CN108695928B - 一种隔离式光伏充电装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离式光伏充电装置，包括输入模块、DC‑DC变换模块、主控制模块、输出模块，其中DC‑DC变换模块包含旁路开关模块、H桥逆变模块、高频变压器模块、整流滤波模块；主控制模块包含主控制单元、输入电压电流采集模块、触发模块、温度采集模块和输出电压电流采集模块，主控制单元用于比较实时采集的H桥逆变模块温度t、输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vout、输出电流Iout的采集数据和主控制单元数据库的标准值，进一步依据当前输出功率与预设的最大输出功率的比较结果，生成相应的控制指令，以驱动触发模块控制H桥逆变模块的MOS管的导通和断开时间，实现分阶段对直流负载进行光伏充电。本发明的装置和方法提高了光伏充电的利用率的同时保障了直流负载及整个装置的安全性。

Description

一种隔离式光伏充电装置与方法

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种隔离式光伏充电装置与方法。

背景技术

光伏发电是一种利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转换为电能的技术。光伏发电利用太阳能电池板将太阳的辐射能量转换为电能，再将电能送往蓄电池中存储起来或推动直流负载工作。目前的太阳能充电系统主要由太阳能电池(也称光伏板)、DC-DC变换电路、蓄电池和控制电路组成。而对于数十瓦特的小功率光伏充电装置而言，大多采用BUCK电路借助管理芯片对锂电池充电进行管理，而对于超过数十瓦特的光伏充电装置，则需要采用BUCK电路或者BOOST电路进行降压或升压处理后再对蓄电池进行充电。

目前，对于高电压(数百伏甚至更大)或高电流(数十安甚至更大)的光伏充电装置来说，由于蓄电池和光伏板之间存在直接电气连接，光伏板和地之间存在寄生电容，会形成寄生电容、滤波元件和蓄电池充电回路阻抗组成的共模谐振回路，从而形成共模电流，它会对充电装置的可靠运行带来安全隐患，因此，需要采用高频变压器进行隔离，借助所构建H桥逆变电路实现功率的输出。

然而实践表明，在利用光伏板给蓄电池充电的过程中，一方面需要提高光伏板的利用率，即尽可能多地让蓄电池存储光伏板所转换的能量，另一方面也需要遵循蓄电池本身的充放电规律不能长时间地大电流充电，如专利文献CN106329626A中公开的一种光伏充电方案，其包含电源模块、主电路模块、控制电路模块、PWM驱动电路模块、蓄电池和MCU控制，其按照蓄电池的特性分3个阶段对蓄电池充电，同时还对过放电池进行预充电，然而其主回路并没有采用安全的隔离方式，也没有实时监测采集的H桥逆变模块温度t、输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vout、输出电流Iout的采集数据。现有光伏充电装置中，采集电路虽然已有光耦隔离，由于主回路并没有采用隔离方式，仍然可能有共模干扰的情况存在，需要进行高频触发变压器进行二次隔离，以确保PWM信号具有较高的抗干扰的能力，进一步提高触发电路的可靠性；同时，电路在启动过程中可能会发生因开机电流过大而导致电路的元器件损坏，需要在输入端进行特殊设计，以保障整个装置软启动；另外，有些充电装置会采用工频变压器隔离，随着装置容量的增加，致使整个装置的尺寸过大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种隔离式光伏充电装置与方法，其通过实时采集的H桥逆变模块温度t、输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vout、输出电流Iout的采集数据，达到分阶段对直流负载即蓄电池进行充电的目的，提高了光伏充电的利用率的同时保障了直流负载及整个装置的安全。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种隔离式光伏充电装置，该装置包括主控制模块和与主控制模块电气连接的DC-DC变换模块，DC-DC变换模块还分别与输入模块和输出模块电气连接，输入模块用于连接太阳能电池板，其中，

DC-DC变换模块包括H桥逆变模块、高频变压器模块和整流滤波模块，H桥逆变模块的输入端与输入模块连接，其输出端电气连接高频变压器模块的输入端，用于将旁路开关模块输出的直流电逆变为高频交流电；高频变压器模块的输出端电气连接整流滤波模块的输入端，用于电气隔离和降压处理H桥逆变模块输出的高频交流电，整流滤波模块的输出端电气连接输出模块的输入端，用于将高频变压器模块输出的高频交流电变为直流电输出给输出模块；

主控制模块包含主控制单元、输入电压电流采集模块、触发模块、温度采集模块和输出电压电流采集模块，其中，输入电压电流采集模块与主控制单元连接，用于实时采集H桥逆变模块输入端的电压数据Vin和电流数据Iin并发送给主控制单元；温度采集模块与主控制单元电气连接，用于实时采集H桥逆变模块的温度数据t发送给所主控制单元；输出电压电流采集模块用于连接整流滤波模块的输出端和主控制单元，用于实时采集整流滤波模块的输出端的电压数据Vout和电流数据Iout并发送给主控制单元；

触发模块与主控制单元和H桥逆变模块电气连接，主控制单元用于对接收的温度数据t、输入端的电压数据Vin、输入端的电流数据Iin、输出端的电压数据Vout和输出端的电流数据Iout的采集数据进行处理，分别获取各数据与对应标准值的比较结果，根据比较结果同时结合当前输出功率Pout与预设的最大输出功率Pout(max)，以此生成对应的控制指令，以用于驱动触发模块控制H桥逆变模块的MOS管的导通和断开时间，从而实现分阶段对直流负载进行光伏充电。

作为本发明的进一步改进，其中，比较结果为：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值4≤Iout≤阈值5，且当前输出功率Pout不大于最大输出功率Pout(max)，控制指令为增加触发模块的MOS管导通时间。

作为本发明的进一步改进，其中，比较结果为：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值6＞Iout＞阈值5，且当前输出功率Pout不大于最大输出功率Pout(max)，控制指令为减少触发模块的MOS管导通时间。

作为本发明的进一步改进，其中，比较结果为：Vin<阈值1，或者Vin＞阈值2，或者t＞阈值3，或者Iout＞阈值6，或者Iout<阈值4，控制指令为断开触发模块的MOS管。

作为本发明的进一步改进，发出控制指令后，更新预设的最大输出功率Pout(max)为当前输出功率Pout。

作为本发明的进一步改进，主控制模块设置有旁路开关控制模块，输入模块和H桥逆变模块的输入端之间还设置有旁路开关模块，旁路开关控制模块用于连接主控制单元和旁路开关模块的控制端，用于依据主控制单元发出的命令来控制旁路开关模块的开关断开或闭合。

作为本发明的进一步改进，旁路开关控制模块还设置有光耦隔离芯片，用于光耦隔离接收的主控制单元发送的PWM命令。

作为本发明的进一步改进，旁路开关控制模块还用于隔离式光伏充电装置的软启动。

作为本发明的进一步改进，触发模块还设置有脉冲变压器，用于进一步电气隔离光耦隔离芯片转发的PWM命令。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种隔离式光伏充电方法，利用设置有DC-DC变换模块的光伏充电装置进行直流负载充电，具体包括如下步骤：

(1)实时采集DC-DC变换模块的温度数据t、DC-DC变换模块的输入电压数据Vin、输入电流数据Iin、DC-DC变换模块的输出电压数据Vout和输出电流数据Iout；

(2)比较实时采集的温度数据t、输入电压数据Vin、输入电流数据Iin、输出电压数据Vout和输出电压数据Iout与对应的标准值：

(2-1)比较结果为：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值4≤Iout≤阈值5，且当前输出功率Pout不大于最大输出功率Pout(max)时，递增占空比，以实现增加直流负载的充电时间，更新预设的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值；

(2-2)比较结果为：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值6＞Iout＞阈值5，且当前输出功率Pout不大于最大输出功率Pout(max)，递减占空比，以实现减少直流负载的充电时间，更新预设的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值；

(2-3)比较结果为：Vin<阈值1，或者Vin＞阈值2，或者t＞阈值3，或者Iout＞阈值6，或者Iout<阈值4，关断直流负载充电，更新预设的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的隔离式光伏充电装置与方法，通过实时监测采集的H桥逆变模块温度t、输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vout、输出电流Iout的采集数据，达到分阶段对直流负载即蓄电池进行充电的目的，提高了光伏充电的利用率的同时保障了直流负载及整个装置的安全性。

本发明的隔离式光伏充电装置与方法，通过基于光耦与高频隔离变压器相结合的双级隔离方式应用于H桥逆变模块的触发脉冲电路中，既解决了充电电源的共模干扰的问题，又最大限度地提高了触发板的抗干扰能力与触发的可靠性。

本发明的隔离式光伏充电装置与方法，通过控制旁路开关控制模块使整个装置软起动，防止电路在启动过程中可能会发生因开机电流过大而导致电路的元器件损坏。

附图说明

图1是本发明实施例的隔离式光伏充电装置框图；

图2是本发明实施例的隔离式光伏充电装置电路示意图；

图3是本发明实施例的隔离式光伏充电装置主控制模块连接示意图；

图4为本发明实施例的隔离式光伏充电装置旁路开关控制模块连接示意图；

图5为本发明实施例的隔离式光伏充电装置触发模块连接示意图；

图6为本发明实施例的隔离式光伏充电装置输入电压电流采集模块连接示意图；

图7为本发明实施例的隔离式光伏充电装置输出电压电流采集模块连接示意图；

图8为本发明实施例的隔离式光伏充电装置温度采集模块连接示意图；

图9为本发明实施例的隔离式光伏充电装置通讯模块连接示意图；

在所有附图中，同样的附图标记用来表示相同的元件或结构，具体为：输入模块1、DC-DC变换模块2、旁路开关模块2-1、H桥逆变模块2-2、高频变压器模块2-3、整流滤波模块2-4、主控制模块3、旁路开关控制模块3-1，输入电压电流采集模块3-2、第一输入电压电流采集模块3-2-1、第二输入电压电流采集模块3-2-2、触发模块3-3、第一触发模块3-3-1、第二触发模块3-3-2、温度采集模块3-4、第一温度采集模块3-4-1、第二温度采集模块3-4-2、温度传感器模块3-5、第一温度传感器模块3-5-1、第二温度传感器模块3-5-2、输出电压电流采集模块3-6、第一输出电压电流采集模块3-6-1、第二输出电压电流采集模块3-6-2、CAN通信模块3-7、第一CAN通信模块3-7-1、第二CAN通信模块3-7-2、主控制单元3-8、用户通信接口单元3-9、通信单元3-10、输出模块4。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

为方便介绍发明内容，定义和解释相关术语如下：

图1和图2分别是本发明实施例的隔离式光伏充电装置框图和电路示意图。如图1和图2所示，隔离式光伏充电装置包含输入模块1、DC-DC变换模块2、主控制模块3和输出模块4，其中，DC-DC变换模块2包含旁路开关模块2-1、H桥逆变模块2-2、高频变压器模块2-3和整流滤波模块2-4，主控制模块3包含旁路开关控制模块3-1，输入电压电流采集模块3-2、触发模块3-3、温度采集模块3-4、温度传感器模块3-5、输出电压电流采集模块3-6、主控制单元3-8和通信模块，其中通信模块包含CAN通信模块3-7、用户通信接口单元3-9和通信单元3-10。

如图2所示，输入模块1经由T₁接线端子与旁路开关模块2-1的保险管FU1相连，输入模块1用于连接太阳能电池板和旁路开关模块2-1，保险管FU1的另一端接MOS管S₅的S_D5脚，MOS管S₅的S_S5脚接电容C₁的正极，电容C₁的负极经由T₂接线端子与旁路开关模块2-1和输入模块1相连，电阻R₁并联在MOS管S₅的S_D5脚与S_S5脚之间，电容C₁的正极接输入电流传感器A_in的1脚，输入电流传感器A_in的2脚接MOS管S₁的S_D1脚，输入电压电流采集模块3-2通过输入电流传感器A_in采集输入电流；

MOS管S₁的S_D1脚接MOS管S₃的S_D3脚，MOS管S₁的S_S1脚接MOS管S₂的S_D2脚，H桥逆变模块2-2中的MOS管S₁、S₂、S₃和S₄用于将旁路开关模块输出的直流电逆变为高频交流电，MOS管S₃的S_S3脚接MOS管S₄的S_D4脚，MOS管S₁的S_S1脚经由T₃接线端子与高频变压器模块2-3相连，MOS管S₄的S_D4脚经由T₄接线端子与高频变压器模块2-3相连，高频变压器模块2-3经由T₅、T₆接线端子与整流滤波模块2-4中二极管D₂、D₄的阳极相连，二极管D₂的阳极接二极管D₁的阴极，二极管D₄的阳极接二极管D₃的阴极，整流滤波模块2-4经由T₇接线端子与电感L₁相连，电感L₁的另一端接电容C₂的正极，高频变压器模块2-3可以电气隔离H桥逆变模块2-2输出的高频交流电同时对其进行升/降压处理；

整流滤波模块2-4经由T₈接线端子与电容C₂的负极相连，电容C₂的正极接输出电压传感器U_out的1脚，电容C₂的负极接输出电压传感器U_out的2脚，输出电压传感器U_out的1脚接输出电流传感器A_out的1脚，输出电流传感器A_out的2脚接二极管D₅的阳极，输出电压传感器U_out的2脚接二极管D₆的阳极，二极管D₅的阴极接二极管D₆的阴极，二极管D₆的阴极经由T₉接线端子与输出模块4相连，二极管D₆的阳极经由T₁₀接线端子与输出模块5相连，整流滤波模块2-4将高频变压器模块2-3输出的高频交流电变为直流电输出给输出模块4，输出电压电流采集模块3-6可通过输出电流传感器A_out和输出电压传感器U_out采集输出的电压电流。

图3是本发明实施例的隔离式光伏充电装置主控制模块连接示意图。如图3所示，主控制单元3-8中的主芯片A₁采用STM32F417系列ARM充当CPU，其集成了7重AHB总线矩阵和多通道DMA控制器，支持程序执行和数据传输并行处理，主芯片A₁的第105脚、第109脚、第110脚、第133脚和第25脚接编程接口J₁，芯片A₁的第138脚接电阻R₂的一端，电阻R₂的另一端接地线GND1，芯片A₁的第6脚接电源U_DD，芯片A₁的第6脚接电容C₃的一端，电容C₃的另一端接地线GND1，芯片A₁的第33脚接电感L₂的一端，电感L₂的另一端接电源U_S1+，芯片A₁的第33脚同时接电容C₅的正极，电容C₅的负极接地线GND1，电容C4的一端与芯片A₁的第33脚相连，电容C₄的一端与芯片A₁的第33脚相连，电容C₄的另一端接地线GND1，芯片A₁的第33脚接电源U_DD，芯片A₁的第31脚接地线GND1，芯片A₁的第121脚接电源U_S1+，电容C₆的一端与芯片A₁的第121脚相连，电容C₆的另一端接地线GND1，芯片A₁的第23脚接电容C₇的一端，电容C₇的另一端接地线GND1，芯片A₁的第24脚接电阻R₂的一端，电阻R₃的另一端接电容C₈的一端，电容C₈的另一端接地线GND1，晶振Y₁的外壳接地线GND1，晶振Y₁的一端接芯片A₁的第23脚，晶振Y₁的另一端接电容C₈的一端，电容C₈的另一端接地线GND1，芯片A₁的第106脚接电容C₉的一端，电容C₉的另一端接地线GND1，芯片A₁的第71脚接电容C₁₀的一端，电容C₁₀的另一端接地线GND1，芯片A₁的第143脚接电容C₁₁的一端，电容C₁₁的另一端接地线GND1，芯片A₁的第143脚接电感L₃的一端，电感L₃的另一端接电源U_S1+，电容C₁₂的一端接电源U_S1+，电容C₁₂的另一端接地线GND1，芯片A₁的第8脚接电容C₁₃的一端，电容C₁₃的另一端接地线GND1，芯片A₁的第9脚接电容C₁₄的一端，电容C₁₄的另一端接地线GND1，晶振Y₂的一端接芯片A₁的第8脚，晶振Y₂的另一端接芯片A₁的第9脚，芯片A₁的第120脚接地线GND1。

如图3所示，芯片A₁的第67脚经由接线端子N₂₈与旁路开关控制模块3-1相连，芯片A₁的第40、44脚经由接线端子N₂₉、N₃₀与输入电压电流采集模块3-2相连，芯片A₁的第48、46脚经由接线端子N₃₁、N₃₂与触发模块3-3相连，芯片A₁的第28、26脚经由接线端子N₃₃、N₃₄与温度采集模块3-4相连，芯片A₁的第36、34脚经由接线端子N₃₅、N₃₆与输出电压电流采集模块3-6相连，芯片A₁的第36、34脚经由接线端子N₃₅、N₃₆与输出电压电流采集模块3-6相连，芯片A₁的第140、139、136、135脚经由接线端子N₃₇～N₄₀与CAN通信模块3-7相连。

图4为本发明实施例的隔离式光伏充电装置旁路开关控制模块连接示意图。如图4所示，旁路开关控制模块3-1中的芯片A₂为TI公司的SN74LV1T126芯片，是一款具有较宽电压范围的低压CMOS门逻辑电路芯片，其具有三态输出的单电源单缓冲器门CMOS逻辑电平转换器，芯片A₃为光耦隔离芯片，用以完成控制主控制单元3-8对MOSFET的控制，A₄为MOSFET的驱动芯片，用以驱动MOSFET，其中，芯片A₂的第2脚经由接线端子N₂₈与主控制单元3-8相连，芯片A₂的第3脚接地线GND1，芯片A₂的第1脚接电源U₁，芯片A₂的第5脚接电源U₁，芯片A₂的第4脚接电阻R₄的一端，电阻R₄的另一端接电容C₁₅，电容C₁₅的另一端接电源U₁，二极管D₇并联在电容C₁₅两端，芯片A₃的第1脚接电源U₁，芯片A₃的第3脚接电阻R₄的另一端，芯片A₃的第4脚接地线GND2，芯片A₃的第6脚接电源U₂，电容C₁₆的一端接电源U₂，电容C₁₆的另一端接地线GND2，芯片A₃的第5脚接电阻R₅的一端，电阻R₅的另一端接芯片A₄的第2脚和第4脚，芯片A₄的第3脚接地线GND2，芯片A₄的第6脚接电源U₂，电源U₂接电容C₁₇的一端，电容C₁₇的另一端接地线GND2，电容C₁₈并联在电容C₁₇的两端，芯片A₄的第5脚和第7脚接电阻R₆的一端，电阻R₆的另一端接电容C₁₉的一端，电容C₁₉的另一端接地线GND2，电阻R₇并联在电容C₁₉的两端，电阻R₆的另一端接二极管D₈的一端，二极管D₈的另一端接二极管D₉的一端，二极管D₉的另一端接地线GND2，电阻R₆的另一端经由接线端子N₁与MOS管S₅的S_G5脚相连，电阻R₇的另一端经由接线端子N₂与MOS管S₅的S_S5脚相连。上电时，光伏板输出电压经由充电限流电阻R₁，给输入端的电容器C₁充电，一旦主控制单元检测到输入电压超过所设定的充电阈值电压时，主控制单元便给旁路开关模块发送闭合指令，使其闭合，将充电限流电阻R₁给旁路，从而完成缓启动过程，光耦隔离芯片A₃用于接收的主控制单元发送的PWM命令并对其进行光耦隔离。

图5为本发明实施例的隔离式光伏充电装置触发模块连接示意图。如图5所示，第一触发模块3-3-1中的芯片A₅-A₇也为MOSFET的驱动芯片，用以驱动MOSFET，其中芯片A₅的第2脚经由接线端子N₃₁与主控制单元3-8相连，芯片A₅的第3脚接地线GND1，芯片A₅的第1脚接电源U₁，芯片A₅的第5脚接电源U₁，芯片A₅的第4脚接电阻R₈的一端，电阻R₈的另一端接电容C₂₀，电容C₂₀的另一端接电源U₁，二极管D₁₀并联在电容C₂₀两端，芯片A₆的第1脚接电源U₁，芯片A₆的第3脚接电阻R₈的另一端，芯片A₆的第4脚接地线GND2，芯片A₆的第6脚接电源U₂，电容C₂₁的一端接电源U₂，电容C₂₁的另一端接地线GND2，芯片A₆的第5脚接电阻R₉的一端，电阻R₉的另一端接芯片A₇的第2脚和第4脚，芯片A₇的第3脚接地线GND2，芯片A₇的第6脚接电源U₂，电源U₂接电容C₂₂的一端，电容C₂₂的另一端接地线GND2，电容C₂₃并联在电容C₂₂的两端，芯片A₇的第5脚和第7脚接电阻R₁₀的一端，电阻R₁₀的另一端接电容C₂₄的一端，电容C₂₄的另一端接地线GND2，电阻R₁₁并联在电容C₂₄的两端，电阻R₁₀的另一端接二极管D₁₁的一端，二极管D₁₁的另一端接二极管D₁₂的一端，二极管D₁₂的另一端接地线GND2，电阻R₁₀的另一端接MOS管S₆的S_G6脚，电阻R₁₁的另一端接MOS管S₆的S_S6脚，MOS管S₆的S_D6脚接电容C₂₅的一端，电容C₂₅的另一端接二极管D₁₃的一端，二极管D₁₃的另一端接电阻R₁₂的一端，电阻R₁₂的另一端接电源U₂，脉冲变压器PWM-S1包含两个副方线圈，其中一个线圈副方的同名端接R₁₄的一端，异名端接二极管D₁₆，电阻R₁₄的另一端接二极管D₁₄的一端，二极管D₁₄的另一端接二极管D₁₆的一端，电阻R₁₆和电容C₂₆并联于二极管D₁₆的两端，电容C₂₆的一端接二极管D₁₈的一端，二极管D₁₈的另一端接二极管D₁₉的一端，二极管D₁₉的另一端接电容C₂₆的一端，二极管D₁₈的一端经由接线端子N₈与H桥逆变模块2-2相连，二极管D₁₉的一端经由接线端子N₉与H桥逆变模块2-2相连，另外一个线圈副方的同名端接R₁₅的一端，异名端接二极管D₁₇，电阻R₁₅的另一端接二极管D₁₅的一端，二极管D₁₅的另一端接二极管D₁₇的一端，电阻R₁₇和电容C₂₇并联于二极管D₁₇的两端，电容C₂₇的一端接二极管D₂₀的一端，二极管D₂₀的另一端接二极管D₂₁的一端，二极管D₂₁的另一端接电容C₂₇的一端，二极管D₂₀的一端经由接线端子N₁₂与DC-DC变换单元中的H桥逆变模块2-2相连，二极管D₂₁的一端经由接线端子N₁₃与DC-DC变换单元中的H桥逆变模块2-2相连。第二触发模块3-3-2电路连接与第一触发模块3-3-1类似，第二触发模块3-3-2经由接线端子N₃₂与主控制单元3-8相连，触发电路3-3-2经由接线端子N₁₀、N₁₁、N₁₄、N₁₅与H桥逆变模块2-2相连。脉冲变压器PWM-S1用于依据光耦隔离芯片转发的PWM命令发送触发脉冲给H桥逆变模块的控制端，同时脉冲变压器PWM-S1再一次电气隔离光耦隔离芯片转发的PWM命令，从而进一步确保PWM命令的可靠性。

图6为本发明实施例的隔离式光伏充电装置输入电压电流采集模块连接示意图。如图6所示，输入电压电流采集模块3-3的A₈芯片为ADA4805，用于高速电压反馈和轨到轨输出放大器，A₉和A₁₁芯片为AD8606，用于模拟双二阶滤波器使得输出频率相应较为平和，A₁₀芯片为HCPL-7800，用于检测外部电阻所产生的模拟电压降并在另一端产生与电机电流成正比的输出电压，可以通过运算放大器转换为单端信号；

第一输入电压电流采集模块3-3-1经由接线端子N₄与输入电流传感器A_in的第4脚相连，输入电流传感器A_in的第3脚经由接线端子N₃与U₊相连，输入电流传感器A_in的第5脚经由接线端子N₅与U_-相连，电阻R₁₈的一端经由接线端子N₄与输入电流传感器A_in的第4脚相连，电阻R₁₈的另一端接地线GND3，电容C₂₈和二极管D₂₂分别并联在电阻R₁₈两端，输入电流传感器A_in的第4脚经由接线端子N₄与电阻R₁₉的一端相连，电阻R₁₉的另一端与芯片A₈的第3脚相连，芯片A₈的第4脚接地线GND3，芯片A₈的第2脚接第1脚，芯片A₈的第1脚接电阻R₂₀的一端，电阻R₂₀的另一端接电阻R₂₁的一端，电阻R₂₁的另一端接芯片A₈的第5脚，电阻R₂₀的另一端接电容C₂₉的一端，电容C₂₉的另一端接芯片A₈的第6脚，芯片A₈的第5脚接电容C₃₀的一端，电容C₃₀的另一端接地线GND3。芯片A₈的第8脚接电源U₃，芯片A₈的第7脚接芯片A₈的第6脚。芯片A₈的第7脚接电阻R₂₂的一端，电阻R₂₂的另一端接电阻R₂₃的一端，电阻R₂₃的另一端接芯片A₉的第3脚，芯片A₉的第3脚接电容C₃₂的一端，电容C₃₂的另一端接地线GND3。芯片A₉的第4脚接地线GND3。芯片A₉的第2脚接芯片A₉的第1脚。芯片A₉的第1脚接电容C₃₁的一端，电容C₃₁的另一端接电阻R₂₃的一端，电阻R₂₃的另一端接芯片A₉的第3脚。芯片A₉的第1脚接双向二极管D₂₃的一端，双向二极管D₂₃的另一端接芯片A₉的第5脚。芯片A₉的第5脚接滑动变阻器RV1的第3脚，芯片A₉的第1脚接滑动变阻器RV1的第1脚，滑动变阻器RV1的第2脚接地线GND3，电容C₃₃并联在滑动变阻器RV1的两端，芯片A₉的第8脚电源U₃，芯片A₉的第6脚接芯片A₉的第7脚，芯片A₉的第7脚接电阻R₂₅的一端，电阻R₂₅的另一端接芯片A₁₀的第2脚，芯片A₁₀的第3脚和第4脚接地线GND3。芯片A₁₀的第1脚接电源U₃，电源U₃接电容C₃₄的一端，电容C₃₄的另一端接地线GND3。芯片A₁₀的第5脚接地线GND1。芯片A₁₀的第8脚接电源U_S2+，电源U_S2+接电容C₃₅的一端，电容C₃₅的另一端接地线GND1。芯片A₁₀的第7脚接电阻R₂₆的一端，电阻R₂₆的另一端接芯片A₁₁的第3脚，芯片A₁₀的第6脚接电阻R₂₇的一端，电阻R₂₇的另一端接芯片A₁₁的第2脚，芯片A₁₁的第2脚接电阻R₂₉的一端，电阻R₂₉的另一端接滑动变阻器RV2的第1脚，滑动变阻器RV2的第2脚接芯片A₁₁的第1脚，芯片A₁₁的第3脚接电阻R₂₈的一端，电阻R₂₈的另一端接地线GND1,芯片A₁₁的第4脚接地线GND2。芯片A₁₁的第5脚接电阻R₃₀的一端，电阻R₃₀的另一端接滑动变阻器RV2的第3脚，芯片A₁₁的第5脚接电容C₃₇的一端，电容C₃₇的另一端接地线GND1。芯片A₁₁的第8脚接电源U₁，电源U₁接电容C₃₆的一端，电容C₃₆的另一端接地线GND1。芯片A₁₁的第6脚接芯片A₁₁的第7脚。芯片A₁₁的第6脚接双向二极管D₂₄的一端，双向二极管D₂₄的另一端接地线GND1。芯片A₁₁的第7脚经由接线端子N₂₉与主控制器单元3-8相连。第二输入电压电流采集模块3-3-2经由接线端子N_B与输入电压传感器U_in的第4脚相连，经由接线端子N_A与输入电压传感器U_in的第3脚相连，经由接线端子N_C与输入电压传感器U_in的第5脚相连，电压传感器U_in的第1脚经由接线端子N₆与PV+相连，电压传感器U_in的第2脚经由接线端子N₇与PV-相连，第二输入电压电流采集模块3-3-2与第一输入电压电流采集模块3-3-1类似，经由接线端子N₃₀与主控制器单元3-8相连。因此，输入电压电流采集模块3-3可以采集输入电流传感器A_in得到Iin数据和输入电压传感器U_in得到Uin数据并完整的反馈给主控器单元3-8。

图7为本发明实施例的隔离式光伏充电装置输出电压电流采集模块连接示意图，如图7所示，与输入电压电流采集模块类似，输出电压电流采集模块3-6可以采集输出电流传感器A_out得到Iout数据和输入电压传感器U_out得到Uout数据并完整的反馈给主控器单元3-8。

图8为本发明实施例的隔离式光伏充电装置温度采集模块连接示意图。如图8所示，芯片A₁₆是AD623芯片，用于放大采样信号，采用3V至12V电源电压时提供轨到轨输出摆幅，芯片A₂₁是LM4140芯片，用来提供基准电压的芯片。

如图8所示，芯片A₂₁的第1脚接地线GND3，芯片A₂₁的第2脚接芯片A₂₁的第3脚，芯片A₂₁的第2脚接电源U₃，芯片A₂₁的第4脚接地线GND3。电源U₃接电容C₆₂的正极，电容C₆₂的负极接地线GND3。电容C₆₁并联在C₆₂的两端。芯片A₂₁的第7脚接芯片A₂₁的第8脚，芯片A₂₁的第7脚接地线GND3。芯片A₂₁的第6脚接芯片A₂₀的第3脚，芯片A₂₁的第6脚接电容C₆₀的正极，电容C₆₀的负极接地线GND3。电容C₅₉并联在电容C₆₀的两端。芯片A₂₀的第4脚接地线GND3。芯片A₂₀的第1脚、第2脚和第5脚接在一起。芯片A₂₀的第8脚接电源U₃。芯片A₂₀的第6脚接芯片A₂₀的第7脚，芯片A₂₀的第7脚接电容C₅₈的一端，电容C₅₈的另一端接地线GND3。芯片A₂₀的第7脚接电阻R₅₆的一端，电阻R₅₆的另一端接电阻R₅₄的一端，电阻R₅₄的另一端接芯片A₁₉的第7脚，芯片A₁₉的第6脚接芯片A₁₉的第7脚。芯片A₁₉的第6脚接电源U₃。芯片A₂₀的第7脚接电阻R₅₆的一端，电阻R₅₆的另一端接芯片A₁₉的第3脚，芯片A₁₉的第4脚接地线GND3。芯片A₁₉的第5脚接电阻R₅₂的一端，电阻R₅₂的另一端接芯片A₁₉的第1脚，芯片A₁₉的第1脚接电阻R₅₃的一端，电阻R₅₃的另一端接芯片A₁₉的第2脚，芯片A₁₉的第2脚接电阻R₅₅的一端，电阻R₅₅的另一端接地线GND3。

芯片A₁₉的第1脚接电阻R₅₂的一端，电阻R₅₂的另一端经由接线端子N₁₆与第一温度传感器模块3-5-1相连。电容C₄₈的一端经由接线端子N₁₇与第一温度传感器模块3-5-1相连，电容C₄₈的另一端与电阻R₄₄的一端相连，电阻R₄₄的另一端与芯片A₁₆的第2脚相连，双向二极管D₂₈的一端经由接线端子N₁₈与第一温度传感模块3-5-1相连，双向二极管D₂₈的另一端与电阻R₄₅的一端相连，电阻R₄₅的另一端与芯片A₁₆的第3脚相连，芯片A₁₆的第3脚接电容C₅₁的一端，电容C₅₁的另一端接地线GND3。芯片A₁₆的第2脚接电容C₄₉的一端，电容C₄₉的另一端接地线GND3。芯片A₁₆的第2脚接电容C₅₀的一端，电容C₅₀的另一端接芯片A₁₆的第3脚。芯片A₁₆的第5脚接底线GND3。电源U₃接芯片A₁₆的第7脚，电源U₃接电容C₅₂的正极，电容C₅₂的负极接地线GND3。电容C₅₃并联在电容C₅₂的两端。芯片A₁₆的第6脚接电阻R₄₆的一端，电阻R₄₆的另一端与芯片A₁₇的第2脚相连，芯片A₁₇的第3脚和第4脚相连，芯片A₁₇的第3脚接地线GND3，芯片A₁₇的第1脚接电源U₃，电源U₃接电容C₅₄的一端，电容C₅₄的另一端地线GND3。芯片A₁₇的第8脚接电源U₁，电源U₁接电容C₅₅的一端，电容C₅₅的另一端地线GND1。芯片A₁₇的第5脚接GND1，芯片A₁₇的第7脚接电阻R₄₇的一端，电阻R₄₇的另一端与芯片A₁₈的第3脚相连，芯片A₁₇的第6脚接电阻R₄₈的一端，电阻R₄₈的另一端与芯片A₁₈的第2脚相连，芯片A₁₈的第4脚接地线GND1，芯片A₁₈的第2脚接电阻R₅₀的一端，电阻R₅₀的另一端接滑动变阻器RV5的第1脚，滑动变阻器RV5的第2脚和第3脚接芯片A₁₈的第1脚，芯片A₁₈的第1脚接电阻R₅₁的一端，电阻R₅₁的另一端与芯片A₁₈的第5脚相连，芯片A₁₈的第5脚接电容C₅₇的一端，电容C₅₇的另一端接地线GND1。芯片A₁₈的第8脚接电源U₁，电源U₁接电容C₅₆的一端，电容C₅₆的另一端地线GND1。芯片A₁₈的第6脚接第7脚，芯片A₁₈的第7脚接双向二极管D₂₉的一端，双向二极管D₂₉的另一端接地线GND1，芯片A₁₈的第7脚经由接线端子N₃₃与主控制单元3-8相连。第二温度采集模块3-4-2与第一温度采集模块3-4-1类似，第二温度采集模块3-4-2经由接线端子N₁₉-N₂₁与温度传感器第二模块3-5-2相连，第二温度采集模块3-4-2经由接线端子N₃₄与主控制单元3-8相连。温度采集模块3-4通过温度传感器模块3-5采集述H桥逆变模块的温度数据t并发送给主控制单元3-8。

图9为本发明实施例的隔离式光伏充电装置通信模块连接示意图。如图9所示，第一CAN通信电路3-7-1中芯片A₂₂的第4脚经由接线端子N₃₇与主控制模块3-8相连，芯片A₂₂的第5脚经由接线端子N₃₈与主控制模块3-8相连，芯片A₂₂的第1脚接电源U_S1+，芯片A₂₂的第2脚接地线GND1，芯片A₂₂的第6脚接地线GND1，芯片A₂₂的第10脚接地线GND_CAN，芯片A₂₂的第11脚接电阻R₅₇，电阻R₅₇的另一端经由接线端子N₄₂与用户通信接口单元3-9相连，二极管D₃₃的阳极接芯片A₂₂的第11脚，二极管D₃₃的阴极接双向二极管D₃₂的一端，二极管D₃₄的阴极接芯片A₂₂的第11脚，芯片A₂₂的第12脚接电阻R₅₆，二极管D30的阳极接芯片A₂₂的第12脚，二极管D₃₀的阴极接双向二极管D₃₂的一端，二极管D₃₁的阴极接芯片A₂₂的第12脚，二极管D₃₁的阳极接双向二极管D₃₂的一端，电阻R₅₈的一端接电阻R₅₆，电阻R₅₈的另一端接电阻R₅₇，气体放电管GDT1的第1脚经由接线端子N₄₁与用户通信接口单元3-9相连，气体放电管GDT1的第2脚经由接线端子N₄₂与用户通信接口单元3-9相连，气体放电管GDT1的第3脚经由接线端子N₄₃与机壳地EARTH相连，电阻R₅₉并联在接线端子N₄₁与N₄₂之间。

如图9所示，第二CAN通信电路3-7-2与第一CAN通信电路3-7-1类似，第二CAN通信电路3-7-2经由接线端子N₃₉、N₄₀与主控制模块3-8相连，第二CAN通信电路3-7-2经由接线端子N₄₄-N₄₆与通信单元3-10相连。

主控制单元3-8用于比较实时采集的t、Vin、Iin、Vout、Iout的采集数据和主控制单元数据库的标准值，同时满足如下条件时：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值4≤Iout≤阈值5时，主控制单元比较当前输出功率Pout与数据库中的最大输出功率Pout(max)，当前输出功率Pout的计算方法为：Pout＝Uout×Iout；Pout＞Pout(max)时，维持原占空比不变；否则，主控制单元发送占空比变大即增加触发模块的MOS管导通时间的命令给触发模块；主控制单元更新主控制单元数据库中的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值。

主控制单元3-8还用于比较实时采集的t、Vin、Iin、Vout、Iout的采集数据和主控制单元数据库的标准值，同时满足如下条件时：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值6＞Iout＞阈值5，主控制单元比较当前输出功率Pout与数据库中的最大输出功率Pout(max)，当前输出功率Pout的计算方法为：Pout＝Uout×Iout；Pout≥Pout(max)时，维持原占空比不变；否则，主控制单元将当前占空比递减即减少触发模块的MOS管导通时间，若递减的占空比为正数，则主控制单元发送占空比递减的命令给触发模块，若递减的占空比为零或者负数，则主控制单元发送占空比为零即触发模块的MOS管断开的命令给触发模块并发出MOS管已断开的警报；主控制单元更新主控制单元数据库中的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值。

主控制单元3-8还用于比较实时采集的t、Vin、Iin、Vout、Iout的采集数据和主控制单元数据库的标准值，满足如下条件之一时：Vin<阈值1，或者Vin＞阈值2，或者t＞阈值3，或者Iout＞阈值6，或者Iout<阈值4时，主控制单元发送占空比为零即触发模块的MOS管断开的命令给触发模块并发出MOS管已断开的警报；主控制单元更新主控制单元数据库中的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值。

本发明实施例的隔离式光伏充电的方法，具体包括如下步骤：

(1)实时采集DC-DC变换模块的温度数据t、DC-DC变换模块的输入电压数据Vin、输入电流数据Iin、DC-DC变换模块的输出电压数据Vout和输出电流数据Iout；

(2)设置时间周期T，在时间周期T内比较实时采集的t、Vin、Iin、Vout、Iout的采集数据和数据库的标准值：

(2-1)同时满足如下条件时：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值4≤Iout≤阈值5，比较当前输出功率Pout与预设的最大输出功率Pout(max)，当前输出功率Pout的计算方法为：Pout＝Uout×Iout；

Pout＞Pout(max)时，维持原占空比不变；否则，递增占空比，即增加直流负载的充电时间；

更新预设的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值，返回步骤1；

(2-2)同时满足如下条件时：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值6＞Iout＞阈值5，比较当前输出功率Pout与预设的最大输出功率Pout(max)，当前输出功率Pout的计算方法为：Pout＝Uout×Iout；

Pout≥Pout(max)时，维持原占空比不变；否则，递减占空比，若递减的占空比为正数，则减少直流负载的充电时间，若递减的占空比为零或者负数，则关断直流负载充电并发生充电已断开的警报；

更新预设的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值，返回步骤1；

(2-3)满足如下条件之一时：Vin<阈值1，或者Vin＞阈值2，或者t＞阈值3，或者Iout＞阈值6，或者Iout<阈值4时，则关断直流负载充电并发生充电已断开的警报；

更新预设的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值，返回步骤1。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种隔离式光伏充电装置，该装置包括主控制模块和与主控制模块电气连接的DC-DC变换模块，所述DC-DC变换模块还分别与输入模块和输出模块电气连接，所述输入模块用于连接太阳能电池板，其中，

所述DC-DC变换模块包括H桥逆变模块、高频变压器模块和整流滤波模块，所述H桥逆变模块的输入端与输入模块连接，其输出端电气连接所述高频变压器模块的输入端，用于将旁路开关模块输出的直流电逆变为高频交流电；所述高频变压器模块的输出端电气连接所述整流滤波模块的输入端，用于电气隔离和降压处理所述H桥逆变模块输出的高频交流电，所述整流滤波模块的输出端电气连接所述输出模块的输入端，用于将所述高频变压器模块输出的高频交流电变为直流电输出给所述输出模块；

所述主控制模块包含主控制单元、输入电压电流采集模块、触发模块、温度采集模块和输出电压电流采集模块，其中，所述输入电压电流采集模块与所述主控制单元连接，用于实时采集所述H桥逆变模块输入端的电压数据Vin和电流数据Iin并发送给所述主控制单元；所述温度采集模块与所述主控制单元电气连接，用于实时采集所述H桥逆变模块的温度数据t发送给所述主控制单元；所述输出电压电流采集模块用于连接所述整流滤波模块的输出端和所述主控制单元，用于实时采集所述整流滤波模块的输出端的电压数据Vout和电流数据Iout并发送给所述主控制单元；

所述触发模块与所述主控制单元和H桥逆变模块电气连接，所述主控制单元用于对接收的温度数据t、输入端的电压数据Vin、输入端的电流数据Iin、输出端的电压数据Vout和输出端的电流数据Iout的采集数据进行处理，分别获取各数据与对应标准值的比较结果，根据所述比较结果同时结合当前输出功率Pout与预设的最大输出功率Pout(max)，以此生成对应的控制指令，以用于驱动所述触发模块控制所述H桥逆变模块的MOS管的导通和断开时间，从而实现分阶段对直流负载进行光伏充电；

所述比较结果为：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值4≤Iout≤阈值5，且所述当前输出功率Pout不大于所述最大输出功率Pout(max)，所述控制指令为增加所述触发模块的MOS管导通时间；

所述比较结果为：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值6＞Iout＞阈值5，且所述当前输出功率Pout不大于所述最大输出功率Pout(max)，所述控制指令为减少所述触发模块的MOS管导通时间；

所述比较结果为：Vin<阈值1，或者Vin＞阈值2，或者t＞阈值3，或者Iout＞阈值6，或者Iout<阈值4，所述控制指令为断开所述触发模块的MOS管。

2.根据权利要求1所述的一种隔离式光伏充电装置，发出所述控制指令后，更新预设的最大输出功率Pout(max)为当前输出功率Pout。

3.根据权利要求1所述的一种隔离式光伏充电装置，所述主控制模块设置有旁路开关控制模块，所述输入模块和H桥逆变模块的输入端之间还设置有旁路开关模块，所述旁路开关控制模块用于连接所述主控制单元和所述旁路开关模块的控制端，用于依据所述主控制单元发出的命令来控制所述旁路开关模块的开关断开或闭合。

4.根据权利要求3所述的一种隔离式光伏充电装置，所述旁路开关控制模块还设置有光耦隔离芯片，用于光耦隔离接收的主控制单元发送的PWM命令。

5.根据权利要求3所述的一种隔离式光伏充电装置，所述旁路开关控制模块还用于隔离式光伏充电装置的软启动。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种隔离式光伏充电装置，所述触发模块还设置有脉冲变压器，用于进一步电气隔离光耦隔离芯片转发的PWM命令。

7.一种隔离式光伏充电的方法，利用设置有DC-DC变换模块的光伏充电装置进行直流负载充电，具体包括如下步骤：

(1)实时采集DC-DC变换模块的温度数据t、DC-DC变换模块的输入电压数据Vin、输入电流数据Iin、DC-DC变换模块的输出电压数据Vout和输出电流数据Iout；

(2)比较实时采集的温度数据t、输入电压数据Vin、输入电流数据Iin、输出电压数据Vout和输出电压数据Iout与对应的标准值：

(2-1)比较结果为：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值4≤Iout≤阈值5，且当前输出功率Pout不大于最大输出功率Pout(max)，递增占空比，以实现增加直流负载的充电时间，更新预设的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值；

(2-2)比较结果为：阈值1<Vin<阈值2、t≤阈值3、阈值6＞Iout＞阈值5，且当前输出功率Pout不大于最大输出功率Pout(max)，递减占空比，以实现减少直流负载的充电时间，更新预设的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值；

(2-3)比较结果为：Vin<阈值1，或者Vin＞阈值2，或者t＞阈值3，或者Iout＞阈值6，或者Iout<阈值4，关断直流负载充电，更新预设的最大输出功率Pout(max)值为当前输出功率Pout值。

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