CN109600039B - 一种电源电路及包含该电源电路的光伏发电系统 - Google Patents

一种电源电路及包含该电源电路的光伏发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电源电路及包含该电源电路的光伏发电系统，电源电路为两级拓扑电源电路，第一级为BUCK电路，将输入的高压直流电处理为输出电压随时间下降的直流电压，第二级为CCFL变换电路，由于CCFL变换电路为开环工作，其输出的正弦交流电的峰峰值正比于CCFL变换电路的工作电压，这个电压随时间而下降，即CCFL变换电路输出的正弦交流电峰峰值也在随时间而下降，那么，正弦交流电的有效值也随时间而下降，获得一个衰减的正弦交流电电压。作用于被活化的光伏组串两端，使得电源电路输出的电压波形ΔU/Δt小，从而使得光伏组串寿命得到延长，且对环境的辐射小，并且本发明的电源电路实现简单，成本低廉。

Description

一种电源电路及包含该电源电路的光伏发电系统
技术领域
本发明涉及用于光伏发电系统的电源电路，特别涉及对老化的光伏组串进行活化处理的电源电路。
背景技术
随着化石能源的枯竭预期和其带来的环境污染，可再生清洁能源的研究和应用被全球各国高度重视，其中风力发电和光伏发电技术成为主要的研究热点，光伏发电是太阳能发电的简称。我国光伏发电的开发和研究起步于20世纪70年代，90年代进入稳定发展时期，21世纪开始注重太阳能光伏发电的研究，2000年，我国的光伏技术已经步入大规模的并网发电阶段。
在光伏发电领域，2005年美国SunPower公司首次发现并提出了PID效应，英文全称为：Potential Induced Degradation，即电势诱导衰减。SunPower发现PID效应时提出：光伏组件串联后可形成较高的系统电压(美国为代表的600V，欧洲为代表的1000V)，组件长期在高电压工作，在盖板玻璃、封装材料、边框之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使得电池片表面的钝化效果恶化，导致填充因子(FF)、短路电流(Isc)、开路电压(Voc)降低，使组件性能低于设计标准。SunPower称此现象为表面极化效应，但此衰减是可逆的。对于已经衰减老化的光伏组串(发电量下降)恢复其发电量的过程即为活化的过程。自此，光伏界的工程技术人员开始关注PID的研究和讨论。
2012年开始，PID引起的组件质量问题在光伏电站中大量出现，PID现象由此走入公众视野。同年12月，美国独立光伏组件测试实验室PV Evolution Labs(PVEL)率先对五家国际一级组件制造商进行了PID测试，上述企业包括中国英利绿色能源、晶澳太阳能、天合光能、日本京瓷和德国Solarworld。
此后，越来越多光伏组件制造商增强了对PID的重视，截至2015年第二季度，日本松下、阿特斯、晋能、昱辉阳光、韩华、中盛光电等国内外主流光伏制造商先后宣布其组件通过了第三方PID测试。
据第三方检测机构的介绍，PID指的是当太阳能组件与地面形成高强度负电压，其所形成的电位差除了会导致太阳能电池或模组造成损害外，还会引起发电效率衰减的问题。
PID可影响整个系统的发电能力和总输出功率，严重者将直接减少光伏电站投资收益率，近年来已经成为国际买家投诉国内组件质量的痛点之一。
现有技术减缓或避免PID效应的方法主要如下：
1、组件接地
如果给组件施加负偏压(电池片电压相对边框为负值)，则可以把上述积累的负电荷排出到地面上，电池性能得到恢复，这就是电池性能可恢复的极化效应。
基于上述分析，在组件进行串联使用时，为了避免极化效应，SunPower提出N型前表面太阳电池的组件采取正极接地，P型前表面电池的组件采用负极接地。
2、增强组件的绝缘和防水性能，减小漏电流
例如采用稳定性能更好的封装材料，不使用金属边框，增加电池的体电阻，改进钝化膜的厚度和特性，在器件中增加阻挡层等。
3、杜绝离子产生的源头
采用石英玻璃，低钠玻璃等。
4、降低组串电压
小规模项目可考虑使用微型逆变器，降低组串电压。这也是特斯拉公司主张以家庭为单位的微网光伏系统的原因。
此外，在公开号为CN107086601A的中国发明专利申请中公开了一种光伏发电系统及电压补偿方法，该专利申请通过电压补偿装置输出的脉冲电压对光伏组串进行电压补偿，进而恢复PID效应所产生的不良影响，但由于电压补偿装置并没有具体的实现方式，只是提出了其功能为输出脉冲电压，具体实施方式中给出的脉冲电压包括方波、三角波和梯形波三种形式，其图5A的本质和图5C是相同的，这是因为在图5A中，t1和t2分别为上升沿和下降沿，不可能做到理想化，其上升和下降都是存在一小段时间的，而这正是图5C示出的小波形。这三种脉冲电压ΔU/Δt变化都非常大，会导致光伏组串剥离开裂，寿命缩短；且该脉冲电压直接作用于光伏组串，由于光伏组串难以实现电磁屏蔽，使得其对环境的电磁辐射非常大。众所周知，如图5A，其谐波极多，尽管光伏设施多安装在荒无人烟的不毛之地，但是电磁辐射非常大，通过大气层中的电离层反射，仍造成极大的电磁环境污染。而且获得这三种波形的成本并不低。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种电源电路及包含该电源电路的光伏发电系统，电源电路输出电压的ΔU/Δt变化小，从而使得应用该电源电路的光伏发电系统对环境的污染小。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种电源电路，应用于光伏发电系统，其特征在于：包括BUCK电路和CCFL变换电路；BUCK电路的正输入端为电源电路的正输入端，BUCK电路的负输入端为电源电路的负输入端；BUCK电路的正输出端连接CCFL变换电路的正输入端，BUCK电路的负输出端连接CCFL变换电路的负输入端；CCFL变换电路的第一输出端为电源电路的第一输出端，CCFL变换电路的第二输出端为电源电路的第二输出端，BUCK电路正输出端和负输出端之间输出的电压在工作过程中至少包括一次下降。
作为BUCK电路和CCFL变换电路的一种具体的实施方式，其特征在于：
BUCK电路至少包括二极管D1、电感L1和电容C1；电感L1的一端与电源电路的正输入端电联接，电感L1的一端还连接二极管D1的阴极，电感L1的另一端连接BUCK电路的正输出端，二极管D1的阳极与电源电路的负输入端电联接，二极管D1的阳极还连接BUCK电路的负输出端，电容C1并联于BUCK电路的正输出端和负输出端之间；
CCFL变换电路至少包括启动电路、电感L2、电容C3、三极管TR1、三极管TR2、变压器B、原边绕组NP1和NP2、反馈绕组NB1和NB2，以及副边绕组NS1，启动电路至少包括两个端子，启动输入端和启动输出端；启动输入端连接BUCK电路的正输出端或电源电路的正输入端，启动输出端连接反馈绕组NB1和NB2的中心抽头；三极管TR1和TR2的发射极均连接至BUCK电路的负输出端，集电极分别连接原边绕组NP1和NP2的两个端头，集电极还分别连接电容C3的两端，基极分别连接反馈绕组NB1和NB2的两个端头；原边绕组NP1和NP2的中心抽头通过电感L2连接BUCK电路的正输出端；副边绕组NS1的一端为CCFL变换电路的第一输出端，副边绕组NS1的另一端为CCFL变换电路的第二输出端。
作为上述启动电路的一种具体的实施方式，其特征在于：启动电路中包括电流提供器件，电流提供器件为电阻，或为恒流源器件。
作为上述启动电路的一种改进的实施方式，其特征在于：启动电路中还包括电容C2，电容C2与电流提供器件并联，或者电容C2连接于启动输出端和BUCK电路的负输出端之间。
作为上述电源电路的一种优选的实施方式，其特征在于：CCFL变换电路为它驱。
对应地，本发明提供的光伏发电系统技术方案如下：
一种光伏发电系统，包括光伏组串，其特征在于还包括：上述任一项所述的电源电路，光伏组串的热端电联接电源电路的第一输出端，光伏组串的接地端电联接电源电路的第二输出端，当对光伏组串进行活化时，BUCK电路正输出端和负输出端之间输出的电压随时间下降。
作为上述光伏发电系统的改进，其特征在于：还包括直流电源，直流电源和所述的电源电路串联，串联方法为以下两种之一：
(1)直流电源的负极电联接电源电路的第二输出端，电源电路的第一输出端电联接光伏组串的正极，光伏组串的负极电联接直流电源的正极；
(2)直流电源的负极电联接光伏组串的正极，光伏组串的负极电联接电源电路的第二输出端，电源电路的第一输出端电联接直流电源的正极。
作为上述两种光伏发电系统的改进之一，其特征在于：CCFL变换电路输出的高频交流电峰值不大于被活化的光伏组串的开路电压。
作为上述两种光伏发电系统的改进之二，其特征在于：电源电路中CCFL变换电路的工作频率小于或等于1MHz。
针对本申请涉及的技术术语，本申请和现有技术可能有多种命名，以下各条中的技术术语表示的含义相同，各条中所罗列内容并未穷尽：
(1)太阳能电池板，很多文献把多个单体的太阳能电池板并联、串联后也叫太阳能电池板，或叫光伏组串，甚至叫光伏板组；
(2)光伏组串的热端，因为不同厂家的喜好不好，有的把光伏组串的正极接地，有的把光伏组串的负极接地，热端指没有接地的一端，因为没有接地，容易对人体产生触电，故称为热端，通常也是太阳能电池板需要被活化的一端，可能是光伏组串的正极或负极；
(3)光伏组串的接地端、光伏组串的接地金属架；如上述，可能是光伏组串的负极,也有可能是正极；
(4)集极谐振型Royer电路，或叫“冷阴极灯管逆变器(CCFL inverter)”，所以也会简称为CCFL逆变器、CCFL变换器、CCFL变换电路。CCFL是“Cold cathode fluorescentlamps”的缩写，原指冷阴极萤光灯，在白光LED没有出现之前，多用于液晶显示器的背光源，由于以前的液晶显示器多用于笔记本电脑，所以背光源均为直流供电，这时一种变种的Royer电路就问世，把直流变成了纯净的交流，驱动冷阴极萤光灯。经典的Royer电路利用磁心饱和特性进行振荡,输出为方波，参见中国申请号为201110436259.7的专利文件，有详细说明。CCFL变换电路的特点是：在Royer电路中推挽变压器初级绕组中间抽头至供电端串入电感，该电感在业界一般称为阻尼电感LLC(对应本申请图1中的电感L2)，其电感量一般是原边绕组电感量的十倍以上，同时在推挽三极管的两个集电极之间并上一只电容CL(对应本申请图1中的电容C3)，该电容与推挽变压器形成一个公知的LC振荡回路，其中电容为CL，L是推挽变压器初级绕组的总电感量。推挽变压器总电感量是其中原边绕组1或2的电感量电感量的4倍。输出为正弦波或近似正弦波。若输出方波，因谐波成份多，会对环境产生电磁污染。CCFL变换电路在中国申请号为201110242377.4的专利文件中，该文件中图3以及对应背景技术也有较详细的说明。
针对以下技术术语，本申请表示的含义如下：
(1)推挽三极管：实现Royer电路以及CCFL变换电路自激振荡并稳定工作的两只三极管，一般为两只三极管，也称为对管，也称为推挽三极管，通常为双极性半导体,当然，也可以为单极性的场效应管；
(2)启动电路：为CCFL变换电路中的推挽三极管或场效应管提供启动电流或电压，实现CCFL变换电路快速启动或软启动的电路。
本发明的工作原理将在具体实施例中进行分析，在此不赘述。
本发明的电源电路的有益效果为：
(1)电源电路输出的电压波形ΔU/Δt小，从而使得应用该电源电路的光伏发电系统中的光伏组串寿命缩短长，且对环境的辐射小。
(2)电路实现简单，成本低廉，且可靠性高、能耗低。
附图说明
图1为本发明第一实施例电源电路原理图；
图2为本发明第一实施例电源电路中的CCFL变换电路单独工作时输出的电压波形图；
图3-1为本发明第一实施例中的BUCK电路、CCFL变换电路输出的电压波形图之一；
图3-2为本发明第一实施例中的BUCK电路输出的电压波形图之二；
图3-3为本发明第一实施例中的BUCK电路输出的电压波形图之三；
图3-4为本发明第一实施例中的BUCK电路输出的电压波形图之四；
图4为本发明第二实施例电源电路应用于光伏发电系统改进后的原理图；
图5为本发明第三实施例电源电路原理图。
具体实施方式
光伏发电系统的工作主要在有良好阳光的白天，在当地太阳高度角达到最大时记为当地时间12点整，在当地时间10：00至14：00区间，光伏发电系统能有效地输出电能，当地时间10：00前或14：00后，发电功率聚减，而没有实用价值。光伏组串的输出特性并非是恒压源，而是大部分类似恒流源的特性，为了获得更大的输出功率，一般尽可能利用最大功率输出原理，让其输出的端电压在保证系统效率的前提下，尽可能地高一些。光伏组串两端的输出电压曲线为，早晨较快速升高，因为负载几乎为空载，并网发电时，因带载而先下降，到中午光照最强的时候达到最大值，然后缓慢下降，到当地时间14：00左右脱网时，因负载减轻，电压再次升高至对应照度下的开路电压，再随着时间推移而下降，到晚上接近为零，如果为阴雨天，光伏组串的电压则全天处于接近为零的低压状态，本申请的电源电路主要适合在光伏组串两端的电压为低压时对其进行活化。
本发明的构思为提供一种两级拓扑电源电路，第一级为BUCK电路，将输入的高压直流电处理为输出电压随时间下降的直流电压，第二级为CCFL变换电路，将输入的随时间下降的直流电压变换为正弦交流电输出，由于CCFL变换电路为开环工作，其输出的正弦交流电的峰峰值正比于CCFL变换电路的工作电压，这个电压随时间而下降，即CCFL变换电路输出的正弦交流电峰峰值也在随时间而下降，那么，正弦交流电的有效值也随时间而下降，获得一个衰减的正弦交流电电压。作用于被活化的光伏组串两端，使得电源电路输出的电压波形ΔU/Δt小，由于正弦波为单一频率，谐波成分少，空中辐射也少，对环境很友好，从而使得应用该电源电路的光伏发电系统中的光伏组串寿命得到延长，且对环境的辐射小，并且本发明的电源电路实现简单，成本低廉。
为了使得本领域的技术人员更加容易理解本发明，下面结合具体的实施方式对本发明进行说明。
第一实施例
请参阅图1，图1为本发明第一实施例电源电路原理图。其元器件组成及连接关系如下：
图1所示电源电路包括BUCK电路和CCFL变换电路；
BUCK电路包括MOS管K1、二极管D1、电感L1和电容C1；
CCFL变换电路包括由电阻R1和电容C2组成的启动电路、电容C3、电感L2、三极管TR1、三极管TR2、变压器B、原边绕组NP1和NP2，反馈绕组NB1和NB2，以及副边绕组NS1，启动电路至少包括两个端子，电阻R1的一端为启动输入端，电阻R2的另一端和电容C2的一端的连接点为启动输出端，本实施例为两只推挽三极管TR1和TR2提供启动电流的器件为电阻R1；
BUCK电路的正输入端为电源电路的正输入端，BUCK电路的负输入端为电源电路的负输入端，CCFL变换电路的第一输出端为电源电路的第一输出端，CCFL变换电路的第二输出端为电源电路的第二输出端；
电感L1的一端连接二极管D1的阴极，电感L1的另一端连接BUCK电路的正输出端，二极管D1的阳极同时连接BUCK电路的负输入端和负输出端，电容C1并联于BUCK电路的正输出端和负输出端之间，MOS管K1的漏极连接BUCK电路的正输入端、源极连接电感L1的一端；图1中如将MOS管K1的漏极连接BUCK电路的负输出端、源极连接BUCK电路的负输入端，电感L1的一端即为BUCK电路的正输入端，对于本领域的技术人员而言，此为等同实施方式；本申请权利要求2中在描述BUCK电路时包含的元器件没有提到MOS管K1，并且在描述连接关系时记载的为“电感L1的一端与电源电路的正输入端电联接”，以及“二极管D1的阳极与电源电路的负输入端电联接”，原因在于“电联接”既包括直接连接，也包括间接连接，因此对于BUCK电路包括MOS管K1，且将其串联在电源电路的正输入端或电源电路的负输入端也落入该权利要求2的保护范围。
启动输入端连接BUCK电路的正输出端，启动输出端连接反馈绕组NB1和NB2的中心抽头，电容C2的另一端连接BUCK电路的负输出端；三极管TR1和TR2的发射极均连接至BUCK电路的负输出端，三极管TR1和TR2的集电极分别连接原边绕组NP1和NP2的两个端头，三极管TR1和TR2的集电极还分别连接电容C3的两个端子，三极管TR1和TR2的基极分别连接反馈绕组NB1和NB2的两个端头,原边绕组NP1和NP2的中心抽头通过电感L2连接BUCK电路的正输出端；副边绕组NS1的一端为CCFL变换电路的第一输出端，副边绕组NS1的另一端为CCFL变换电路的第二输出端。
由于CCFL变换电路输出的为交流电，因此本发明电源电路的第一输出端和第二输出端可以交换。
本实施例的电源电路第一级电路采用BUCK电路，BUCK电路是开关电源三大拓扑(BUCK、BOOST、BUCK-BOOST)之一，各种其它开关电源结构都是从这三大拓扑演变而来，其电路结构极其简单，成本低廉，其输出电压Vout、输入电压Vin和占空比D的公式为：
Vout＝Vin×D 公式(1)
其中，占空比为MOS管K1开通时间相对于总时间所占的比例。
为了克服现有技术脉冲电压的缺陷，本申请对光伏组串进行活化施加的电压为正弦交流电，而交流电的获得非常复杂，如果利用开关电源来直接获得，输出电压的波形边缘非常陡峭，如自激推挽式变换器输出的电压波形为方波，其ΔU/Δt为接近无穷大，因此同样存在背景技术所述的缺陷。若采用数码式音频功率放大器的方式，开关电源方式加上输出滤波器，其成本和控制电路均很复杂。
本实施例的第二级电路采用CCFL变换电路，并且鉴于1MHz的高频交流电的波长为30米，其对应的半波振子天线长度为其1/4波长，为7.5米，即本发明电源电路输出的高频交流电，其频率在1MHz以下，那么其辐射就比较容易控制，如输出的高频交流电频率为100KHz，1/4波长为75米，对于远低于75米的走线，其辐射效率很低，因此本实施例要求CCFL变换电路工作于低于1MHz以下的相对“低频”,文中仍称为高频交流电，或正弦交流电。
CCFL变换电路为自激推挽式变换器的一种，其实现正弦输出电压波形的工作原理分析如下：
参见图1中电容C1右侧的电路即为CCFL变换电路，CCFL变换电路较自激推挽式变换器的不同之处在于增加了电容C3和电感L2；电路的振荡原理和自激推挽式变换器相似，但CCFL变换电路不是利用磁心饱和特性进行推挽振荡，而是利用电容C3和耦合变压器B的绕组NP1和NP2的总电感来进行LC回路振荡，电路的输出波形为正弦波，不再是方波，其中的电感L2的作用为：1、为变压器提供一个较大的交流输入阻抗，2、确保输出完美的正弦波，CCFL变换电路独立工作时输出的电压波形参见图2，图2并不完美，这里仅作为示例，进一步加大L2，图2的波形失真度THD会小于10％，这时具备实用性。这种形式的振荡对器件的选值要求很严。图2的波形失真度THD越小，本发明的电源电路能量消耗越低。
CCFL变换电路的特点为：利用LC串联谐振回路振荡，频率相对稳定，输出为正弦波或近似正弦波，效率较低，因此也需要在供电回路中串入电感L2提高效率。
本发明要求电感L2的电感量是绕组NP1或NP2电感量的10倍以上，此时电感L2和电容C2振荡出来的才是较为完美的正弦波。
电容C1的端电压，即为BUCK电路的输出电压，本发明要求在对光伏组串活化时，这个电压随时间下降，下降的方式有很多种，都是通过控制BUCK电路中MOS管K1的占空比来实现的，如，先从低压升至一个高压，再从高压下降到一个稳定值，稳定一段时间再升高，再下降，但无论为何种下降方式，至少应当包括一次电压下降，即：BUCK电路的输出电压至少有一个时间段是下降的。当本发明的电源电路断电、关机时，BUCK电路的输出电压也会出现因断电而引起的自然下降，本发明所述的“至少有一个时间段是下降的”不包括这种自然下降。
由于CCFL变换电路的工作电压即为电容C1的端电压，因此CCFL变换电路输出高频交流电的正半周峰值连起来形成的包络线，该包络线的形状将相似于C1的端电压变化，同样，CCFL变换电路输出高频交流电的负半周峰值连起来形成的包络线，对常见坐标中X轴镜像后的包络线的形状将相似于C1的端电压变化。
图3-1为本发明第一实施例BUCK电路、CCFL变换电路输出的电压波形图之一，电容C1两端的电压波形如图3-1中的直线S1，为线性下降的下降方式，此时CCFL变换电路输出的电压波形参见曲线S2，为逐渐衰减的高频交流电，直线S3为曲线S2在正半周的包络线、直线S4为曲线S2在负半周的包络线，直线S3和直线S4沿X轴镜像对称。
图3-2为本发明第一实施例BUCK电路输出的电压波形图之二，折线S5为先稳定在一个固定值，然后再线性衰减，此波形包括一次电压下降；图3-3为本发明第一实施例BUCK电路输出的电压波形图之三，折线S6为先从低压线性升至第一高压值，稳定于该第一高压值一段时间后再线性升至第二高压值，稳定于该第二高压值一段时间后线性下降至第一高压值，然后再线性衰减，此波形包括两次电压下降；图3-4为本发明第一实施例BUCK电路输出的电压波形图之四，折线S7为先稳定在一个固定值，然后再线性衰减至第一电压值，稳定于该第一电压值一段时间后再线性衰减，该波形包括两次电压下降。
需要说明的是图3-1至图3-4只是给出了一些BUCK电路输出的电压波形图的示例，本申请只要至少包括一次电压下降即可实现发明目的，且下降方式不限于图中的线性下降衰减方式，还可以为指数、对数等其它下降衰减方式，同样可以实现发明目的，具体实施时根据需要调整MOS管K1的控制策略即可实现BUCK电路需要的输出电压波形。
本实施例的电源电路在光伏发电系统中的应用方案如下：
光伏组串的热端电联接电源电路的第一输出端，光伏组串的接地端电联接电源电路的第二输出端。
需要说明的是，当光伏组串的正极接地时，其负极为热端；当光伏组串负极接地时，其正极为热端，两种接法均能实现对光伏组串的活化。
“电联接”代表的含义除了直接联接，还包括间接连接(即两个电联接对象之间还可以连接其它的元器件)，并且包括通过感应耦合等方式实现连接。
本申请第二实施例就是间接连接，如下所述情况也是间接连接：
当光伏组串的两端并联有稳定输出电压的电解电容器组时，为了避免电解电容器组将本发明电源电路输出的高频交流电吸收，从而无法实现对光伏组串的活化，此时就需要在光伏组串的热端和与电解电容器组连接的连接点之间串联一只电感，使得加在电解电容器组两端的高频交流电因为电感的隔离作用从而能够被施加至光伏组串的两端，从而实现此种情况下对光伏组串的活化。此时光伏组串的热端就不是直接连接在电源电路的第一输出端，但依然落入本申请的保护范围。
本申请对光伏组串进行的活化推荐在夜间进行，隔几天活化一次，活化所需要的时间与光伏组串的老化程度相关，老化程度越高，需要的时间越长，为了达到较好的活化效果，电源电路中BUCK电路输出的电压下降越缓慢越好，且累计下降时间大于或等于20分钟。
为了测试活化电路的效果，我们从淘宝网上购来一套标称输出功率仅2KW的光伏发电设备，已使用4年，原来是为西部落后农村地区配套的，实测在广州晴朗天气下，实际输出功率仅为717W，开路电压为390V，本发明的电源电路参数为，工作电压380V，直接来源于市电经PFC后的直流电压，经过BUCK电路后，输出为340V，经20分钟下降至60V，工作频率为12KHz,次日发电功率上升至1011W，当晚再次活化20分钟，第三天发电功率上升至1365W，经过11次活化，上升至1998W，接近标称输出功率。取得了较好的效果。
累计下降时间：针对图3-1电源电路工作时间全部为累计下降时间，针对图3-2电源电路在折线中第二段的工作时间为累计下降时间，针对图3-3电源电路在折线中第五段和第七段的工作时间之和为累计下降时间，针对图3-3电源电路在折线中第二段和第四段的工作时间之和为累计下降时间。
此外，由于光伏组串内部相当于一个恒流源，一个最基本的单元，其内部有一个PN结二极管，光伏组串正常活化时二极管不能导通，否则会因电流短路而烧毁CCFL变换电路，即使通过巧妙的设计，通过限流电路来保护，也浪费了电能。为了确保光伏组串的安全，本发明要求CCFL变换电路输出高频交流电的峰值应当不大于被活化的光伏组串的开路电压，从而才能有效避免光伏组串内部的二极管导通。另外，频率越高，活化的效果也越好，但因为光伏组串呈现一定的容性，也会消耗过多的电能，所以针对不同功率的光伏组串，应选择不同的高频交流电的频率，一般来说，单体面积越大，其输出功率也越大，其结电容也越高，频率应越低，甚至低至800Hz,这时本发明用于活化的电源电路耗能较低，频率再降低，需要的活化时间就要加长，反而又加大了电能消耗。
例如，如果光伏组串中串联的单体电池，即基本单元，单体电池数为24(光伏组串串联的单体电池数量最少要求为24,获得的开路电压约为14.4V至16.8V)，由于光伏组串的电学特性也遵循PN结方程，二极管的压降为0.7V，那么光伏组串两端的开路电压最大为0.7V×27＝16.8V，那么CCFL变换电路输出高频交流电的峰值要略低于16.8V才能保证光伏组串的安全。再例如，对于美国600V的光伏组串(其内部由1008个基本单元串联组成)，活化电压要求略低于600V即可。
由于光伏组串在活化中呈现容性，而这个结电容最终等效为：与电容C3并联，而CCFL变换器是工作在正弦波的谐振状态，其LC回路可以把光伏组串的结电容能量吸收，从而实现低能耗，特别是CCFL变换器放弃使用自激推挽振荡工作方式，而是使用它驱，让三极管TR1或TR2都在正弦波接近峰值时才导通，变换效率更高。
它驱，也作他驱。需要注意的是，CCFL变换器使用自激推挽振荡工作方式,通过调节反馈绕组与原边绕组的匝比，是同样可以实现三极管TR1或TR2都在正弦波接近峰值时才导通，变换效率同样很高，为了防止CCFL变换器在BUCK电路输出电压较低时停振，其启动电路中电阻R1的上端，即启动输入端连接电源电路的正输入端，这样CCFL电路就不会停振，而当电阻R1换成恒流源时，那么，如上所述，当工作电压从340V下降至60V时，由于恒流源向三极管TR1或TR2提供的基极电流没有降低，使得CCFL变换器不会停振。这在第三实施例中会示出。
需要说明的是，在现有技术中，传统的使用电子枪扫描的玻璃显像管的彩色电视接收机，使用了衰减式正弦交流电对显像管消磁，其工作原理很简单，使用PTC热敏电阻串联在消磁线圈中，随着时间的推移，PTC热敏电阻的阻值从10欧姆左右上升至220K以上，消磁电流也从十多安倍下降至1mA以下，但这种技术无法直接用于光伏组串的活化，因为光伏组串呈现容性，无法串联PTC热敏电阻。而且光伏组串需要的活化时间长，PTC热敏电阻也无法选型。
第二实施例
图4为本发明第二实施例电源电路应用于光伏发电系统改进后的原理图，由于光伏组串内部等效有一个与其串联的二极管，因此为了提高活化效果，在电源电路的输出端串联一组直流电源E，也即与光伏组串串联一组直流电源E，串联方法为以下两种之一：
(1)直流电源的负极电联接电源电路的第二输出端，电源电路的第一输出端电联接光伏组串的正极，光伏组串的负极电联接直流电源的正极；
(2)直流电源的负极电联接光伏组串的正极，光伏组串的负极电联接电源电路的第二输出端，电源电路的第一输出端电联接直流电源的正极。
本实施例也用了“电联接”描述连接关系，同样地，“电联接”代表的含义除了直接联接，还包括间接连接(即两个电联接对象之间还可以连接其它的元器件)，并且包括通过感应耦合等方式实现连接，这在第一实施例已说明。
从而能使得光伏组串的热端和接地端之间获得的活化电压为正半周小、负半同大的交流电压波形，正半周小能保证活化时光伏组串内部的二极管不导通，负半周负压很高能获得更好的活化效果。
第三实施例
图5为本发明第三实施例电源电路原理图，第三实施例与第一实施例不同之处在于将电阻R1替换为恒流源，电流方向一致，从而能实现CCFL变换电路在输入电压下降时，由于恒流源的存在，向两只推挽三极管TR1和TR2基极提供的电流是恒定不变的，从而使得电源电路的输入电压可以较宽，如上所述，当工作电压从340V下降至60V时，由于恒流源向三极管TR1或TR2提供的基极电流没有降低，使得CCFL变换器不会停振。以便与光伏组串宽范围的端电压相适应。本实施例的工作原理及其在光伏发电系统中的应用于第一实施例相同，在此不赘述。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，如把图1中的电容C2的另一端接到电阻R1的一端，或在保证CCFL电路为开环工作的条件下将图1中的自驱改为它驱，还可以检测CCFL变换电路的输出电压去控制BUCK电路的占空比，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。另外，专利中涉及到的所有“电联接”和“连接”关系，均并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加联接辅件，来组成更优的联接结构，本发明中明确用“电联接”的地方只是为了强调此含义，但并不排除用“连接”的地方也具备这样的含义。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

Claims (9)

1.一种电源电路，应用于光伏发电系统，其特征在于：包括BUCK电路和CCFL变换电路；BUCK电路的正输入端为电源电路的正输入端，BUCK电路的负输入端为电源电路的负输入端；BUCK电路的正输出端连接CCFL变换电路的正输入端，BUCK电路的负输出端连接CCFL变换电路的负输入端；CCFL变换电路的第一输出端为电源电路的第一输出端，CCFL变换电路的第二输出端为电源电路的第二输出端，BUCK电路正输出端和负输出端之间输出的电压在工作过程中至少包括一次下降；且所述BUCK电路输出的电压是随时间下降的直流电压；所述CCFL变换电路用于将所述BUCK电路输出的随时间下降的所述直流电压转换为峰峰值随时间而下降的正弦交流电。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：
BUCK电路至少包括二极管D1、电感L1和电容C1；电感L1的一端与电源电路的正输入端电联接，电感L1的一端还连接二极管D1的阴极，电感L1的另一端连接BUCK电路的正输出端，二极管D1的阳极与电源电路的负输入端电联接，二极管D1的阳极还连接BUCK电路的负输出端，电容C1并联于BUCK电路的正输出端和负输出端之间；
CCFL变换电路至少包括启动电路、电感L2、电容C3、三极管TR1、三极管TR2、变压器B、原边绕组NP1和NP2、反馈绕组NB1和NB2，以及副边绕组NS1，启动电路至少包括两个端子，启动输入端和启动输出端；启动输入端连接BUCK电路的正输出端或电源电路的正输入端，启动输出端连接反馈绕组NB1和NB2的中心抽头；三极管TR1和TR2的发射极均连接至BUCK电路的负输出端，集电极分别连接原边绕组NP1和NP2的两个端头，集电极还分别连接电容C3的两端，基极分别连接反馈绕组NB1和NB2的两个端头；原边绕组NP1和NP2的中心抽头通过电感L2连接BUCK电路的正输出端；副边绕组NS1的一端为CCFL变换电路的第一输出端，副边绕组NS1的另一端为CCFL变换电路的第二输出端。
3.根据权利要求2所述的电源电路，其特征在于：启动电路中包括电流提供器件，电流提供器件为电阻，或为恒流源器件。
4.根据权利要求3所述的电源电路，其特征在于：启动电路中还包括电容C2，电容C2与电流提供器件并联，或者电容C2连接于启动输出端和BUCK电路的负输出端之间。
5.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：CCFL变换电路为它驱。
6.一种光伏发电系统，包括光伏组串，其特征在于还包括：权利要求1至5任一项所述的电源电路，光伏组串的热端电联接电源电路的第一输出端，光伏组串的接地端电联接电源电路的第二输出端，当对光伏组串进行活化时，BUCK电路正输出端和负输出端之间输出的电压随时间下降；光伏组串的热端指没有接地的一端，当光伏组串的正极接地时，其负极为热端；当光伏组串负极接地时，其正极为热端。
7.根据权利要求6所述的光伏发电系统，其特征在于：还包括直流电源，直流电源和所述的电源电路的输出端串联，串联方法为以下两种之一：
(1)直流电源的负极电联接电源电路的第二输出端，电源电路的第一输出端电联接光伏组串的正极，光伏组串的负极电联接直流电源的正极；
(2)直流电源的负极电联接光伏组串的正极，光伏组串的负极电联接电源电路第二输出端，电源电路第一输出端电联接直流电源的正极。
8.根据权利要求6或7所述的光伏发电系统，其特征在于：CCFL变换电路输出的高频交流电峰值不大于被活化的光伏组串的开路电压。
9.根据权利要求6或7所述的光伏发电系统，其特征在于：电源电路中CCFL变换电路的工作频率小于或等于1MHz。
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US11699948B2 (en) * 2020-08-07 2023-07-11 Delta Electronics, Inc. Power supply system with self-excited drive function
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100857848B1 (ko) * 2002-05-17 2008-09-10 삼성전자주식회사 백라이트 어셈블리와 이의 구동 방법과 이를 갖는 액정 표시 장치
KR100892584B1 (ko) * 2002-08-26 2009-04-08 삼성전자주식회사 전원공급장치와 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 액정표시 장치
CN100341385C (zh) * 2002-11-12 2007-10-03 明基电通股份有限公司 驱动放电灯管及其调光控制装置
US7064497B1 (en) * 2005-02-09 2006-06-20 National Taiwan University Of Science And Technology Dead-time-modulated synchronous PWM controller for dimmable CCFL royer inverter
US20070182342A1 (en) * 2005-08-02 2007-08-09 Texas Instruments Incorporated Lcd backlight driver
CN101257221A (zh) * 2007-02-28 2008-09-03 北京恒基伟业投资发展有限公司 光伏电池-dc/dc升压转换充电的方法
CN102082526B (zh) * 2010-12-24 2013-02-27 广州金升阳科技有限公司 一种自激推挽式变换器
CN102299616B (zh) * 2011-08-23 2013-09-25 广州金升阳科技有限公司 一种自激推挽式变换器
CN102710110B (zh) * 2012-05-30 2014-07-23 广州金升阳科技有限公司 一种自激推挽式变换器的短路保护方法
CN109600039B (zh) * 2018-12-14 2021-05-18 广州金升阳科技有限公司 一种电源电路及包含该电源电路的光伏发电系统

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