CN115714443A - 一种户用储能的预充电路 - Google Patents

Abstract

本申请是一种户用储能的预充电路，具体涉及电子电力技术领域。预充电路中电网电压通过整流桥连接至直流变压器的原边；直流变压器的第一副边的第一端连接至BUS电容的正极；BUS电容的负极通过第四电阻接地；第四电阻的两端接入比例放大电路；比例放大电路的输出端通过第一积分电路连接至隔离光耦的输入端；直流变压器的第一副边的第一端还通过第二二极管连接至第二积分电路的输入端；第二积分电路的输出端连接至隔离光耦的输入端；隔离光耦的输出端通过第三电阻连接至驱动控制芯片；驱动控制芯片连接至功率开关管的栅极。上述方案在不使用PTC电阻的前提下，实现了通过电网电压对BUS电容进行充电的方案，提高了BUS电容的充电效率。

Description

一种户用储能的预充电路

技术领域

本发明涉及电子电力技术领域，具体涉及一种户用储能的预充电路。

背景技术

光伏储能逆变器在PV无能量、电池欠压或无电池，只有电网时，无法启动光伏储能逆变器对负载进行供电。

针对此问题，行业传统的解决方案如图1，图1示出了一种常用的BUS电容充电方案。当PV无能量、电池欠压或者无电池，只有电网时，通过自启动电路，保证逆变器系统控制板能正常工作，主要方案为电网通过整流桥整流后经过继电器和PTC电阻给BUS电容充电，BUS电容有电后供SPS工作，待PV有能量或者电池有电后，控制器控制继电器切断继电器。

但在上述方案中，需要使用PTC电阻，PTC电阻损耗大，导致上述方案的充电效率较低。

发明内容

本申请提供了一种户用储能的预充电路，提高了BUS电容的充电效率，该技术方案如下。

一方面，提供了一种户用储能的预充电路，所述电路包括原边电路与第一副边电路；

在所述原边电路中，电网电压通过整流桥连接至直流变压器的原边；

在所述第一副边电路中，所述直流变压器的第一副边的第一端依次通过第二二极管以及第三电容接地；所述直流变压器的第一副边的第一端还依次通过所述第二二极管以及第三二极管连接至BUS电容的正极；所述BUS电容的负极通过第四电阻接地；所述直流变压器的第一副边的第二端接地；

所述第四电阻的两端分别接入比例放大电路的两个输入端；所述比例放大电路的输出端连接至第一积分电路的输入端；所述第一积分电路的输入端连接至隔离光耦的输入端；

所述直流变压器的第一副边的第一端还通过所述第二二极管连接至第二积分电路的输入端；所述第二积分电路的输出端连接至隔离光耦的输入端；

所述隔离光耦的输出端通过第三电阻连接至驱动控制芯片；所述驱动控制芯片连接至所述原边电路中的功率开关管的栅极。

在一种可能的实现方式中，所述预充电路还包括第二副边电路；

所述第二副边电路中，直流变压器的第二副边的第一端通过第一二极管连接至第二电容的第一端；所述直流变压器的第二副边的第二端连接至第二电容的第二端；所述第二电容上的第一电压用于对所述隔离光耦以及所述驱动控制芯片供电。

在一种可能的实现方式中，所述整流桥中包括第一电阻、第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管以及第四整流二极管；

所述电网电压的第一线电压通过第一电阻分别连接至第一整流二极管的正极与所述第二整流二极管的负极连接；所述第一整流二极管的负极连接至所述直流变压器的原边的第二端；所述第二整流二极管的正极接地；

所述电网电压的第二线电压分别连接至第三整流二极管的正极与第第四整流二极管的负极；所述第三整流二极管的负极连接至所述直流变压器的原边的第二端；所述第四整流二极管的正极接地；

所述直流变压器的原边的第二端还通过第一电容接地。

在一种可能的实现方式中，所述直流变压器的原边的第一端还通过所述功率开关管以及第二电阻接地。

在一种可能的实现方式中，所述比例放大电路包括第一运算放大器；

所述第一运算放大器的第一输入端接地；所述第一运算放大器的第二输入端连接至所述BUS电容的负极；

所述第一运算放大器的第一输入端通过第七电阻连接至所述第一运算放大器的输出端。

在一种可能的实现方式中，所述第一积分电路中包括第三运算放大器；

所述第三运算放大器的第一输入端与所述第一运算放大器的输出端连接；

所述第三运算放大器的第一输入端还依次通过第五电容以及第六电阻连接至所述第三运算放大器的输出端；

所述第三运算放大器的第二输入端接入参考电压。

在一种可能的实现方式中，所述第二积分电路包括第二运算放大器；

所述第二运算放大器的第一输入端为所述第二积分电路的输入端；

所述第二运算放大器的第一输入端还依次通过所述第四电容以及第五电阻连接至所述第二运算放大器的输出端；

所述第二运算放大器的第二输入端接入参考电压。

又一方面，提供了一种光伏储能逆变器控制系统，所述系统包括上述户用储能的预充电路；

所述系统还包括电网模块、辅助电源模块、光伏、逆变器模块、电池模块以及负载；

所述电网模块用于给所述预充电路提供电网电压；

所述电网模块还通过第一继电器连接至负载；所述电网模块还依次通过第一继电器与第二继电器连接至逆变器模块；所述逆变器模块的直流端用于给所述电池模块充电；

所述辅助电源模块用于控制第一继电器与第二继电器的开关状态；所述电池模块、所述预充电路中的BUS电容以及所述光伏中的至少一者用于给所述辅助电源模块供电。

在一种可能的实现方式中，当所述电池模块以及所述光伏无能量时，所述预充电路中的BUS电容用于给所述辅助电源模块供电；

所述辅助电源模块还用于在接收到BUS电容的供电后，打开所述第一继电器以通过所述电网模块对所述负载进行供电。

在一种可能的实现方式中，所述辅助电源模块还用于在接收到BUS电容的供电后，分别打开第一继电器以及第二继电器，以对所述电池模块充电。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

在光伏储能逆变器中，为了实现通过电网给BUS电容供电，可以将电网电压通过整流桥连接至直流变压器的原边，直流变压器的第一副边所构成的第一副边电路对BUS电容进行供电，并且第一副边电路中的第四电阻的两端作为电流采样电阻接入比例放大电路的两个输入端，比例放大电路的输出端连接至第一积分电路的输入端；第一积分电路的输出通过隔离光耦连接至驱动控制芯片；且第一副边还通过第二二极管连接至第二积分电路的输入端，第二积分电路的输出端也通过隔离光耦连接至驱动控制芯片。在上述电路中，驱动控制芯片同时考虑到了第一副边电路中电流的变化情况以及电压的变化情况，并根据接收到的电流和电压对功率开关管进行控制，从而对直流变压器进行控制，从而使得在充电过程中电流恒定，在充电完成后BUS电容的电压恒定，即上述方案，在不使用PTC电阻的前提下，实现了通过电网电压对BUS电容进行充电的方案，提高了BUS电容的充电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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示出了一种常用的BUS电容充电方案。

图2是根据一示例性实施例示出的一种户用储能的预充电路的结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种光伏储能逆变器控制系统的逻辑示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

图2是根据一示例性实施例示出的一种户用储能的预充电路的结构示意图。所述电路包括原边电路与第一副边电路；

在该原边电路中，电网电压通过整流桥连接至直流变压器原边的第二端；

在该第一副边电路中，该直流变压器的第一副边的第一端依次通过第二二极管D2以及第三电容C3接地；该直流变压器的第一副边的第一端还依次通过该第二二极管D2以及第三二极管D3连接至BUS电容的正极；该BUS电容的负极通过第四电阻R4接地；所述直流变压器的第一副边的第二端接地；

该第四电阻R4的两端分别接入比例放大电路U1的两个输入端；该比例放大电路的输出端连接至第一积分电路U3的输入端；该第一积分电路的输出端连接至隔离光耦IC2的输入端；

该直流变压器的第一副边的第一端还通过第二二极管D2连接至第二积分电路的输入端；该第二积分电路的输出端连接至隔离光耦IC2的输入端；

该隔离光耦IC2的输出端通过第三电阻R3连接至驱动控制芯片IC1；该驱动控制芯片IC1连接至该原边电路中的功率开关管Q1的栅极。

在一种可能的实现方式中，该预充电路还包括第二副边电路；

该第二副边电路中，直流变压器的第二副边的第一端通过第一二极管D1连接至第二电容C2的第一端；该直流变压器的第二副边的第二端连接至第二电容C2的第二端；该第二电容C2上的第一电压用于对该隔离光耦IC2以及该驱动控制芯片IC1供电。

在一种可能的实现方式中，该整流桥中包括第一电阻R1、第一整流二极管D5、第二整流二极管D6、第三整流二极管D7以及第四整流二极管D8；

该电网电压的第一线电压通过第一电阻R1分别连接至第一整流二极管D5的正极与该第二整流二极管D6的负极连接；该第一整流二极管D5的负极连接至该直流变压器的原边的第二端；该第二整流二极管D6的正极接地；

该电网电压的第二线电压分别连接至第三整流二极管D7的正极与第四整流二极管D8的负极；该第三整流二极管D7的负极连接至该直流变压器的原边的第二端；该第四整流二极管D8的正极接地；

该直流变压器的原边的第二端还通过第一电容C1接地。

在一种可能的实现方式中，该直流变压器的原边的第一端还通过该功率开关管Q1以及第二电阻R2接地。

在一种可能的实现方式中，该比例放大电路包括第一运算放大器U1；

该第一运算放大器U1的第一输入端接地；该第一运算放大器U1的第二输入端连接至该BUS电容的负极；

该第一运算放大器U1的第一输入端通过第七电阻R7连接至该第一运算放大器U1的输出端。

在一种可能的实现方式中，该第一积分电路中包括第三运算放大器U3；

该第三运算放大器U3的第一输入端与该第一运算放大器U1的输出端连接；

该第三运算放大器U3的第一输入端还依次通过第五电容C5以及第六电阻R6连接至该第三运算放大器U3的输出端；

该第三运算放大器U3的第二输入端接入参考电压Vref。

在一种可能的实现方式中，该第二积分电路包括第二运算放大器U2；

该第二运算放大器U2的第一输入端为该第二积分电路的输入端；

该第二运算放大器U2的第一输入端还依次通过该第四电容C4以及第五电阻R5连接至该第二运算放大器U2的输出端；

该第二运算放大器U2的第二输入端接入参考电压Vref。

以下对上述电路结构的原理进行解释说明：

由于电网电压的两个线电压通过整流桥连接至直流变压器的原边，电网电压通过整流桥实现桥式整流后，波形是负半周翻到上面，即电压是一个方向。直流变压器的原边还通过功率开关管Q1以及第二电阻R2接地，直流变压器是通过高频斩波实现对直流电压的调节过程，通过调节功率开关管的开关频率以及占空比即可以实现直流变压器的电压变换情况。

在第一副边电路中，直流变压器的第一副边通过第二二极管D2以及第三电容C3接地，直流变压器的第一副边再通过第二二极管D2以及第三二极管D3连接至BUS电容的正极，从而实现对BUS电容的充电；BUS电容的负极通过第四电阻R4接地，因此第四电阻R4上经过的电流即为对BUS电容充电过程中的充电电流。

此时将第四电阻的两端分别接入由第一运算放大器以及第七电阻R7构成的比例放大电路，可以将第四电阻R4上的电压放大，而第四电阻R4上的电压与第四电阻R4上的电流正相关，因此该第一运算放大器的输出端实际上表征的是BUS电容的充电电流。

另外，第一副边还通过第二二极管D2连接至由第二运算放大器、第四电容C4、第五电阻R5所构成的第二积分电路中，此时第二积分电路的输入端所输入的电压即表征的是对BUS电容进行充电的充电电压。

而第一积分电路与第二积分电路的输入端都接入隔离光耦IC2，IC2将接收到的信号通过第三电阻R3传递至驱动控制芯片IC1，驱动控制芯片IC1对功率开关管进行控制构成恒压恒流环。

当刚刚开始对BUS电容进行充电时，上述电路构成恒流环，即第四电阻R4采样第二副边电路的回路电流，通过比例放大电路放大后再通过第一积分电路做负反馈调节，经过IC2反馈到原边电路，并通过驱动控制芯片IC1控制功率开关管的占空比、频率，从而使得启动阶段第二副边的回路电流恒定。

当对BUS电容进行充电的电压，也就是第三电容C3上的电压V2升到设定值时，转到恒压环工作。恒压环通过采样第三电容C3上的电压V2，并与参考电压Vref通过第二积分电路做积分运放反馈调节，并通过IC2反馈到原边电路，通过驱动芯片IC1控制功率开关管的占空比、频率，从而使得BUS电容正极处的电压V2恒定。

并且上述电路结构中还包括第二副边电路，该第二副边电路中，直流变压器的第二副边通过第一二极管D1连接至第二电容C2，从而给C2充电，C2上的电压V1用于给驱动控制芯片IC1以及隔离光耦IC2供电。

并且上述电路结构还有短路保护功能，当输出V2或逆变器直流侧BUS发生短路保护时，V2回路的电流及采样电阻R4上的电压瞬间增大，通过电流环快速响应使得功率开关管Q1驱动封掉，保护整个电路器件及人身安全。在本申请实施例中，还通过隔离光耦IC2使得自启电路和BUS电容隔离，减少了安全隐患。

综上所述，在光伏储能逆变器中，为了实现通过电网给BUS电容供电，可以将电网电压通过整流桥连接至直流变压器的原边，直流变压器的第一副边所构成的第一副边电路对BUS电容进行供电，并且第一副边电路中的第四电阻的两端作为电流采样电阻接入比例放大电路的两个输入端，比例放大电路的输出端连接至第一积分电路的输入端；第一积分电路的输出通过隔离光耦连接至驱动控制芯片；且第一副边还通过第二二极管连接至第二积分电路的输入端，第二积分电路的输出端也通过隔离光耦连接至驱动控制芯片。在上述电路中，驱动控制芯片同时考虑到了第一副边电路中电流的变化情况以及电压的变化情况，并根据接收到的电流和电压对功率开关管进行控制，从而对直流变压器进行控制，从而使得在充电过程中电流恒定，在充电完成后BUS电容的电压恒定，即上述方案，在不使用PTC电阻的前提下，实现了通过电网电压对BUS电容进行充电的方案，提高了BUS电容的充电效率。

请参考图3，其是根据一示例性实施例示出的一种光伏储能逆变器控制系统的逻辑示意图。该系统包括如图2所示的预充电路SPS1：该系统还包括电网模块Grid、辅助电源模块SPS2、光伏PV、逆变器模块AD/DC、电池模块Bat以及负载Backup；

该电网模块用于给该预充电路提供电网电压；

该电网模块还通过第一继电器连接至负载；该电网模块还依次通过第一继电器与第二继电器连接至逆变器模块；该逆变器模块的直流端用于给该电池模块充电；

该辅助电源模块用于控制第一继电器与第二继电器的开关状态；该电池模块、该预充电路中的BUS电容以及该光伏中的至少一者用于给该辅助电源模块供电。

可选的，当该电池模块以及该光伏无能量时，该预充电路中的BUS电容用于给该辅助电源模块供电；

该辅助电源模块还用于在接收到BUS电容的供电后，打开该第一继电器以通过该电网模块对该负载进行供电。

可选的，该辅助电源模块还用于在接收到BUS电容的供电后，分别打开第一继电器(该第一继电器包括如图3所示的K1与K2)以及第二继电器(即如图3所示的K3)，以对该电池模块充电。

也就是说，当光伏储能逆变器中的PV无能量，且电池Bat欠压时，此时只有通过电网启动自启动电路，保证逆变器系统控制板能正常工作。而在本申请实施例中，当PV无能量，且电池Bat欠压，SPS1启动工作，电网通过整流桥整流为DC，通过变压器升降压为V1和V2电压，V1电压给IC1(驱动控制芯片)、IC2(隔离光耦)供电，V2电压为逆变器BUS预充电压，逆变器BUS有电后其SPS2可正常工作，逆变器的控制板可以从SPS2得电后监测系统状态，之后控制板可以通过控制信号吸合K1/K2继电器，可以实现电网通过K1/K2继电器给负载供电，保证家用负载不会断电，同时可以吸合K3继电器，实现电网给电池充电，待电池BAT解除欠压或者PV有能量后，控制板通过控制信号关掉SPS1。

综上所述，在光伏储能逆变器中，为了实现通过电网给BUS电容供电，可以将电网电压通过整流桥连接至直流变压器的原边，直流变压器的第一副边所构成的第一副边电路对BUS电容进行供电，并且第一副边电路中的第四电阻的两端作为电流采样电阻接入比例放大电路的两个输入端，比例放大电路的输出端连接至第一积分电路的输入端；第一积分电路的输出通过隔离光耦连接至驱动控制芯片；且第一副边还通过第二二极管连接至第二积分电路的输入端，第二积分电路的输出端也通过隔离光耦连接至驱动控制芯片。在上述电路中，驱动控制芯片同时考虑到了第一副边电路中电流的变化情况以及电压的变化情况，并根据接收到的电流和电压对功率开关管进行控制，从而对直流变压器进行控制，从而使得在充电过程中电流恒定，在充电完成后BUS电容的电压恒定，即上述方案，在不使用PTC电阻的前提下，实现了通过电网电压对BUS电容进行充电的方案，提高了BUS电容的充电效率。

并且通过电网电压给BUS电容充电之后，还可以通过电网电压给电池进行充电，使电池解除欠压状态，提高了光伏储能逆变器的可靠性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种户用储能的预充电路，其特征在于，所述电路包括原边电路与第一副边电路；

在所述原边电路中，电网电压通过整流桥连接至直流变压器的原边；

在所述第一副边电路中，所述直流变压器的第一副边的第一端依次通过第二二极管以及第三电容接地；所述直流变压器的第一副边的第一端还依次通过所述第二二极管以及第三二极管连接至BUS电容的正极；所述BUS电容的负极通过第四电阻接地；所述直流变压器的第一副边的第二端接地；

所述第四电阻的两端分别接入比例放大电路的两个输入端；所述比例放大电路的输出端连接至第一积分电路的输入端；所述第一积分电路的输入端连接至隔离光耦的输入端；

所述直流变压器的第一副边的第一端还通过所述第二二极管连接至第二积分电路的输入端；所述第二积分电路的输出端连接至隔离光耦的输入端；

所述隔离光耦的输出端通过第三电阻连接至驱动控制芯片；所述驱动控制芯片连接至所述原边电路中的功率开关管的栅极。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述预充电路还包括第二副边电路；

所述第二副边电路中，直流变压器的第二副边的第一端通过第一二极管连接至第二电容的第一端；所述直流变压器的第二副边的第二端连接至第二电容的第二端；所述第二电容上的第一电压用于对所述隔离光耦以及所述驱动控制芯片供电。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述整流桥中包括第一电阻、第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管以及第四整流二极管；

所述电网电压的第一线电压通过第一电阻分别连接至第一整流二极管的正极与所述第二整流二极管的负极连接；所述第一整流二极管的负极连接至所述直流变压器的原边的第二端；所述第二整流二极管的正极接地；

所述电网电压的第二线电压分别连接至第三整流二极管的正极与第第四整流二极管的负极；所述第三整流二极管的负极连接至所述直流变压器的原边的第二端；所述第四整流二极管的正极接地；

所述直流变压器的原边的第二端还通过第一电容接地。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述直流变压器的原边的第一端还通过所述功率开关管以及第二电阻接地。

5.根据权利要求1至4任一所述的电路，其特征在于，所述比例放大电路包括第一运算放大器；

所述第一运算放大器的第一输入端接地；所述第一运算放大器的第二输入端连接至所述BUS电容的负极；

所述第一运算放大器的第一输入端通过第七电阻连接至所述第一运算放大器的输出端。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一积分电路中包括第三运算放大器；

所述第三运算放大器的第一输入端与所述第一运算放大器的输出端连接；

所述第三运算放大器的第一输入端还依次通过第五电容以及第六电阻连接至所述第三运算放大器的输出端；

所述第三运算放大器的第二输入端接入参考电压。

7.根据权利要求1至4任一所述的电路，其特征在于，所述第二积分电路包括第二运算放大器；

所述第二运算放大器的第一输入端为所述第二积分电路的输入端；

所述第二运算放大器的第一输入端还依次通过所述第四电容以及第五电阻连接至所述第二运算放大器的输出端；

所述第二运算放大器的第二输入端接入参考电压。

8.一种光伏储能逆变器控制系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1至7任一所述的预充电路；

所述系统还包括电网模块、辅助电源模块、光伏、逆变器模块、电池模块以及负载；

所述电网模块用于给所述预充电路提供电网电压；

所述电网模块还通过第一继电器连接至负载；所述电网模块还依次通过第一继电器与第二继电器连接至逆变器模块；所述逆变器模块的直流端用于给所述电池模块充电；

所述辅助电源模块用于控制第一继电器与第二继电器的开关状态；所述电池模块、所述预充电路中的BUS电容以及所述光伏中的至少一者用于给所述辅助电源模块供电。

9.根据权利要求8所述的光伏储能逆变器控制系统，其特征在于，当所述电池模块以及所述光伏无能量时，所述预充电路中的BUS电容用于给所述辅助电源模块供电；

所述辅助电源模块还用于在接收到BUS电容的供电后，打开所述第一继电器以通过所述电网模块对所述负载进行供电。

10.根据权利要求9所述的光伏储能逆变器控制系统，其特征在于，所述辅助电源模块还用于在接收到BUS电容的供电后，分别打开第一继电器以及第二继电器，以对所述电池模块充电。

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