CN112671220A - 一种光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，包括MCU控制单元、BUCK充电电路、电池升压DC‑DC电路以及BUS电容预充缓启动电路；所述MCU控制单元控制连接于BUS电容预充缓启动电路，所述BUS电容预充缓启动电路通过设置有输出继电器切换电路与BUCK充电器电路电性连接，所述BUCK充电器电路与电性连接电池升压DC‑DC电路电性连接，所述电池升压DC‑DC电路与BUS电容预充缓启动电路电性连接。在负载瞬卸时将交流输出端产生的冲击能量转移到蓄电池端，在负载瞬投时限制直流母线端冲击能量流入到直交流变换端，以达到降低功率器件端所承受应力峰值。
Description
技术领域
本发明涉及于光伏发电技术领域，具体是光伏逆变器在太阳能发电的同时瞬间启动或者停止冲击性负载时的抑制保护电路。
背景技术
光伏逆变器不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度的发挥太阳能电池性能的功能和系统故障保护功能。在实际的光伏离网发电系统中，太阳能组件、蓄电池、逆变器、负载构成的电气系统，光伏逆变器的输出功率是由负载决定的，有些感性负载，如空调、水泵等，里面的电动机，启动功率是额定功率的3-6倍，如此频繁的瞬投瞬卸，极易造成光伏逆变器受冲击损坏，最终导致整个光伏发电无法使用，在造成经济损失的同时，也严重影响无电以及电力不稳定地区居民生产生活的用电需求。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，在负载瞬卸时将交流输出端产生的冲击能量转移到蓄电池端，在负载瞬投时限制直流母线端冲击能量流入到直交流变换端，以达到降低功率器件端所承受应力峰值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，包括MCU控制单元、BUCK充电电路、电池升压DC-DC电路以及BUS电容预充缓启动电路；所述MCU控制单元控制连接于BUS电容预充缓启动电路，所述BUS电容预充缓启动电路通过设置有输出继电器切换电路与BUCK充电器电路电性连接，所述BUCK充电器电路与电性连接电池升压DC-DC电路电性连接，所述电池升压DC-DC电路与BUS电容预充缓启动电路电性连接。
作为本发明一种优选的技术方案, 还包括交流整流电路和太阳能MPPT控制电路，所述交流整流电路与电池升压DC-DC电性连接，所述MCU控制单元还与太阳能MPPT控制电路连接，所述太阳能MPPT控制电路和DC-DC电路分别连接BUS电容预充缓启动电路的BUS直流母线。
作为本发明一种优选的技术方案, 所述太阳能MPPT控制电路控制高压直流电通过电感L2、二极管D6给BUS电容充电，所述电感L2与BUS电容是串联关系。
作为本发明一种优选的技术方案, 所述继电器切换电路具有切换继电器RY1，所述切换继电器RY1释放控制信号。
作为本发明一种优选的技术方案, 所述MCU控制单元具有集成电路U1，所述集成电路U1连接在逆变输出火线，并与零线间的X电容C1、X电容C2存的电量吸收回馈给电池充电。
作为本发明一种优选的技术方案, 还包括逆变MOSFET、抑制EMC骚扰的X电容C5和输出负载在市电输入端为抑制EMC骚扰配置的X电容C1/X电容C2；当逆变MOSFET的MOS的关断后，所述集成电路U1开启BUCK充电电路工作，迅速将输出X电容C1、X电容C2和X电容C5贮存的电量泄放并回馈给蓄电池充电。
作为本发明一种优选的技术方案, 还包括保险丝F1、热敏电阻PTC1、整流桥B2以及电解电容C6；市电输入火线电性连接保险丝F1，所述保险丝F1电性连接热敏电阻PTC1，所述整流桥B2电性连接电解电容C6。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.逆变器负载瞬卸时的输出能量回馈电路，充分利用电池的能量，提高电池逆变效率，降低损耗。
2.同时取消了额外的输出波形过零吸收部分的器件，降低成本，提高产品的价格性能比，使产品具有更高的市场竞争力。
3.光伏逆变器用高压BUS缓启动电路，在光伏逆变器负载瞬投时，通过高压BUS缓启动电路对大容量的BUS电容进行预充电处理，从而避免BUS上的大电容在机器启动瞬间对光伏逆变器主电路造成冲击，延长机器的使用寿命。
4.通过高压BUS缓启动电路转换，使市电电压和太阳能电压可在更宽的电压范围有效的对BUS电容进行预充电处理，兼容多种供电源供电情况，特别是在无电池的情况下也可以开机工作，且适应较宽的输入电压范围。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图。
图2是本发明实施例的电路图。
图3是本发明实施例的电路图。
图4是本发明实施例的电路图。
具体实施方式
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。
本发明提供了一种光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，主要实现达到降低功率器件端所承受应力峰值的效果，根据附图1-4所示，具体包括MCU控制单元、BUCK充电电路、电池升压DC-DC电路以及BUS电容预充缓启动电路。
MCU控制单元控制连接于BUS电容预充缓启动电路，本发明的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路，在光伏逆变器负载瞬投启动时，通过高压BUS缓启动电路对大容量的BUS电容进行预充电处理，从而避免BUS上的大电容在机器启动瞬间对光伏逆变器主电路造成冲击，延长机器的使用寿命；并且通过高压BUS缓启动电路转换，使市电电压和太阳能电压可在更宽的电压范围有效的对BUS电容进行预充电处理，兼容多种供电源供电情况，特别是在无电池的情况下也可以开机工作，且适应较宽的输入电压范围。
BUS电容预充缓启动电路包括、变压器、效应管、集成电路、电容、第一光耦、多个电阻和多个二极管。接入电池后，电池电压经过由二极管、电阻、电阻、第组成的稳压扩流电路，将输入电池电压稳压扩流后输出稳定的12V供电电 源。当按下开机键后，SW-ON接地导通，此时集成电路开始工作， 通过变压器的FB标号位置的反馈绕组反馈输出电压，从而形成稳定的隔离直流电压。
光伏逆变器用高压BUS缓启动电路，在光伏逆变器负载瞬投启动时，通过高压BUS缓启动电路对大容量的BUS电容进行预充电处理，从而避免BUS上的大电容在机器启动瞬间对光伏逆变器主电路造成冲击，延长机器的使用寿命；并且通过高压BUS缓启动电路转换，使市电电压和太阳能电压可在更宽的电压范围有效的对BUS电容进行预充电处理，兼容多种供电源供电情况，特别是在无电池的情况下也可以开机工作，且适应较宽的输入电压范围。
此外，由于高压BUS电压预充电缓启动电路是一个输入范围很宽的反激式开关电路，所以直流电压A-1电压范围很宽，市电范围可达到90-280vac。
BUS电容预充缓启动电路通过设置有输出继电器切换电路与BUCK充电器电路电性连接，具体地，继电器切换电路具有切换继电器RY1，所述切换继电器RY1释放控制信号。当市电输入正常时，MCU控制单元输出继电器切换电路中的切换继电器RY1释放（RY1控制信号为低电平），切换至市电旁路直接输出给负载供电，切换继电器RY1连接在市电输入火线，输入交流市电经过全桥整流器B1和第三电容C3整流滤波后为直流电压，提供给BUCK充电器电路，同时MCU控制单元集成电路U1开启BUCK充电器电路工作，将市电输入交流转换为直流对电池充电。
BUCK充电器电路与电性连接电池升压DC-DC电路电性连接，所述电池升压DC-DC电路与BUS电容预充缓启动电路电性连接，MCU控制单元具有集成电路U1，所述集成电路U1连接在逆变输出火线，并与零线间的X电容C1、X电容C2存的电量吸收回馈给电池充电。如果此时市电故障（断电或异常时），MCU控制单元将切换继电器RY1控制信号为高电平，切换继电器RY1将吸合切换到逆变输出模式工作，同时MCU控制单元集成电路U1在逆变输出电压波形的正、负峰值T2阶段,关闭BUCK充电器电路（MCU输出充电控制信号为高电平），在逆变输出电压波形的正、负半周T1阶段（过零阶段），MCU控制集成电路U1开启BUCK充电器电路工作（MCU输出充电控制信号为低电平），将连接在逆变输出火线与零线间的X电容C1、X电容C2存的电量吸收回馈给电池充电，降低整机的电能损耗，提高效率。逆变器的电池电压经过DC-DC升压电路产生稳定的直流母线电压BUS+与BUS GND（幅值约350VDC），经过由MCU控制单元产生的50Hz逆变脉宽调制驱动信号（INV PWM1和INV PMW2），控制全桥逆变的MOSFET：MOS管Q4/MOS管Q7和MOS管Q5/MOS管Q6交替导通，从而产生交流220V（频率50Hz）的输出电压。逆变器在电池模式工作时，切换继电器RY1将吸合（RY1控制信号为高电平），切换至电池逆变输出给负载供电。
本实施例还包括逆变MOSFET、抑制EMC骚扰的X电容C5和输出负载在市电输入端为抑制EMC骚扰配置的X电容C1/X电容C2；当逆变MOSFET的MOS的关断后，集成电路U1开启BUCK充电电路工作，迅速将输出X电容C1、X电容C2和X电容C5贮存的电量泄放并回馈给蓄电池充电。当逆变输出电压波形由正半周（幅值约320VDC）切换至下半周时，在输出电压波形过零T1时间阶段，逆变的MOSFET关断无输出，但因机器本身配置的抑制EMC骚扰的X电容C5和输出负载在市电输入端为抑制EMC骚扰配置的X电容C1/X电容C2，在逆变MOSFET关断过零T1阶段，X电容C1、X电容C2和X电容C5已经充电至BUS母线（幅值约320V），不能由负载立即泄放至零，因此在逆变MOSFET的MOS管Q4和MOS管Q7关断后，MCU控制单元会立即输出充电器开启信号（充电器控制信号）为低电平，三极管Q2关断，集成电路U1开启BUCK充电器电路工作，迅速将输出X电容C1、X电容C2和X电容C5贮存的电量泄放并回馈给电池充电，降低电池的无功能量消耗；然后输出波形将转换为负半周工作，在逆变MOSFET（MOS管Q5/MOS管Q6）开通前，先关闭集成电路U1，BUCK充电器电路不工作，再使逆变MOS第五MOS管Q5和第六MOS管Q6开通产生负半周输出（T2阶段），在逆变输出电压波形负半周过零T1阶段（MOS管Q5和MOS管Q6关断），再开启充电器工作将输出X电容C1、X电容C2和X电容C5贮存的电量泄放并回馈给电池充电，完成一个周期工作模式。采用此电路将X电容C1、X电容C2和X电容C5电容贮存的电量吸收回馈给电池充电，可增加电池约5-8%的容量，同时可抑制负载瞬卸时的峰值能量。
根据图4所示，本实施例还包括保险丝F1、热敏电阻PTC1、整流桥B2以及电解电容C6；市电输入火线电性连接保险丝F1，保险丝F1电性连接热敏电阻PTC1，整流桥B2电性连接电解电容C6。当接入市电后，市电输入火线经过保险丝F1、热敏电阻PTC1、整流桥B2和电解电容C6后，由交流电转换为直流电，经过二极管D2的防反后，产生高压的直流电压A-1。MCU控制单元得电后进行一系列参数的检测后，确定机器为刚开机需要对BUS电容进行预充电缓启动动作时，MCU控制单元发出指令使控制信号BUS.OFF置低，使光耦U3的1、2脚产生压降，使1、2脚之间的发光二极管点亮，从而使光耦U3的3、4脚导通接地。集成电路U3的2脚接地置低后，集成电路U3启动工作对BUS电容进行预充电缓启动。当MCU控制单元检测到BUS电容电压达到设置电压时，又发出指令使控制信号BUS.OFF置高，使集成电路U3停止工作，停止对BUS电容充电。由于提前给大容量的BUS电容充电，所以避免了市电给电池充电时后级回路启动瞬间产生瞬间大的冲击，保护后级场效应管。
根据图1所示，本实施例还包括交流整流电路和太阳能MPPT控制电路，交流整流电路与电池升压DC-DC电性连接，MCU控制单元还与太阳能MPPT控制电路连接，太阳能MPPT控制电路和DC-DC电路分别连接BUS电容预充缓启动电路的BUS直流母线，太阳能MPPT控制电路控制高压直流电通过电感L2、二极管D6给BUS电容充电，电感L2与BUS电容是串联关系。本发明能通过太阳能供电方式的高压BUS电压预充电缓启动，当接入太阳能后，太阳能高压直流电通过电感L2、二极管D6给BUS电容充电。由于电感L2与BUS电容是串联关系且电感L2电感量较大，所以电感L2起到扼流圈的作用，防止瞬投负载时电流瞬间突变过大。
本发明的逆变器输出能量回馈电路与传统的电路相比较，有如下优点：传统的逆变输出电压波形过零阶段泄放电路由吸收电阻、吸收电容和防反二极管组成，在输出电压波形过零阶段，会将输出火线与零线间X电容贮存的电量经过吸收电阻和吸收电容进行泄放，由电阻转化为热能消耗。传统的泄放电路因由泄放电阻发热将X电容贮存的能量消耗，泄放时间会较长，因此逆变输出电压波形会产生畸变；而本发明吸收泄放时间短，效果好，在输出负载瞬卸时峰值电压抑制效果更好。
本发明的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路，在光伏逆变器负载瞬投启动时，通过高压BUS缓启动电路对大容量的BUS电容进行预充电处理，从而避免BUS上的大电容在机器启动瞬间对光伏逆变器主电路造成冲击，延长机器的使用寿命；并且通过高压BUS缓启动电路转换，使市电电压和太阳能电压可在更宽的电压范围有效的对BUS电容进行预充电处理，兼容多种供电源供电情况，特别是在无电池的情况下也可以开机工作，且适应较宽的输入电压范围。
与现有技术相比，本发明可实现：
1.逆变器负载瞬卸时的输出能量回馈电路，充分利用电池的能量，提高电池逆变效率，降低损耗。
2.同时取消了额外的输出波形过零吸收部分的器件，降低成本，提高产品的价格性能比，使产品具有更高的市场竞争力。
3.光伏逆变器用高压BUS缓启动电路，在光伏逆变器负载瞬投时，通过高压BUS缓启动电路对大容量的BUS电容进行预充电处理，从而避免BUS上的大电容在机器启动瞬间对光伏逆变器主电路造成冲击，延长机器的使用寿命。
4.通过高压BUS缓启动电路转换，使市电电压和太阳能电压可在更宽的电压范围有效的对BUS电容进行预充电处理，兼容多种供电源供电情况，特别是在无电池的情况下也可以开机工作，且适应较宽的输入电压范围。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，其特征在于：包括MCU控制单元、BUCK充电电路、电池升压DC-DC电路以及BUS电容预充缓启动电路；所述MCU控制单元控制连接于BUS电容预充缓启动电路，所述BUS电容预充缓启动电路通过设置有输出继电器切换电路与BUCK充电器电路电性连接，所述BUCK充电器电路与电性连接电池升压DC-DC电路电性连接，所述电池升压DC-DC电路与BUS电容预充缓启动电路电性连接。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，其特征在于：还包括交流整流电路和太阳能MPPT控制电路，所述交流整流电路与电池升压DC-DC电性连接，所述MCU控制单元还与太阳能MPPT控制电路连接，所述太阳能MPPT控制电路和DC-DC电路分别连接BUS电容预充缓启动电路的BUS直流母线。
3.根据权利要求2所述的光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，其特征在于：所述太阳能MPPT控制电路控制高压直流电通过电感L2、二极管D6给BUS电容充电，所述电感L2与BUS电容是串联关系。
4.根据权利要求1所述的光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，其特征在于：所述继电器切换电路具有切换继电器RY1，所述切换继电器RY1释放控制信号。
5.根据权利要求1所述的光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，其特征在于：所述MCU控制单元具有集成电路U1，所述集成电路U1连接在逆变输出火线，并与零线间的X电容C1、X电容C2存的电量吸收回馈给电池充电。
6.根据权利要求5所述的光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，其特征在于：还包括逆变MOSFET、抑制EMC骚扰的X电容C5和输出负载在市电输入端为抑制EMC骚扰配置的X电容C1/X电容C2；当逆变MOSFET的MOS的关断后，所述集成电路U1开启BUCK充电电路工作，迅速将输出X电容C1、X电容C2和X电容C5贮存的电量泄放并回馈给蓄电池充电。
7.根据权利要求1所述的光伏逆变器用抗冲击性负载抑制电路，其特征在于：还包括保险丝F1、热敏电阻PTC1、整流桥B2以及电解电容C6；市电输入火线电性连接保险丝F1，所述保险丝F1电性连接热敏电阻PTC1，所述整流桥B2电性连接电解电容C6。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210416 |