CN110429580B - 一种组件关断器及其防倒灌方法、光伏系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种组件关断器及其防倒灌方法、光伏系统，其中，所述组件关断器的控制模块在所述组件关断器处于关断状态时，实时获取第二连接端与第三连接端之间的检测电压，所述检测电压表征着第一开关管的源极和漏极两端的电压状态，当所述检测电压超过第一阈值电压时，则认为有倒灌电流通过所述第一开关管的体二极管反向通过所述第一开关管，此时所述控制模块通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管导通，使得倒灌电流通过导通的第一开关管反向通过，避免了所述第一开关管被倒灌电流烧毁的风险。
Description
技术领域
本申请涉及自动控制技术领域，更具体地说，涉及一种组件关断器及其防倒灌方法、光伏系统。
背景技术
光伏发电作为清洁能源的重要组成部分，近年来得到了迅猛的发展。通常情况下，参考图1，光伏系统由多个光伏组件串联形成组串，每个光伏组件输出直流电压，组串中所有的光伏组件输出的直流电压叠加后接入逆变器中，逆变器实现直流电压向交流电压的转换，从而实现并网。
在光伏系统中，组串中的直流高压有导致人身危险和火灾事故的可能。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有个控制功能把每个光伏组件的电压输出关断，这样就应该完全消除直流高压。通常作法仍然参考图1，在每两个光伏组件之间加入了一个组件关断器，组件关断器的输出串联，连接逆变器，通过控制器控制组件关断器，实现组件关断器的快速关断，从而使得光伏系统的直流电缆上的电压很低，避免了在逆变器停止运行时仍然会输出高压电的问题。
组件关断器主要通过控制位于电源通路上开关管的状态来实现组件关断器关断状态的控制，即通过向开关管的栅极输出驱动信号的方式控制开关管导通，通过停止输出驱动信号的方式控制开关管断开，从而实现电源通路的导通和断开控制。但是在实际的应用过程中发现，当组件关断器处于关断状态时，如果有某串光伏组件的电压因为某种原因比并联的其他组串低，就可能会出现倒灌电流以倒灌的方式流进组件，此时由于组件关断器处于关断状态，组件关断器的开关管也处于断开状态，此时倒灌的倒灌电流很容易烧毁开关管，导致组件关断器损坏。同时在光伏组件的注入电流测试时，也会出现倒灌电流烧毁组件关断器的开关管的情况。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种组件关断器及其防倒灌方法、光伏系统，以实现避免组件关断器的开关管被倒灌电流烧毁的目的。
为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种组件关断器，所述组件关断器与光伏组件连接，用于控制所述光伏组件的关断状态，所述组件关断器包括：第一开关管和控制模块，其中，
所述控制模块包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述第一连接端与所述第一开关管的栅极连接，所述第二连接端与所述第一开关管的源极连接，所述第三连接端与所述第一开关管的漏极连接；
所述控制模块，用于在所述组件关断器处于导通状态时，通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管处于导通状态；和用于在所述组件关断器处于关断状态时，停止为所述第一开关管输出驱动信号，并获取所述第二连接端与所述第三连接端之间的检测电压，在所述检测电压超过第一阈值电压时，通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管导通，使倒灌电流通过导通的第一开关管。
可选的，所述控制模块包括：电压检测单元、倒灌判断单元、倒灌控制单元和开关管控制单元；其中，
所述电压检测单元的两个输入端分别作为所述控制模块的第二连接端和第三连接端，分别与所述第一开关管的源极和漏极连接，用于在所述组件关断器处于关断状态时，检测所述第二连接端和第三连接端之间的检测电压，所述电压检测单元的输出端与所述倒灌判断单元的输入端连接；
所述倒灌判断单元，用于判断所述检测电压是否超过所述第一阈值电压，如果是，则判断倒灌发生，向所述倒灌控制单元发送控制指令；
所述倒灌控制单元，用于在接收到所述控制指令时，向所述开关管控制单元输出驱动指令；
所述开关管控制单元的输出端作为所述控制模块的第一连接端，所述开关管控制单元用于在所述组件关断器处于导通状态时，通过所述第一连接端输出驱动信号，和用于在所述组件关断器处于关断状态且接收到所述驱动指令时，通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管处于导通状态。
可选的，所述组件关断器还包括：
与所述第一开关管连接的、位于所述第二连接端和第三连接端之间的倒灌电压辅助单元；
所述倒灌电压辅助单元的第一输入端与所述第一开关管的源极或漏极连接，所述第二输入端与所述第二连接端或第三连接端连接，用于在所述组件关断器处于关断状态、且所述倒灌电压辅助单元和第一开关管串联总电压超过第二阈值电压时，作为通路使得倒灌电流通过。
可选的，所述倒灌电压辅助单元为第二开关管；
所述第二开关管的源极和漏极分别作为所述倒灌电压辅助单元的第一输入端或第二输入端；所述第二开关管的栅极与所述控制模块的第一连接端连接。
可选的，所述第一开关管和第二开关管均为N型MOS管；
所述第二开关管的源极作为所述倒灌电压辅助单元的第一输入端与第三连接端连接，所述第二开关管的漏极作为所述倒灌电压辅助单元的第二输入端与所述第一开关管的源极连接；
或
所述第二开关管的源极作为所述倒灌电压辅助单元的第一输入端与所述第一开关管的漏极连接，所述第二开关管的漏极作为所述倒灌电压辅助单元的第二输入端与所述第二连接端连接。
可选的，所述第一阈值电压小于所述第一开关管的体二极管的导通电压。
可选的，所述第二阈值电压小于或等于所述第一开关管的体二极管的导通电压和所述第二开关管的体二极管的导通电压之和。
一种组件关断器的防倒灌方法，包括：
在组件关断器处于关断状态时，获取所述组件关断器中的开关管两端的检测电压；
判断所述检测电压是否超过第一阈值电压，如果是，则向所述第一开关管的栅极输出驱动信号，以控制所述第一开关管导通，使倒灌电流通过导通的第一开关管。
可选的，所述第一阈值电压小于所述第一开关管的体二极管的导通电压。
一种光伏系统，包括如上述任一项所述的组件关断器。
从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种组件关断器及其防倒灌方法、光伏系统，其中，所述组件关断器的控制模块在所述组件关断器处于关断状态时，实时获取第二连接端与第三连接端之间的检测电压，所述检测电压表征着第一开关管的源极和漏极两端的电压状态，当所述检测电压超过第一阈值电压时，则认为有倒灌电流通过所述第一开关管的体二极管反向通过所述第一开关管，此时所述控制模块通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管导通，使得倒灌电流通过导通的第一开关管反向通过，避免了所述第一开关管被倒灌电流烧毁的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为光伏系统的结构示意图；
图2为现有技术中的组件关断器处于导通状态时的工作示意图；
图3为现有技术中的组件关断器处于关断状态时的工作示意图；
图4为现有技术中的组件关断器发生倒灌电流时的工作示意图；
图5为本申请的一个实施例提供的一种组件关断器的结构示意图；
图6为本申请的一个实施例提供的一种组件关断器的工作示意图；
图7为本申请的另一个实施例提供的一种组件关断器的工作示意图；
图8为本申请的又一个实施例提供的一种组件关断器的工作示意图；
图9为本申请的再一个实施例提供的一种组件关断器的工作示意图；
图10为本申请的一个实施例提供的一种组件关断器的防倒灌方法的流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术中在当组件关断器处于关断状态时，如果进行光伏组件的注入电流测试或者由某串光伏组件的电压因为某种原因比串联的其他组串低，就可能会出现倒灌电流以倒灌的方式流进组件，此时由于组件关断器处于关断状态，组件关断器的开关管也处于断开状态，此时倒灌的倒灌电流很容易烧毁开关管，导致组件关断器损坏。
具体地，参考图2，图2为传统的组件关断器的可行结构示意图，在图2中，该组件关断器包括开关管M1、关断控制模块U1、通信模块U2和旁路二极管D1，图2中Vin+和Vin-分别表示输入电压的正负接口，Vout+和Vout-分别表示输出电压的正负接口。
通信模块U2根据外部指令控制所述关断控制模块U1处于导通状态或断开状态，当所述关断控制模块U1处于导通状态时，向开关管M1发送驱动信号，以控制开关管M1导通，工作电流Ir正向流过开关管M1，开关管M1的体二极管(又称为寄生二极管)是反向断开的。
参考图3，当所述关断控制模块U1处于断开状态时，所述关断控制模块U1控制所述第一开关管M1断开，此时正常情况下，开关管M1及其体二极管均处于断开状态，没有输出电流和电压。
但是在多穿组件并联的时候，如果有一串组件的电压因为某种原因比并联的其他组串低，如果没有组串防反二极管，电流Ir就会倒灌流进组件，我们把倒灌流进组件的电流Ir称为倒灌电流，参考图4，这时候如果组件关断器处于关断状态，此时开关管M1是断开的，这个大电流会通过开关管M1的体二极管流入，从而很容易烧毁开关管M1。当组件在做注入电流测试，以测试旁路二极管D1能在组件出现旁路的时候正常可靠工作，这时候如果组件关断器处于关断状态时，也会出现如上所述的倒灌电流现象，同样会烧毁开关管M1。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种组件关断器，所述组件关断器与光伏组件连接，用于控制所述光伏组件的关断状态，所述组件关断器包括：第一开关管和控制模块，其中，
所述控制模块包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述第一连接端与所述第一开关管的栅极连接，所述第二连接端与所述第一开关管的源极连接，所述第三连接端与所述第一开关管的漏极连接；
所述控制模块，用于在所述组件关断器处于导通状态时，通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管处于导通状态；和用于在所述组件关断器处于关断状态时，停止为所述第一开关管输出驱动信号，并获取所述第二连接端与所述第三连接端之间的检测电压，在所述检测电压超过第一阈值电压时，通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管导通，使倒灌电流通过导通的第一开关管。
所述组件关断器与光伏组件连接，用于控制所述光伏组件的关断状态，所述组件关断器包括：第一开关管和控制模块，其中，
所述控制模块包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述第一连接端与所述第一开关管的栅极连接，所述第二连接端与所述第一开关管的源极连接，所述第三连接端与所述第一开关管的漏极连接；
所述控制模块，用于在所述组件关断器处于导通状态时，通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管处于导通状态；和用于在所述组件关断器处于关断状态时，停止为所述第一开关管输出驱动信号，并获取所述第二连接端与所述第三连接端之间的检测电压，在所述检测电压超过第一阈值电压时，通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管导通，使倒灌电流通过导通的第一开关管。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种组件关断器，如图5所示，所述组件关断器与光伏组件连接，用于控制所述光伏组件的关断状态，所述组件关断器包括：第一开关管Q1和控制模块10，其中，
所述控制模块10包括第一连接端L1、第二连接端L2和第三连接端L3，所述第一连接端L1与所述第一开关管Q1的栅极连接，所述第二连接端L2与所述第一开关管Q1的源极连接，所述第三连接端L3与所述第一开关管Q1的漏极连接；
所述控制模块10，用于在所述组件关断器处于导通状态时，通过所述第一连接端L1输出驱动信号，以控制所述第一开关管Q1处于导通状态；和用于在所述组件关断器处于关断状态时，停止为所述第一开关管Q1输出驱动信号，并获取所述第二连接端L2与所述第三连接端L3之间的检测电压，在所述检测电压超过第一阈值电压时，通过所述第一连接端L1输出驱动信号，以控制所述第一开关管Q1导通，使倒灌电流通过导通的第一开关管Q1。
在图5中，在图5中Vin+和Vin-分别表示输入电压的正负接口，Vout+和Vout-分别表示输出电压的正负接口。
通信模块20用于接收外部控制器传输的指令，并传输给所述控制模块10，以使所述控制模块10处于与外部控制器传输的指令对应的关断状态或导通状态。
可选的，如图5所示，所述第一开关管Q1为N型MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属-氧化物-半导体)管。一般情况下，N型MOS管的衬底与源极连接，且衬底接地，N型MOS管的导通方向为漏极到源极，因此当N型MOS管作为所述第一开关管Q1时，其体二极管的导通方向为源极到漏极。
当所述控制模块10处于关断状态时，参考图6，此时第一开关管Q1断开，而倒灌电流试图流过所述第一开关管Q1的体二极管，体二极管的导通电压为Vf，此时体二极管的功耗为Ir×Vf，对于通常的组件电路和二极管导通电压，这个功耗很大，很容易烧毁二极管。在图6中，除了所述第一开关管Q1和控制模块10外，还示出了通信模块20和旁路二极管其具体连接关系参考图6。
因此，参考图7，在本实施例提供的组件关断器中，当组件关断器的控制模块10根据检测电压判定出现倒灌电流时，控制第一开关管Q1处于开启状态，此时倒灌电流流过导通的第一开关管Q1的MOS部分，而不会流经其体二极管。
仍然参考图5，可选的，所述控制模块10包括：电压检测单元11、倒灌判断单元12、倒灌控制单元14和开关管控制单元13；其中，
所述电压检测单元11的两个输入端分别作为所述控制模块10的第二连接端L2和第三连接端L3，分别与所述第一开关管Q1的源极和漏极连接，用于在所述组件关断器处于关断状态时，检测所述第二连接端L2和第三连接端L3之间的检测电压，所述电压检测单元11的输出端与所述倒灌判断单元12的输入端连接；
所述倒灌判断单元12，用于判断所述检测电压是否超过所述第一阈值电压，如果是，则判断倒灌发生，向所述倒灌控制单元14发送控制指令；
所述倒灌控制单元14，用于在接收到所述控制指令时，向所述开关管控制单元13输出驱动指令；
所述开关管控制单元13的输出端作为所述控制模块10的第一连接端L1，所述开关管控制单元13用于在所述组件关断器处于导通状态时，通过所述第一连接端L1输出驱动信号，和用于在所述组件关断器处于关断状态且接收到所述驱动指令时，通过所述第一连接端L1输出驱动信号，以控制所述第一开关管Q1处于导通状态。
一般情况下，所述第一阈值电压可以设置为小于所述第一开关管Q1的体二极管的导通电压，这样当检测电压等于所述体二极管的导通电压时，就可判定为倒灌发生。
为了使所述电压检测单元11能够检测超过所述体二极管的导通电压的检测电压，参考图8，所述组件关断器还包括：
与所述第一开关管Q1连接的、位于所述第二连接端L2和第三连接端L3之间的倒灌电压辅助单元；
所述倒灌电压辅助单元的第一输入端与所述第一开关管Q1的源极或漏极连接，所述第二输入端与所述第二连接端L2或第三连接端L3连接，用于在所述组件关断器处于关断状态、且所述倒灌电压辅助单元和第一开关管串联总电压超过第二阈值电压时，作为通路使得倒灌电流通过。
可选的，仍然参考图8，所述倒灌电压辅助单元为第二开关管Q2；
所述第二开关管Q2的源极和漏极分别作为所述倒灌电压辅助单元的第一输入端或第二输入端；所述第二开关管Q2的栅极与所述控制模块10的第一连接端L1连接。
在实际应用中，所述第二开关管Q2可以为与第一开关管Q1相同类型的N型MOS管。
参考图8，所述第二开关管Q2的源极作为所述倒灌电压辅助单元的第一输入端与第三连接端L3连接，所述第二开关管Q2的漏极作为所述倒灌电压辅助单元的第二输入端与所述第一开关管Q1的源极连接；
或
参考图9，所述第二开关管Q2的源极作为所述倒灌电压辅助单元的第一输入端与所述第一开关管Q1的漏极连接，所述第二开关管Q2的漏极作为所述倒灌电压辅助单元的第二输入端与所述第二连接端L2连接。
在图8和图9中，第一开关管Q1和第二开关管Q2串联，当组件关断器处于关断状态时，第一开关管Q1和第二开关管Q2断开，而倒灌电流流过两个开关管的体二极管，单个体二极管的导通电压为Vf，此时两个开关管的总电压为2Vf，第二阈值电压可以设置为小于或等于2Vf，所述第二连接端L2与所述第三连接端L3之间的检测电压达到第二阈值，则可以判定倒灌电流出现，控制两个开关管导通，避免开关管被烧毁的问题。
当然地，在本申请的其他实施例中，所述倒灌电压辅助单元还可以为两个或三个等更多数量的串联开关管。本申请对所述倒灌电压辅助单元的具体构成并不做限定，具体视实际情况而定。
可选的，所述第二阈值电压小于或等于所述第一开关管的体二极管的导通电压和所述第二开关管的体二极管的导通电压之和。当所述倒灌电压辅助单元包括两个及以上数量的串联开关管时，所述第二阈值电压小于或等于第一开关管和所述倒灌电压辅助单元中所有开关管的体二极管的导通电压的总和。
相应的，本申请实施例还提供了一种组件关断器的防倒灌方法，如图10所示，包括：
S101：在组件关断器处于关断状态时，获取所述组件关断器中的开关管两端的检测电压；
S102：判断所述检测电压是否超过第一阈值电压，如果是，则向所述第一开关管的栅极输出驱动信号，以控制所述第一开关管导通，使倒灌电流通过导通的第一开关管。
可选的，所述第一阈值电压小于所述第一开关管的体二极管的导通电压。
相应的，本申请实施例还提供了一种光伏系统，包括如上述任一实施例所述的组件关断器。
综上所述，本申请实施例提供了一种组件关断器及其防倒灌方法、光伏系统，其中，所述组件关断器的控制模块在所述组件关断器处于关断状态时，实时获取第二连接端与第三连接端之间的检测电压，所述检测电压表征着第一开关管的源极和漏极两端的电压状态，当所述检测电压超过第一阈值电压时，则认为有倒灌电流通过所述第一开关管的体二极管反向通过所述第一开关管，此时所述控制模块通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管导通，使得倒灌电流通过导通的第一开关管反向通过，避免了所述第一开关管被倒灌电流烧毁的风险。
本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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种组件关断器，其特征在于，所述组件关断器与光伏组件连接，用于控制所述光伏组件的关断状态，所述组件关断器包括：第一开关管和控制模块，其中，
所述控制模块包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述第一连接端与所述第一开关管的栅极连接，所述第二连接端与所述第一开关管的源极连接，所述第三连接端与所述第一开关管的漏极连接；
所述控制模块，用于在所述组件关断器处于导通状态时，通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管处于导通状态；和用于在所述组件关断器处于关断状态时，停止为所述第一开关管输出驱动信号，并获取所述第二连接端与所述第三连接端之间的检测电压，在所述检测电压超过第一阈值电压时，通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管导通，使倒灌电流通过导通的第一开关管。
2.根据权利要求1所述的组件关断器，其特征在于，所述控制模块包括：电压检测单元、倒灌判断单元、倒灌控制单元和开关管控制单元；其中，
所述电压检测单元的两个输入端分别作为所述控制模块的第二连接端和第三连接端，分别与所述第一开关管的源极和漏极连接，用于在所述组件关断器处于关断状态时，检测所述第二连接端和第三连接端之间的检测电压，所述电压检测单元的输出端与所述倒灌判断单元的输入端连接；
所述倒灌判断单元，用于判断所述检测电压是否超过所述第一阈值电压，如果是，则判断倒灌发生，向所述倒灌控制单元发送控制指令；
所述倒灌控制单元，用于在接收到所述控制指令时，向所述开关管控制单元输出驱动指令；
所述开关管控制单元的输出端作为所述控制模块的第一连接端，所述开关管控制单元用于在所述组件关断器处于导通状态时，通过所述第一连接端输出驱动信号，和用于在所述组件关断器处于关断状态且接收到所述驱动指令时，通过所述第一连接端输出驱动信号，以控制所述第一开关管处于导通状态。
3.根据权利要求2所述的组件关断器，其特征在于，所述组件关断器还包括：
与所述第一开关管连接的、位于所述第二连接端和第三连接端之间的倒灌电压辅助单元；
所述倒灌电压辅助单元的第一输入端与所述第一开关管的源极或漏极连接，第二输入端与所述第二连接端或第三连接端连接，用于在所述组件关断器处于关断状态、且所述倒灌电压辅助单元和第一开关管串联总电压超过第二阈值电压时，作为通路使得倒灌电流通过。
4.根据权利要求3所述的组件关断器，其特征在于，所述倒灌电压辅助单元为第二开关管；
所述第二开关管的源极和漏极分别作为所述倒灌电压辅助单元的第一输入端或第二输入端；所述第二开关管的栅极与所述控制模块的第一连接端连接。
5.根据权利要求4所述的组件关断器，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管均为N型MOS管；
所述第二开关管的源极作为所述倒灌电压辅助单元的第一输入端与第三连接端连接，所述第二开关管的漏极作为所述倒灌电压辅助单元的第二输入端与所述第一开关管的源极连接；
或
所述第二开关管的源极作为所述倒灌电压辅助单元的第一输入端与所述第一开关管的漏极连接，所述第二开关管的漏极作为所述倒灌电压辅助单元的第二输入端与所述第二连接端连接。
6.根据权利要求5所述的组件关断器，其特征在于，所述第一阈值电压小于所述第一开关管的体二极管的导通电压。
7.根据权利要求5所述的组件关断器，其特征在于，所述第二阈值电压小于或等于所述第一开关管的体二极管的导通电压和所述第二开关管的体二极管的导通电压之和。
8.一种组件关断器的防倒灌方法，其特征在于，所述防倒灌方法应用于权利要求1-7任意一项组件关断器，包括：
在组件关断器处于关断状态时，获取所述组件关断器中的开关管两端的检测电压；
判断所述检测电压是否超过第一阈值电压，如果是，则向第一开关管的栅极输出驱动信号，以控制所述第一开关管导通，使倒灌电流通过导通的第一开关管。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一阈值电压小于所述第一开关管的体二极管的导通电压。
10.一种光伏系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的组件关断器。
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