其上的一个发电元件，并且在每个绝缘衬底上产生的电由电线收集。
半导体集成电路上进行信号处理时，大多要检测电源电压，而这种检测往往会造成误动作，尤其是针对光伏发电系统的不稳定性，不同负载的电压需求不同，如何实时的控制并调节光伏电池与负载之间的匹配度，是现有技术需要解决的难题，尤其是在集成控制电路中。
现有技术中，光伏电池应用已十分广泛，光伏电池应用的领域也十分广泛，然后，现有的控制光伏电池的控制系统都十分复杂，需要组合多个电路，控制时对于负载也无法进行适应性进行电压跟踪处理。为了提升用户使用光伏电池的便捷性，急需一种能够高度集成的控制光伏发电的控制系统。
发明内容
为解决上述技术问题：本申请提出一种光伏发电的集成电路控制系统，包括：DC/DC电路、检测电路、电压稳定控制电路、控制IC、PWM驱动器；所述DC/DC电路包括输入接口，所述输入接口用于快速连接光伏电池板，所述DC/DC电路输入端连接所述检测电路，所述检测电路输入端连接负载；所述电压稳定控制电路连接所述检测电路，所述电压稳定控制电路输出电压信号到所述控制IC，所述控制IC输出控制信号到所述PWM驱动器，所述PWM驱动器控制所述DC/DC电路。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述整流电路、检测电路、电压稳定控制电路集成在第一PCB子板上，所述控制IC、PWM驱动器集成在第二PCB子板上，所述第一PCB子板和所述第二PCB子板设置在同一PCB板上，且通过隔离器件隔离，所述PCB板外部设置壳体，壳体内侧设置屏蔽层，壳体外侧引出所述输入接口和输出接口。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述电压稳定控制电路输出电压信号Vs给所述控制IC，所述控制IC根据所述输出电压信号Vs调整输出信号的控制速度，通过所述PWM驱动器驱动所述DC/DC电路以使光伏发电满足电压需求。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述电压稳定控制电路包括电阻R1、电阻R2，所述电阻R1、电阻R2串联的中点连接在运算放大器U1的正输入端，所述运算放大器U1的负输入端连接脉冲控制芯片U2，所述运算放大器U1的输出端连接开关管M2的控制端，所述开关管M2的第二端接地，所述开关管M2第三端连接电流镜像电路，所述电流镜像电路包括开关管M1和开关管M3，所述开关管M1和开关管M3的控制端反向背靠背连接，所述开关管M1的第二端连接所述开关管M2的第三端，所述开关管M1的第三端连接电阻R1的一端，所述开关管M3的第二端连接电池B2，所述开关管M3的第三端连接电阻R1的一端，所述开关管M3的第二端连接开关管M4和开关管M5的控制端，所述开关管M4的第二端和开关管M5的第三端串联连接，所述开关管M5的第二端接地，所述开关管M4的第二端和开关管M5的第三端的连接中点引出连接线，所述连接线穿过所述隔离器件连接所述控制IC，所述连接线外层设置双层屏蔽层。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述检测电路包括电容C1、可变电阻R3、电阻R4，所述可变电阻R3的一端与所述电阻R4一端串联连接后与所述电容C1，所述可变电阻R3与所述电阻R4串联连接的中点连接所述电阻R1，所述电阻R4的另一端连接电阻R2的另一端，所述脉冲控制芯片U2的第6脚高触发端连接电阻R2，第3脚输出端连接所述运算放大器U1的负输入端，所述第2脚低触发端连接所述DC/DC电路与所述输入接口之间的联动开关K1，通过所述联动开关K1进行联动控制脉冲控制芯片U2。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述DC/DC电路包括四个可控三极管T1-T4，所述可控三极管T1-T4构成桥式电路，其基极接收所述PWM驱动器的控制信号。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述PWM驱动器包括光耦电路、放大电路、倍压电路以及滤波电路、输出电路，所述光耦电路用于接收控制IC的控制信号进行光电隔离，所述放大电路对光耦电路输出的信号进行放大，并通过倍压电路进行倍压，通过滤波电路使输出控制信号消除干扰后通过酥松输出电路输出到所述DC/DC电路。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述控制IC包括作差模块、电压电流转换模块、反向模块、电流比较模块、锯齿波发生模块、信号形成模块；所述作差模块包括电压作差模块和电流作差模块；所述电压作差模块接收所述电压稳定控制电路输出电压Vs与输入接口的电压Vr，进行作差输入到电压电流转换模块进行转换后输出参考电流，通过反向模块将所述参考电流反向操作，将反向操作后的所述参考电流与所述输入接口的电流通过电流作差模块作差，输出到电流比较模块得到脉冲参考信号，将脉冲参考信号与所述锯齿波发生模块进行比较后输出到所述信号形成模块形成控制信号。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述输入接口和所述输出接口设置在所述PCB上，所述PCB板包括半导体衬底，位于半导体衬底上的绝缘层，以及位于所述绝缘层上的石墨烯层，所述输入接口位于所述石墨烯层之上，所述输出接口位于所述石墨烯层和绝缘层之间，其一部分与所述石墨烯接触，另一部分与所述绝缘层接触。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述输入接口与所述输出接口设置锁定机构，通过所述锁定机构能够将连接的外部线缆锁住在所述集成电路控制系统上。。
本申请能够通过设置集成的控制系统，方便光伏发电快速进行控制，只需用户将光伏电池与负载连接在所述集成电路控制系统上就可以进行跟随负载控制。本申请能够通过半导体集成电路上进行信号处理时，实时检测光伏发电的信号以及负载需求电压，通过电压和电流控制减少误动作，实时的控制并调节光伏电池与负载之间的匹配度，将整体调节和控制电路集成在PCB板上，用户仅需接入输入线路和输出线路就可以进行光伏发电和负载匹配控制，简洁方便。
附图说明
图1本发明提出一种光伏发电的集成电路控制系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1所示，为本申请提出一种光伏发电的集成电路控制系统的示意图，包括：DC/DC电路、检测电路、电压稳定控制电路、控制IC、PWM驱动器；所述DC/DC电路包括输入接口，所述输入接口用于快速连接光伏电池板，所述DC/DC电路输入端连接所述检测电路，所述检测电路输入端连接负载；所述电压稳定控制电路连接所述检测电路，所述电压稳定控制电路输出电压信号到所述控制IC，所述控制IC输出控制信号到所述PWM驱动器，所述PWM驱动器控制所述DC/DC电路。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述整流电路、检测电路、电压稳定控制电路集成在第一PCB子板上，所述控制IC、PWM驱动器集成在第二PCB子板上，所述第一PCB子板和所述第二PCB子板设置在同一PCB板上，且通过隔离器件隔离，所述PCB板外部设置壳体，壳体内侧设置屏蔽层，壳体外侧引出所述输入接口和输出接口。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述电压稳定控制电路输出电压信号Vs给所述控制IC，所述控制IC根据所述输出电压信号Vs调整输出信号的控制速度，通过所述PWM驱动器驱动所述DC/DC电路以使光伏发电满足电压需求。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述电压稳定控制电路包括电阻R1、电阻R2，所述电阻R1、电阻R2串联的中点连接在运算放大器U1的正输入端，所述运算放大器U1的负输入端连接脉冲控制芯片U2，所述运算放大器U1的输出端连接开关管M2的控制端，所述开关管M2的第二端接地，所述开关管M2第三端连接电流镜像电路，所述电流镜像电路包括开关管M1和开关管M3，所述开关管M1和开关管M3的控制端反向背靠背连接，所述开关管M1的第二端连接所述开关管M2的第三端，所述开关管M1的第三端连接电阻R1的一端，所述开关管M3的第二端连接电池B2，所述开关管M3的第三端连接电阻R1的一端，所述开关管M3的第二端连接开关管M4和开关管M5的控制端，所述开关管M4的第二端和开关管M5的第三端串联连接，所述开关管M5的第二端接地，所述开关管M4的第二端和开关管M5的第三端的连接中点引出连接线，所述连接线穿过所述隔离器件连接所述控制IC，所述连接线外层设置双层屏蔽层。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述检测电路包括电容C1、可变电阻R3、电阻R4，所述可变电阻R3的一端与所述电阻R4一端串联连接后与所述电容C1，所述可变电阻R3与所述电阻R4串联连接的中点连接所述电阻R1，所述电阻R4的另一端连接电阻R2的另一端，所述脉冲控制芯片U2的第6脚高触发端连接电阻R2，第3脚输出端连接所述运算放大器U1的负输入端，所述第2脚低触发端连接所述DC/DC电路与所述输入接口之间的联动开关K1，通过所述联动开关K1进行联动控制脉冲控制芯片U2。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述DC/DC电路包括四个可控三极管T1-T4，所述可控三极管T1-T4构成桥式电路，其基极接收所述PWM驱动器的控制信号。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述PWM驱动器包括光耦电路、放大电路、倍压电路以及滤波电路、输出电路，所述光耦电路用于接收控制IC的控制信号进行光电隔离，所述放大电路对光耦电路输出的信号进行放大，并通过倍压电路进行倍压，通过滤波电路使输出控制信号消除干扰后通过酥松输出电路输出到所述DC/DC电路。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述控制IC包括作差模块、电压电流转换模块、反向模块、电流比较模块、锯齿波发生模块、信号形成模块；所述作差模块包括电压作差模块和电流作差模块；所述电压作差模块接收所述电压稳定控制电路输出电压Vs与输入接口的电压Vr，进行作差输入到电压电流转换模块进行转换后输出参考电流，通过反向模块将所述参考电流反向操作，将反向操作后的所述参考电流与所述输入接口的电流通过电流作差模块作差，输出到电流比较模块得到脉冲参考信号，将脉冲参考信号与所述锯齿波发生模块进行比较后输出到所述信号形成模块形成控制信号。
所述控制IC根据检测信号进行光伏发电的无功控制。所述控制IC检测输入接口处的电流、电压，输出接口的Ua；根据所述实时输出电压Ua与参考电压Ub判断所述发电站是否出现电压跌落。若Ua不小于Ub，则所述发电站输出正常，未出现电压跌落。若Ua小于Ub，则所述发电站出现电压跌落，需补偿无功功率。当所述光伏发电出现电压跌落时，计算实时电压跌落值Uc，Uc＝Ub－Ua。采用比例积分微分调节器整定出当所述实时电压跌落值为Uc时所述发电站需要补偿的无功功率总量Q。所述发电站包含集电线路L1，L2，L3…Li，每条所述集电线路上均设有j个发电单元P11、P12…P1j，P21、P22…P2j，P31、P32…P3j，…Pi1、Pi2…Pij，相应的，每个所述发电单元的电抗为X11、X12…X1j，X21、X22…X2j，X31、X32…X3j，…Xi1、Xi2…Xij；根据公式：Xhk＝，计算各所述发电单元的电抗；其中，Xhk为第h条集电线路上第k个发电单元的电抗，1≤h≤i，1≤k≤j。获取所述集电线路L1，L2，L3…Li的电压U1，U2，U3…Ui；根据公式：Shk＝Xhk÷Uh，计算所述发电单元P11、P12…P1j，P21、P22…P2j，P31、P32…P3j，…Pi1、Pi2…Pij发出的无功功率对所述并网点电压的灵敏度；其中，Shk为第h条集电线路上第k个发电单元发出的无功功率对所述并网点电压的灵敏度，1≤h≤i，1≤k≤j。获取无功补偿装置接入所述发电站电压USVG，根据公式：SSVG＝XSVG÷USVG，计算所述无功补偿装置发出的无功功率对所述并网点电压的灵敏度；其中，SSVG为所述无功补偿装置发出的无功功率对所述并网点电压的灵敏度，XSVG为所述无功补偿装置的电抗以各所述发电单元P11、P12…P1j，P21、P22…P2j，P31、P32…P3j，…Pi1、Pi2…Pij和所述无功补偿装置发出的无功功率对所述并网点电压的灵敏度占总灵敏度的比例为分配权重，进行所述无功功率总量Q分配。根据公式：以各所述发电单元P11、P12…P1j，P21、P22…P2j，P31、P32…P3j，…Pi1、Pi2…Pij发出的无功功率对所述并网点电压的灵敏度占总灵敏度的比例为分配权重，对各所述发电单元P11、P12…P1j，P21、P22…P2j，P31、P32…P3j，…Pi1、Pi2…Pij进行无功功率分配。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述输入接口和所述输出接口设置在所述PCB上，所述PCB板包括半导体衬底，位于半导体衬底上的绝缘层，以及位于所述绝缘层上的石墨烯层，所述输入接口位于所述石墨烯层之上，所述输出接口位于所述石墨烯层和绝缘层之间，其一部分与所述石墨烯接触，另一部分与所述绝缘层接触。
所述的光伏发电的集成电路控制系统，所述输入接口与所述输出接口设置锁定机构，通过所述锁定机构能够将连接的外部线缆锁住在所述集成电路控制系统上。
本申请能够通过设置集成的控制系统，方便光伏发电快速进行控制，只需用户将光伏电池与负载连接在所述集成电路控制系统上就可以进行跟随负载控制。本申请能够通过半导体集成电路上进行信号处理时，实时检测光伏发电的信号以及负载需求电压，通过电压和电流控制减少误动作，实时的控制并调节光伏电池与负载之间的匹配度，将整体调节和控制电路集成在PCB板上，用户仅需接入输入线路和输出线路就可以进行光伏发电和负载匹配控制，简洁方便。
Claims (10)
1.一种光伏发电的集成电路控制系统，其特征在于，包括：DC/DC电路、检测电路、电压稳定控制电路、控制IC、PWM驱动器；所述DC/DC电路包括输入接口，所述输入接口用于快速连接光伏电池板，所述DC/DC电路输入端连接所述检测电路，所述检测电路输入端连接负载；所述电压稳定控制电路连接所述检测电路，所述电压稳定控制电路输出电压信号到所述控制IC，所述控制IC输出控制信号到所述PWM驱动器，所述PWM驱动器控制所述DC/DC电路。
2.如权利要求1所述的光伏发电的集成电路控制系统，其特征在于，所述整流电路、检测电路、电压稳定控制电路集成在第一PCB子板上，所述控制IC、PWM驱动器集成在第二PCB子板上，所述第一PCB子板和所述第二PCB子板设置在同一PCB板上，且通过隔离器件隔离，所述PCB板外部设置壳体，壳体内侧设置屏蔽层，壳体外侧引出所述输入接口和输出接口。
3.如权利要求2所述的光伏发电的集成电路控制系统，其特征在于，所述电压稳定控制电路输出电压信号Vs给所述控制IC，所述控制IC根据所述输出电压信号Vs调整输出信号的控制速度，通过所述PWM驱动器驱动所述DC/DC电路以使光伏发电满足电压需求。
4.如权利要求3所述的光伏发电的集成电路控制系统，其特征在于，所述电压稳定控制电路包括电阻R1、电阻R2，所述电阻R1、电阻R2串联的中点连接在运算放大器U1的正输入端，所述运算放大器U1的负输入端连接脉冲控制芯片U2，所述运算放大器U1的输出端连接开关管M2的控制端，所述开关管M2的第二端接地，所述开关管M2第三端连接电流镜像电路，所述电流镜像电路包括开关管M1和开关管M3，所述开关管M1和开关管M3的控制端反向背靠背连接，所述开关管M1的第二端连接所述开关管M2的第三端，所述开关管M1的第三端连接电阻R1的一端，所述开关管M3的第二端连接电池B2，所述开关管M3的第三端连接电阻R1的一端，所述开关管M3的第二端连接开关管M4和开关管M5的控制端，所述开关管M4的第二端和开关管M5的第三端串联连接。所述开关管M5的第二端接地，所述开关管M4的第二端和开关管M5的第三端的连接中点引出连接线，所述连接线穿过所述隔离器件连接所述控制IC，所述连接线外层设置双层屏蔽层。
5.如权利要求4所述的光伏发电的集成电路控制系统，其特征在于，所述检测电路包括电容C1、可变电阻R3、电阻R4，所述可变电阻R3的一端与所述电阻R4一端串联连接后与所述电容C1，所述可变电阻R3与所述电阻R4串联连接的中点连接所述电阻R1，所述电阻R4的另一端连接电阻R2的另一端，所述脉冲控制芯片U2的第6脚高触发端连接电阻R2，第3脚输出端连接所述运算放大器U1的负输入端，所述第2脚低触发端连接所述DC/DC电路与所述输入接口之间的联动开关K1，通过所述联动开关K1进行联动控制脉冲控制芯片U2。
6.如权利要求5所述的光伏发电的集成电路控制系统，其特征在于，所述DC/DC电路包括四个可控三极管T1-T4，所述可控三极管T1-T4构成桥式电路，其基极接收所述PWM驱动器的控制信号。
7.如权利要求6所述的光伏发电的集成电路控制系统，其特征在于，所述PWM驱动器包括光耦电路、放大电路、倍压电路以及滤波电路、输出电路，所述光耦电路用于接收控制IC的控制信号进行光电隔离，所述放大电路对光耦电路输出的信号进行放大，并通过倍压电路进行倍压，通过滤波电路使输出控制信号消除干扰后通过酥松输出电路输出到所述DC/DC电路。
8.如权利要求7所述的光伏发电的集成电路控制系统，其特征在于，所述控制IC包括作差模块、电压电流转换模块、反向模块、电流比较模块、锯齿波发生模块、信号形成模块；所述作差模块包括电压作差模块和电流作差模块；所述电压作差模块接收所述电压稳定控制电路输出电压Vs与输入接口的电压Vr，进行作差输入到电压电流转换模块进行转换后输出参考电流，通过反向模块将所述参考电流反向操作，将反向操作后的所述参考电流与所述输入接口的电流通过电流作差模块作差，输出到电流比较模块得到脉冲参考信号，将脉冲参考信号与所述锯齿波发生模块进行比较后输出到所述信号形成模块形成控制信号。
9.如权利要求8所述的光伏发电的集成电路控制系统，其特征在于，所述输入接口和所述输出接口设置在所述PCB上，所述PCB板包括半导体衬底，位于半导体衬底上的绝缘层，以及位于所述绝缘层上的石墨烯层，所述输入接口位于所述石墨烯层之上，所述输出接口位于所述石墨烯层和绝缘层之间，其一部分与所述石墨烯接触，另一部分与所述绝缘层接触。
10.如权利要求9所述的光伏发电的集成电路控制系统，其特征在于，所述输入接口与所述输出接口设置锁定机构，通过所述锁定机构能够将连接的外部线缆锁住在所述集成电路控制系统上。
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