CN109980690A - 一种组件关断器的控制方法及组件关断器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组件关断器的控制方法，在现有的组件关断器的基础上，控制芯片在检测到组件关断器的输入电压低于预设的阈值后控制通信芯片关闭，从而降低了系统功耗，使得在输入电压暂降的时间内减少了所需电能，因此无需设置大体积的续电电容即可满足输入电压暂降时的电源供应，进而可以降低组件关断器的整体体积及成本，有利于组件关断器的推广与大规模使用。本发明还提供一种组件关断器，具有上述有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及系统安全保护技术领域，特别是涉及一种组件关断器的控制方法及组件关断器。
背景技术
由于太阳能的可再生性及清洁性，光伏并网发电技术得以迅猛发展。通常的光伏系统是多个光伏组件串联形成组串，然后接入逆变器实现直流转换为交流而并网。串联的光伏组件形成直流高压，这种高压会导致人身危险和火灾事故，因此现场光伏系统要求逆变器有防电弧保护，也就是在检测到电弧的时候要马上关断逆变器的运行。但是，即使逆变器停止运行了，光伏组件串起来以后的直流电缆还是会输出高压电，有安全风险。所以最安全的做法是将每个光伏组件的电压输出都关断来完全消除直流高压。一种实现方式是在组件后面加入组件关断器，组件关断器的输出串联，连接逆变器，利用关断控制器可以控制关断元件，实现快速关断，使直流电缆上的电压降到低值。
图1为现有技术中的一种组件关断器的电路图。如图1所示，一种常见的组件关断器包括反二极管D1、续电电容C1、旁路二极管D2、第一开关K控制芯片M1、通信芯片U1、正极输入端子1、负极输入端子2、正极输出端子3和负极输出端子4，续电电容C1在组件关断器的输入电压很低的时候保持给电路供电，反二极管D1用于控制在正极输入端子1的电压Vin+突然跌落后续电电容C1上的电容供电不被反向抽干，旁路二极管D2用于在组件关断器出现故障时导通，将组件关断器旁路，第一开关K用来断开正极输入端子1和正极输出端子3之间的连接，从而消除输出电压，通信芯片U1接收控制信号并发送给控制芯片M1，以使控制芯片进行第一开关K的开通关断控制。
可见，现有技术中的组件关断器为了避免在输入电压暂降时造成输出电压供电断开，需要增加电容进行续电，而续电电容势必大大增加了组件关断器的体积，这不利于组件关断器的推广与大规模使用。
如何减小组件关断器的体积，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种组件关断器的控制方法及组件关断器，用于减小组件关断器的体积，进而利于组件关断器的推广与大规模使用。
为解决上述技术问题，本发明提供一种组件关断器的控制方法，基于控制芯片，包括：
采集组件关断器的输入电压；
判断所述输入电压是否小于预设的阈值；
如果是，则关闭通信芯片；
如果否，则返回所述采集组件关断器的输入电压的步骤；
其中，所述组件关断器包括所述控制芯片、所述通信芯片、第一开关、续电电容、正极输入端子、负极输入端子、正极输出端子和负极输出端子，所述正极输入端子与所述正极输出端子连接，所述负极输入端子与所述负极输出端子连接，所述续电电容的第一端、所述控制芯片的第一端、所述通信芯片的第一端与所述正极输入端子连接，所述续电电容的第二端、所述控制芯片的第二端、所述通信芯片的第二端与所述负极输入端子连接；所述第一开关的第一端与所述正极输入端子连接，所述第一开关的第二端与所述正极输出端子连接，所述第一开关的第三端与所述控制芯片连接，用于在所述控制芯片的控制下实现所述组件关断器的输入端与输出端之间的通断。
可选的，所述组件关断器还包括设于所述通信芯片所在支路且与所述控制芯片连接的第二开关；
相应的，所述关闭通信芯片，具体为：
控制所述第二开关断开以使所述通信芯片断电。
可选的，当所述通信芯片的数量为多个时，一个所述通信芯片对应一个所述第二开关，且各所述第二开关均设于对应的所述通信芯片所在的支路。
可选的，当所述通信芯片的数量为多个时，所述第二开关的第一端与所述控制芯片的第一端连接，所述第二开关的第二端与各所述通信芯片的第一端的公共点连接。
可选的，所述关闭通信芯片，具体为：
向所述通信芯片发送关断信号以使所述通信芯片进入低功耗的睡眠模式。
可选的，所述输入电压具体为所述正极输入端子的电压；
相应的，判断所述输入电压是否小于预设的阈值，具体为：
判断所述正极输入端子的电压是否小于第一阈值。可选的，所述组件关断器还包括设于所述正极输入端子和所述续电电容之间、阳极端与所述正极输入端子连接、阴极端与所述续电电容的第一端连接的反二极管；所述输入电压为所述反二极管的阴极端的电压；
相应的，所述判断所述输入电压是否小于预设的阈值，具体为：判断所述反二极管的阴极端的电压是否小于第二阈值。
可选的，在关闭所述通信芯片之后，还包括：
判断所述输入电压是否小于第三阈值；
如果是，则控制所述第一开关断开；
如果否，则返回所述采集组件关断器的输入电压的步骤。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种组件关断器，包括控制芯片、通信芯片、第一开关、续电电容、正极输入端子、负极输入端子、正极输出端子和负极输出端子；
其中，所述正极输入端子与所述正极输出端子连接，所述负极输入端子与所述负极输出端子连接，所述续电电容的第一端、所述控制芯片的第一端、所述通信芯片的第一端与所述正极输入端子连接，所述续电电容的第二端、所述控制芯片的第二端、所述通信芯片的第二端与所述负极输入端子连接；所述第一开关的第一端与所述正极输入端子连接；
所述第一开关的第二端与所述正极输出端子连接，所述第一开关的第三端与所述控制芯片连接，用于在所述控制芯片的控制下实现所述组件关断器的输入端与输出端之间的通断；
所述控制芯片还用于采集组件关断器的输入电压，判断所述输入电压是否小于预设的阈值，如果是，则关闭所述通信芯片。
可选的，所述组件关断器还包括设于所述通信芯片所在支路且与所述控制芯片连接的第二开关；
所述控制芯片控制所述第二开关断开以关闭所述通信芯片。
本发明所提供的组件关断器的控制方法，在现有的组件关断器的基础上，控制芯片在检测到组件关断器的输入电压低于预设的阈值后控制通信芯片关闭，从而降低了系统功耗，使得在输入电压暂降的时间内减少了所需电能，因此无需设置大体积的续电电容即可满足输入电压暂降时的电源供应，进而可以降低组件关断器的整体体积及成本，有利于组件关断器的推广与大规模使用。本发明还提供一种组件关断器，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种组件关断器的电路图；
图2为本发明实施例提供的一种组件关断器的电路图；
图3为本发明实施例提供的一种组件关断器的控制方法的流程图；
图4(a)为本发明实施例提供的一种电压变化曲线图；
图4(b)为本发明实施例提供的另一种电压变化曲线图；
图5(a)为本发明实施例提供的第一种为实现图3中步骤S302的电路图；
图5(b)为本发明实施例提供的第二种为实现图3中步骤S302的电路图；
图5(c)为本发明实施例提供的第三种为实现图3中步骤S302的电路图；
图6为本发明实施例提供的另一种组件关断器的控制方法的流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种组件关断器的控制方法及组件关断器，用于减小组件关断器的体积，进而利于组件关断器的推广与大规模使用。
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。
图2为本发明实施例提供的一种组件关断器的电路图；图3为本发明实施例提供的一种组件关断器的控制方法的流程图；图4(a)为本发明实施例提供的一种电压变化曲线图；图4(b)为本发明实施例提供的另一种电压变化曲线图。
如图2所示，本发明实施例提供的控制方法所基于的组件关断器包括控制芯片M1、通信芯片U1、第一开关K、续电电容C1、正极输入端子1、负极输入端子2、正极输出端子3和负极输出端子4，正极输入端子1与正极输出端子3连接，负极输入端子2与负极输出端子4连接，续电电容C1的第一端、控制芯片M1的第一端、通信芯片U1的第一端与正极输入端子1连接，续电电容C1的第二端、控制芯片M1的第二端、通信芯片U1的第二端与负极输入端子2连接；第一开关K的第一端与正极输入端子1连接，第一开关K的第二端与正极输出端子3连接，第一开关K的第三端与控制芯片M1连接，用于在控制芯片M1的控制下实现组件关断器的输入端与输出端之间的通断。
进一步的，为了防止正极输入端子1的电压Vin+突然跌落后续电电容C1上的电容供电不被反向抽干，组件关断器还包括设于正极输入端子1和续电电容C1之间、阳极端与正极输入端子1连接、阴极端与续电电容C1的第一端连接的反二极管D1，记续电电容C1的第一端的电压为Vcap。
如图3所示，基于图2中的组件关断器的控制芯片M1，组件关断器的控制方法包括：
S301：采集组件关断器的输入电压；
S302：判断该输入电压是否小于预设的阈值；如果是，则进入步骤S303；如果否，则返回步骤S301；
S303：关闭通信芯片。
在实际应用中，可以以正极输入端子1的电压Vin+作为组件关断器的输入电压，也可以以续电电容C1的第一端的电压Vcap作为组件关断器的输入电压。
图4(a)和图4(b)为经过实验观察得到的电压变化曲线图。
图4(a)给出了电压Vin+降至0并保持较长时间后系统电压的变化情况，如图4(a)所示，当电压Vin+被拉低至第一阈值Vth0后骤降至0，当这个压降过程保持t1后，电压Vcap首先降低到第二阈值Vth1，此时通信芯片U1关闭，而到t2时，电压Vcap已降低至第三阈值Vth2，此时控制芯片M1关闭。
图4(b)给出了电压Vin+降至0较短时间后又恢复时系统电压的变化情况，如图4(b)所示，当电压Vin+被拉低至第一阈值Vth0后骤降至0，当这个压降过程保持t3(t3＝t1)后，电压Vcap首先降低到第二阈值Vth1，此时通信芯片U1关闭，而到t4时，电压Vin+恢复正常，由于t4＜t2，电压Vcap还没有降低至第三阈值Vth2就被拉回正常值，故控制芯片M1一直没有关闭，并保持对第一开关K的驱动，并且在电压Vcap恢复正常值时，通信芯片U1重启继续工作，如此至t5、t6循环过程中，第一开关K始终未断，组件关断器运行稳定。
因此步骤S301中采集组件关断器的输入电压以及步骤S302中判断该输入电压是否小于预设的阈值，可以为判断正极输入端子1的电压Vin+是否小于第一阈值Vth0，也可以为判断续电电容C1的第一端的电压Vcap是否小于第二阈值Vth1，对应图2中虚线l1、l2为控制芯片M1的采样线路。
对于步骤S303来说，关闭通信芯片U1，可以为向通信芯片U1发送关断信号以使通信芯片U1进入低功耗的睡眠模式，该睡眠模式可以是shut down、stand by等。关断信号可以是I/O的数字电平设计，也可以是UART、SPI、IIC等等接口的通信。
可以理解的是，本发明实施例提供的组件关断器的控制方法除了基于图2所示的组件关断器外，还适用于与图2所示的组件关断器原理相同的其他设备，在这类设备上，在输入电压达到某个阈值时，控制芯片M1通过关闭通信芯片U1来降低系统功耗的方案，均属于本发明实施例的保护范围。
本发明所提供的组件关断器的控制方法，在现有的组件关断器的基础上，控制芯片在检测到组件关断器的输入电压低于预设的阈值后控制通信芯片关闭，从而降低了系统功耗，使得在输入电压暂降的时间内减少了所需电能，因此无需设置大体积的续电电容即可满足输入电压暂降时的电源供应，进而可以降低组件关断器的整体体积及成本，有利于组件关断器的推广与大规模使用。
图5(a)为本发明实施例提供的第一种为实现图3中步骤S303的电路图；图5(b)为本发明实施例提供的第二种为实现图3中步骤S303的电路图；图5(c)为本发明实施例提供的第三种为实现图3中步骤S303的电路图。
在上述实施例的基础上，在另一实施例中，还可以以断开通信芯片U1与供电回路的连接的方式来关闭通信芯片U1。因此如图5(a)所示，组件关断器还可以包括设于通信芯片U1所在支路且与控制芯片M1连接的第二开关S；
相应的，步骤S303中关闭通信芯片，具体为：
控制第二开关S断开以使通信芯片断电。
在具体实施中，第二开关S可以采用NMOS管、PMOS管、三极管、继电器等，第一端与控制芯片M1的第一端连接，第二端与通信芯片M1的第一端连接，控制端与控制芯片M1连接。
上述方案可以扩展到多通信芯片的电路中。如图5(b)所示，当通信芯片的数量为多个(U1……Un)时，可以一个通信芯片(U1……Un)对应一个第二开关(S1……Sn)，且各第二开关(S1……Sn)均设于对应的通信芯片(U1……Un)所在的支路，即每个第二开关(S1……Sn)控制其所在支路的通信芯片(U1……Un)与供电回路的连接与否。
多通信芯片的电路控制方案还可以如图5(c)所示，即当通信芯片的数量为多个(U1……Un)时，第二开关S的第一端与控制芯片M1的第一端连接，第二开关S的第二端与各通信芯片(U1……Un)的第一端的公共点连接，该第二开关S同时控制所有通信芯片(U1……Un)与供电回路的连接与否。
相应的，在输入电压正常后，如检测正极输入端子1的电压Vin+大于第一阈值Vth0后，控制芯片M1控制第二开关(S或S1……Sn)导通以使通信芯片(U1……Un)恢复供电。
本发明所提供的组件关断器的控制方法，提供了一种关闭通信芯片的方法，即在通信芯片所在支路上设置第二开关，当输入电压不足时，控制芯片控制第二开关断开以断开通信芯片的供电，从而降低系统功耗，有效延长系统在输入电压暂降状态下允许的持续时间，进而降低了所需续电电容的体积。
图6为本发明实施例提供的另一种组件关断器的控制方法的流程图。
在上述实施例的基础上，在另一实施中，如图6所示，在步骤S303之后，组件关断器的控制方法还可以包括：
S601：判断输入电压是否小于第三阈值；如果是，则进入步骤S602；如果否，则返回步骤S301；
S602：控制第一开关断开。
当输入电压暂降时间较长时，即使关闭了通信芯片U1，还是无法支撑控制芯片M1的工作，继而第一开关K在断开之前将处于一端时间的连接不稳状态，而这个连接不稳状态对系统而言是危险的，因此在判断输入电压小于第三阈值时，控制芯片M1直接控制第一开关K断开，使系统进入欠压保护或掉电关闭状态，使第一开关K的断电成为可控的，从而保证系统的稳定。
由于此时正极输入端子1的电压Vin+的电压可能已经为0，所以步骤S601中检测的输入电压为续电电容C1的第一端的电压Vcap，判断续电电容C1的第一端的电压Vcap是否小于第三阈值Vth2。
进一步的，在步骤S302中判断否时，还可以包括：
S603：控制并保持通信芯片开启后，进入步骤S301。
上文详述了组件关断器的控制方法对应的各个实施例，在此基础上，本发明还公开了与上述控制方法对应的组件关断器，其结构可以参照图2、图5(a)、图5(b)及图5(c)。该组件关断器包括控制芯片M1、通信芯片U1、第一开关K、续电电容C1、正极输入端子1、负极输入端子2、正极输出端子3和负极输出端子4；
其中，正极输入端子1与正极输出端子3连接，负极输入端子2与负极输出端子4连接，续电电容C1的第一端、控制芯片M1的第一端、通信芯片U1的第一端与正极输入端子1连接，续电电容C1的第二端、控制芯片M1的第二端、通信芯片U1的第二端与负极输入端子2连接；
第一开关K的第一端与正极输入端子1连接，第一开关K的第二端与正极输出端子3连接，第一开关K的第三端与控制芯片M1连接，用于在控制芯片M1的控制下实现组件关断器的输入端与输出端之间的通断；
控制芯片M1还用于判断组件关断器的输入电压是否小于预设的阈值，如果是，则关闭通信芯片U1。
进一步的，组件关断器还包括设于通信芯片U1所在支路且与控制芯片M1连接的第二开关S；
所述控制芯片控制第二开关S断开以关闭通信芯片U1。
由于组件关断器部分的实施例与控制方法部分的实施例相互对应，因此组件关断器部分的实施例请参见控制方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法及装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。
以上对本发明所提供的一种组件关断器的控制方法及组件关断器进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，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。
Claims (10)
1.一种组件关断器的控制方法，其特征在于，基于控制芯片，包括：
采集组件关断器的输入电压；
判断所述输入电压是否小于预设的阈值；
如果是，则关闭通信芯片；
如果否，则返回所述采集组件关断器的输入电压的步骤；
其中，所述组件关断器包括所述控制芯片、所述通信芯片、第一开关、续电电容、正极输入端子、负极输入端子、正极输出端子和负极输出端子，所述正极输入端子与所述正极输出端子连接，所述负极输入端子与所述负极输出端子连接，所述续电电容的第一端、所述控制芯片的第一端、所述通信芯片的第一端与所述正极输入端子连接，所述续电电容的第二端、所述控制芯片的第二端、所述通信芯片的第二端与所述负极输入端子连接；所述第一开关的第一端与所述正极输入端子连接，所述第一开关的第二端与所述正极输出端子连接，所述第一开关的第三端与所述控制芯片连接，用于在所述控制芯片的控制下实现所述组件关断器的输入端与输出端之间的通断。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述组件关断器还包括设于所述通信芯片所在支路且与所述控制芯片连接的第二开关；
相应的，所述关闭通信芯片，具体为：
控制所述第二开关断开以使所述通信芯片断电。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，当所述通信芯片的数量为多个时，一个所述通信芯片对应一个所述第二开关，且各所述第二开关均设于对应的所述通信芯片所在的支路。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，当所述通信芯片的数量为多个时，所述第二开关的第一端与所述控制芯片的第一端连接，所述第二开关的第二端与各所述通信芯片的第一端的公共点连接。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述关闭通信芯片，具体为：
向所述通信芯片发送关断信号以使所述通信芯片进入低功耗的睡眠模式。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述输入电压具体为所述正极输入端子的电压；
相应的，判断所述输入电压是否小于预设的阈值，具体为：
判断所述正极输入端子的电压是否小于第一阈值。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述组件关断器还包括设于所述正极输入端子和所述续电电容之间、阳极端与所述正极输入端子连接、阴极端与所述续电电容的第一端连接的反二极管；所述输入电压为所述反二极管的阴极端的电压；
相应的，所述判断所述输入电压是否小于预设的阈值，具体为：
判断所述反二极管的阴极端的电压是否小于第二阈值。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在关闭所述通信芯片之后，还包括：
判断所述输入电压是否小于第三阈值；
如果是，则控制所述第一开关断开；
如果否，则返回所述采集组件关断器的输入电压的步骤。
9.一种组件关断器，其特征在于，包括控制芯片、通信芯片、第一开关、续电电容、正极输入端子、负极输入端子、正极输出端子和负极输出端子；
其中，所述正极输入端子与所述正极输出端子连接，所述负极输入端子与所述负极输出端子连接，所述续电电容的第一端、所述控制芯片的第一端、所述通信芯片的第一端与所述正极输入端子连接，所述续电电容的第二端、所述控制芯片的第二端、所述通信芯片的第二端与所述负极输入端子连接；所述第一开关的第一端与所述正极输入端子连接；
所述第一开关的第二端与所述正极输出端子连接，所述第一开关的第三端与所述控制芯片连接，用于在所述控制芯片的控制下实现所述组件关断器的输入端与输出端之间的通断；
所述控制芯片还用于采集组件关断器的输入电压，判断所述输入电压是否小于预设的阈值，如果是，则关闭所述通信芯片。
10.根据权利要求9所述的组件关断器，其特征在于，所述组件关断器还包括设于所述通信芯片所在支路且与所述控制芯片连接的第二开关；
所述控制芯片控制所述第二开关断开以关闭所述通信芯片。
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