CN117728684A - 一种功率变换器及光伏系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种功率变换器及光伏系统，功率变换器包括：功率变换电路、辅助电源、第一支路、第二支路、第一驱动电路和第二驱动电路。功率变换器的输入端用于连接光伏组件，第一支路和第二支路并联设置且位于功率变换器的输入端和辅助电源之间，第一支路包括保护器件，第二支路包括开关器件，保护器件的通流能力小于开关器件的通流能力。辅助电源为第一驱动电路和第二驱动电路供电，第一驱动电路在光伏组件为功率变换电路供电时，驱动功率变换电路进行功率变换，第二驱动电路驱动开关器件导通。保护器件在流过第一支路的电流正常时导通第一支路，当功率变换电路的输入端短路时，辅助电源断电使第一支路过流，保护器件断开，断开第一支路。

Description

一种功率变换器及光伏系统

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种功率变换器及光伏系统。

背景技术

光伏系统通常由多个光伏组件和多个光伏优化器等设备构成，光伏优化器用于将光伏组件提供的电能经电压变换后输出至下一级设备，下一级设备例如可以是逆变器，光伏逆变器输出的直流电经过逆变器的直流电到交流电转换后最终传输至电网。光伏优化器在进行电压变换时会存在一定的失效率，比如光伏优化器的输入侧出现短路故障，等效将光伏组件短路，光伏优化器长期短路运行会存在高温起火的风险。

发明内容

本申请提供的一种功率变换器及光伏系统，用以实现低成本的短路故障隔离。

第一方面，本申请提供了一种功率变换器包括：功率变换电路、辅助电源、第一支路、第二支路、第一驱动和第二驱动。其中，功率变换器的输入端用于连接光伏组件，功率变换电路的输入端与功率变换器的输入端连接，功率变换电路的输出端与功率变换器的输出端连接。辅助电源并联于功率变换器的输入端，用于为第一驱动和第二驱动供电。第一支路和第二支路并联设置作为故障隔离电路，且设置于功率变换器的输入端和辅助电源之间。功率变换电路包括至少两个功率开关管(功率开关管可以包括第一开关管和第二开关管)；第一驱动用于在光伏组件为功率变换电路供电时，驱动至少两个功率开关管进行通断以使功率变换电路进行功率变换。第一支路包括保护器件，保护器件用于在流过第一支路的电流正常时，导通第一支路，并用于在第一支路出现过流故障时，断开第一支路。第二支路包括开关器件(开关器件可以包括第三开关管)；第二驱动用于驱动开关器件导通；其中，保护器件的通流能力小于开关器件的通流能力。当功率变换电路的输入端出现短路故障时，辅助电源断电，以使第一支路过流，保护器件断开。

当光伏组件为功率变换器供电时，辅助电源通电。第一支路的保护器件在辅助电源通电时处于导通状态，因此，第一支路的保护器件的通流能力满足辅助电源的工作电流即可，以保证辅助电源可以正常通电。辅助电源通电后为第一驱动和第二驱动供电，第一驱动上电后驱动至少两个功率开关管进行通断以使功率变换电路进行功率变换，第二驱动上电后控制开关器件导通，并在功率开关管工作时，第二驱动控制开关器件一直处于导通状态。第二支路的开关器件的通流能力需满足功率变换电路的工作电流，这样，在辅助电源通电后，可以持续为第一驱动和第二驱动供电，第二驱动保持第二支路的开关器件一直处于通流状态，以保证在功率变换电路的功率开关管正常工作。而在功率变换电路的正负极发生短路时，辅助电源的两个输入端之间被短路使得辅助电源断电后停止为第一驱动和第二驱动供电，第一驱动断电使得功率变换电路停止工作且第二驱动断电使得第二支路的开关器件断开。由于辅助电源的工作电流和功率一般远小于功率变换电路的工作电流和功率，第一支路的保护器件的通流能力小于第二支路的开关器件的通流能力，可以保证功率变换电路正常工作时电流大部分从第二支路流过且不会损坏第一支路的保护器件，而在功率变换电路的正负极发生短路时第一支路的保护器件会过流断开，完成功率变换电路的故障隔离。

本申请提供的功率变换器的具体工作过程如下：当与功率变换器的输入端连接的光伏组件的正负极之间存在电压差时，则可以认为光伏组件为功率变换器供电。当光伏组件为功率变换器供电后，辅助电源可以通过处于导通状态的第一支路与功率变换器的输入端形成电流回路，而使辅助电源通电。在辅助电源通电后可以为第一驱动和第二驱动供电，第二驱动控制第二支路的开关器件持续导通，第一驱动控制功率变换电路的功率开关管工作。由于第二支路的开关器件的通流能力大于第一支路的保护器件的通流能力，在功率变换电路的正常工作时，可以保证功率变换电路的工作电流大部分流通第二支路，且第一支路的保护器件不会因为过流而断开。当功率变换电路的正负极发生短路故障时，辅助电源的两个输入端之间等效短路使得辅助电源断电且停止为第一驱动和第二驱动供电，使得第二支路的开关器件被断开。短路的功率变换电路使得流通第一支路的电流增大，当在第一支路中流通的电流大于第一支路的保护器件的通流能力时，第一支路的保护器件过流断开，完成功率变换电路的故障隔离。

在本申请中，在功率变换器的输入侧采用并联的第一支路和第二支路作为故障隔离电路，在出现短路故障时通过第一支路过流断开的方式实现隔离故障，并通过辅助电源供电使第二支路维持功率变换电路和辅助电源的正常运行工作电流的通路，不用单独设置浮驱电路，可以降低故障隔离的成本。

在本申请中，一般采用控制芯片驱动功率变换电路工作，而辅助电源通电后用于为控制芯片供电，以保证控制芯片可以向功率变换电路的功率开关管发送相应的驱动信号。

在本申请一些实施例中，第一驱动和第二驱动为同一个控制芯片，即控制芯片可以驱动第二支路的开关器件即开关器件，即控制芯片在驱动功率变换电路的第一开关管和第二开关管的同时，也可以向第二支路的开关器件发送导通信号，控制开关器件导通。通过控制芯片共同驱动开关器件和功率变换电路，可节省单独设置驱动开关器件的浮驱电路，可以降低成本。

在本申请另一些实施例中，由于驱动芯片和开关器件直接连接的情况下不带隔离，为了器件之间的干扰、故障隔离，因此，可以在开关器件和驱动芯片之间增加一个隔离开关。具体地，辅助电源的输出端口可以通过串联的隔离开关和分压电阻与开关器件的控制极连接，隔离开关的控制极可以与控制芯片连接，控制芯片用于在辅助电源通电时控制隔离开关导通，以使辅助电源为开关器件的控制极提供导通电平信号，开关器件的控制极收到导通电平信号后，开关器件导通。

在本申请另一些实施例中，第一驱动为第一控制芯片，第二驱动可以为开关器件即开关器件的控制极。辅助电源可以直接向第二支路的开关器件的控制极供电，而不通过控制芯片驱动第二支路。在辅助电源通电后，可以直接向开关器件的控制极发送导通电平信号，使开关器件的控制极收到导通电平信号后开关器件导通。具体地，辅助电源通电后可以同时为控制芯片和第二支路供电，这样，在控制芯片驱动功率变换电路工作之前，第二支路处于导通状态。通过辅助电源直接为第二支路的开关器件供电，可节省单独设置驱动第二支路的浮驱电路，可以降低成本。进一步地，由于开关器件的导通电压一般在2.5V左右，辅助电源的输出电压一般在12V左右，因此可以在辅助电源和开关器件的控制极之间设置分压电阻，即辅助电源的输出端口串联分压电阻后与开关器件的控制极连接。辅助电源通电时，辅助电源的输出电平经分压电阻分压后的电平为开关器件的控制极的驱动电平。在该实施例中，开关器件的导通实际上可以不需要控制芯片进行控制，利用开关器件的控制极自带的导通条件，即驱动电平的激励，可以通过辅助电源的设计，让辅助电源通电时，开关器件的控制极自动接收到驱动电平，从而使开关器件导通。

在本申请的另一些实施例中，由于辅助电源和开关器件直接连接的情况下不带隔离，为了器件之间的干扰、故障隔离，因此，可以在开关器件和辅助电源之间增加一个隔离开关。具体地，辅助电源的输出端口通过串联的隔离开关和第一分压电阻与开关器件的控制极连接，辅助电源的输出端口还通过第二分压电阻与隔离开关的控制器连接，第二分压电阻与隔离开关的控制极的连接点还通过第三分压电阻接地，辅助电源通电时，第二分压电阻和第三分压电阻的连接点的电平为隔离开关的控制极的驱动电平，第一分压电阻和开关器件的控制极的连接点的电平为开关器件的控制极的驱动电平。

在本申请一些实施例中，功率变换器的负极输入端作为接地电源端时，并联的第一支路和第二支路可以具体设置在功率变换器的负极输入端和辅助电源的负极输入端之间。当功率变换器的正极输入端作为接地电源时，并联的第一支路和第二支路可以具体设置在功率变换器的正极输入端和辅助电源的正极输入端之间。

在本申请一些实施例中，第二支路的开关器件具体可以采用金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(insulate-gate bipolar transistor，IGBT)或三极管等开关管。并且，开关器件包括第一极、第二极和控制极。以并联的第一支路和第二支路具体设置在功率变换器的负极输入端和辅助电源的负极输入端之间为例，开关器件的第一极与功率变换器的负极输入端连接，开关器件的第二极与辅助电源的负极输入端连接，开关器件的控制极与辅助电源或者控制芯片连接。其中，控制极用于控制开关器件的闭合(即导通)或断开。当开关器件闭合时，开关器件的第一极和第二极之间可以传输电流。当开关器件断开时，开关器件的第一极和第二极之间无法传输电流。以MOSFET为例，开关器件的控制极为栅极，开关器件的第一极可以是源极，开关器件可以是漏极，或者，开关器件可以是漏极，开关器件可以是源极。

在本申请一些实施例中，第一支路的保护器件可以采用电阻实现其功能。第一支路的保护器件还可以采用在功率变换器的输入端上电后默认导通的半导体器件实现其功能，例如二极管、稳压二极管、瞬态电压抑制二极管(transient voltage suppressor，TVS)、MOSFET(MOSFET的栅极根据电路设计需求与源极或漏极短接)、IGBT(IGBT的栅极根据电路设计需求与集电极或发射极短接)等中的至少一个。设置在第一支路的电阻和半导体器件在过流情况下会烧坏而断开第一支路。值得注意的是，为了保证功率变换器的输入端上电后半导体器件默认导通，需要注意半导体器件的设置方式，以并联的第一支路和第二支路具体设置在功率变换器的负极输入端和辅助电源的负极输入端之间为例，当第一支路采用二极管实现其功能时，二极管的阳极需要与辅助电源的负极输入端连接，二极管的阴极需要与功率变换器的负极输入端连接。

在本申请一些实施例中，在第一支路还可以串联保险丝实现可靠的分断，或者在第一支路还可以串联印刷电路板(PCB)走线熔丝实现可靠的分段，保险丝和走线熔丝在过流时会失效开路，以保证第一支路可以有效过流断开。

在本申请中，功率变换电路可以具体为直流到交流转换电路(DC-DC)或直流到交流转换电路(DC-AC)。

在本申请一些实施例中，功率变换器可以具体为光伏优化器，即功率变换器的输出端直接输出经过功率变换电路电压转换后的直流电。或者，在本申请另一些实施例中，功率变换器可以具体为微型逆变器，功率变换电路可以为直流转直流变换电路，并且在功率变换器中还会包括逆变电路，逆变电路的输入端与直流转直流变换电路的输出端连接，逆变电路用于将直流转直流变换电路输出的直流电转换为交流电输出给负载和/或电网。

第二方面，本申请还提供了一种光伏系统，包括多个本申请第一方面中的任一可能设计的功率变换器和逆变器。其中，功率变换器的输入端用于连接光伏组件，各功率变换器的输出端串联后与逆变器的输入端连接。功率变换器用于将光伏组件提供的直流电经电压转换后输出给逆变器，逆变器用于将功率变换器输出的直流电转换为交流电输出给负载和/或电网。

第二方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，请参照上述第一方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，这里不再重复赘述。本申请的这些方面或其它方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

图1为现有技术中光伏优化器的一种结构示意图；

图2a为现有技术中光伏优化器的另一种结构示意图；

图2b为现有技术中光伏优化器的另一种结构示意图；

图3a为本申请实施例提供的光伏系统的一种架构示意图；

图3b为本申请实施例提供的光伏系统的另一种架构示意图；

图3c为本申请实施例提供的光伏系统的另一种架构示意图；

图4为本申请实施例提供的功率变换器的一种结构示意图；

图5a为本申请实施例提供的功率变换器的另一种结构示意图；

图5b为本申请实施例提供的功率变换器的另一种结构示意图；

图5c为本申请实施例提供的功率变换器的另一种结构示意图；

图5d为本申请实施例提供的功率变换器的另一种结构示意图；

图6a为本申请实施例提供的功率变换器中第一支路和第二支路的一种结构示意图；

图6b为本申请实施例提供的功率变换器中第一支路和第二支路的另一种结构示意图；

图6c为本申请实施例提供的功率变换器中第一支路和第二支路的另一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本申请中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本申请保护范围内。本申请的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广。因此本申请不受下面公开的具体实施方式的限制。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为了便于了解本申请实施例，下面首先介绍本申请实施例涉及的相关技术。

随着光伏(photovoltaic，PV)产业的快速发展，由于光伏优化器具备组件级的关断功能，可以极大提高光伏系统的安全性，并且可以用来提升光伏组件的发电量，因此光伏优化器被广泛应用。参照图1，光伏优化器一般包括降压式变换电路，降压式变换电路也称为buck电路，buck电路可以包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、输入电容Cin、输出电容Cout和电感L1。光伏优化器在工作过程中可能会存在短路故障，例如由于驱动错误发波导致第一开关管Q1和第二开关管Q2同时导通即直通情况，会致使光伏优化器在输入侧短路，即等效于输入端IN+和IN-发生短路故障，又如由于撞件或机械应力等因素导致输入电容Cin短路，也会致使光伏优化器在输入侧短路。

在光伏优化器的输入侧发生短路故障等效光伏组件短路时，由于光伏组件的特性，导致光伏组件的最大功率点电流(current at maximum power，Imp)与光伏组件的短路电流(short-circuit current，Isc)接近，Imp/Isc约为0.9。因此，参照图2a，在光伏优化器内采用传统电流保险丝的故障隔离方案，具体在光伏优化器的输入侧设置保险丝F无法有效防护作用，即保险丝F无法通过在短路电流流通时过流断开的方式实现保护功能。保险丝F可以设置在辅助电源与光伏优化器的输入端之间(虚线位置处)，保险丝F也可以设置在辅助电源与buck电路之间(实线位置处)。而光伏优化器在输入侧短路时，第一开关管Q1和第二开关管Q2直通后或输入电容Cin短路后均存在一定的阻抗，长期短路运行会存在高温起火的风险。

参照图2b，在光伏优化器中另一种故障隔离方式为：在输入电容Cin之前增加第三开关管Q3，当buck电路中出现短路故障时，通过控制第三开关管Q3断开以隔离故障。对于第三开关管Q3的控制须采用独立于驱动第一开关管Q1和第二开关管Q2的驱动电路的浮驱电路，浮驱电路包含驱动供电电路和隔离驱动电路，在光伏优化器内单独设置浮驱电路会导致成本增高。

为了解决实现光伏优化器输入侧短路故障隔离的成本较高的问题，本申请提供了一种新的功率变换器及光伏系统，在输入侧采用并联的第一支路和第二支路作为故障隔离电路，在输入侧出现短路故障时通过第一支路过流断开的方式实现隔离故障，并通过第二支路维持功率变换电路和辅助电源的正常运行功能，不用单独设置浮驱电路，可以降低故障隔离的成本。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”是指一个、两个或两个以上。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施方式中”、“在另外的实施方式中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

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。首先，对本申请实施例提供的功率变换器的应用场景进行介绍。本申请实施例提供的功率变换器可以应用于光伏系统的场景中。

本申请实施例提供的功率变换器可以具体为光伏优化器。参照图3a，光伏系统可以包括多个光伏优化器和逆变器。其中，光伏优化器的输入端用于连接光伏组件的输出端，光伏优化器用于实现对光伏组件的最大功率跟踪以及快速关断功能等。多个光伏优化器的输出端串联后接入逆变器的直流输入端，逆变器的交流输出端与负载和/或电网连接进行并网发电。光伏优化器用于将光伏组件提供的直流电经电压转换后输出给逆变器，逆变器用于将光伏优化器输出的直流电转换为交流电输出给负载和/或电网。

本申请实施例提供的功率变换器也可以具体为微型逆变器。微型逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置。参照图3b，微型逆变器可以包括直流到直流转换电路(DC-DC)和直流到交流转换电路(DC-AC)。其中，DC-DC的直流输入端用于连接光伏组件，DC-DC的直流输出端与DC-AC的直流输入端连接，DC-AC的交流输出端与负载和/或电网连接。或者，参照图3c，微型逆变器也可以仅包括直流到交流转换电路(DC-AC)。

参照图4，本申请实施例提供的功率变换器包括：功率变换电路、辅助电源、第一支路①、第二支路②、第一驱动和第二驱动(图中未示出两个驱动)。其中，功率变换器的输入端IN+和IN-用于连接光伏组件，功率变换电路的输入端与功率变换器的输入端IN+和IN-连接，功率变换电路的输出端与功率变换器的输出端OUT+和OUT-连接。辅助电源并联于功率变换器的输入端IN+和IN-，用于为第一驱动和第二驱动供电。第一支路①和第二支路②并联设置作为故障隔离电路，且设置于功率变换器的输入端IN+和IN-和辅助电源之间。功率变换电路包括至少两个功率开关管(功率开关管可以包括第一开关管Q1和第二开关管Q2)；第一驱动用于在光伏组件为功率变换电路供电时，驱动至少两个功率开关管进行通断以使功率变换电路进行功率变换。第一支路①包括保护器件，保护器件用于在流过第一支路①的电流正常时，导通第一支路①，并用于在第一支路①出现过流故障时，断开第一支路①。第二支路②包括开关器件(开关器件可以包括第三开关管Q3)；第二驱动用于驱动开关器件导通；其中，保护器件的通流能力小于开关器件的通流能力。当功率变换电路的输入端出现短路故障时，辅助电源断电，以使第一支路①过流，保护器件断开。

当光伏组件为功率变换器供电时，辅助电源通电。第一支路①的保护器件在辅助电源通电时处于导通状态，因此，第一支路①的保护器件的通流能力满足辅助电源的工作电流即可，以保证辅助电源可以正常通电。辅助电源通电后为第一驱动和第二驱动供电，第一驱动上电后驱动至少两个功率开关管进行通断以使功率变换电路进行功率变换，第二驱动上电后控制开关器件导通，并在功率开关管工作时，第二驱动控制开关器件一直处于导通状态。第二支路②的开关器件的通流能力需满足功率变换电路的工作电流，这样，在辅助电源通电后，可以持续为第一驱动和第二驱动供电，第二驱动保持第二支路②的开关器件一直处于通流状态，以保证在功率变换电路的功率开关管正常工作。而在功率变换电路的正负极发生短路时，辅助电源的两个输入端之间被短路使得辅助电源断电后停止为第一驱动和第二驱动供电，第一驱动断电使得功率变换电路停止工作且第二驱动断电使得第二支路②的开关器件断开。由于辅助电源的工作电流和功率一般远小于功率变换电路的工作电流和功率，第一支路①的保护器件的通流能力小于第二支路②的开关器件的通流能力，可以保证功率变换电路正常工作时电流大部分从第二支路②流过且不会损坏第一支路①的保护器件，而在功率变换电路的正负极发生短路时第一支路①的保护器件会过流断开，完成功率变换电路的故障隔离。

本申请提供的上述功率变换器的具体工作过程如下：当与功率变换器的输入端IN+和IN-连接的光伏组件的正负极之间存在电压差时，则可以认为光伏组件为功率变换器供电。当光伏组件为功率变换器供电后，辅助电源可以通过处于导通状态的第一支路①与功率变换器的输入端IN+和IN-形成电流回路，而使辅助电源通电。在辅助电源通电后可以为第一驱动和第二驱动供电，第二驱动控制第二支路②的开关器件持续导通，第一驱动控制功率变换电路的功率开关管工作。由于第二支路②的开关器件的通流能力大于第一支路①的保护器件的通流能力，在功率变换电路的功率开关管正常工作时，可以保证功率变换电路的工作电流大部分流通第二支路②，且第一支路①的保护器件不会因为过流而断开。当功率变换电路的正负极发生短路故障时，辅助电源的两个输入端之间等效短路使得辅助电源断电且停止为第一驱动和第二驱动供电，使得第二支路②的开关器件被断开。短路的功率变换电路使得流通第一支路①的电流增大，当在第一支路①中流通的电流大于第一支路①的保护器件的通流能力时，保护器件过流断开，完成功率变换电路的故障隔离。

在本申请中，在功率变换器的输入侧采用并联的第一支路①和第二支路②作为故障隔离电路，在出现短路故障时通过第一支路①过流断开的方式实现隔离故障，并通过辅助电源供电使第二支路②维持功率变换电路和辅助电源的正常运行工作电流的通路，不用单独设置浮驱电路，可以降低故障隔离的成本。

在本申请中，一般采用控制芯片驱动功率变换电路工作，而辅助电源通电后用于为控制芯片供电，以保证控制芯片可以向功率变换电路的功率开关管发送相应的驱动信号。

在本申请中，功率变换电路可以具体为直流到交流转换电路(DC-DC)或直流到交流转换电路(DC-AC)。以功率变换电路为DC-DC为例，参照图5a至图5d，功率变换电路具体可以包括buck电路结构。buck电路可以包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、输入电容Cin、输出电容Cout和电感L1，其中，第一开关管Q1的第一极与功率变换器的正极输入端IN+连接，第一开关管Q2的第二极与电感L1串联后连接功率变换器的正极输出端OUT+，第二开关管Q2的第一极与第一开关管Q2的第二极连接，第二开关管Q2的第二极与功率变换器的负极输出端OUT-连接，输入电容Cin连接在第一开关管Q2的第一极与第二开关管Q2的第二极之间，输出电容Cout连接在功率变换器的正极输出端OUT+与功率变换器的负极输出端OUT-之间。控制芯片可以向第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制极发送驱动信号，以驱动第一开关管Q1和第二开关管Q2交替导通，实现将输入buck电路的直流电压降压后输出的功能。

在本申请一些实施例中，参照图5a，第一驱动和第二驱动可以为同一个控制芯片，辅助电源用于为控制芯片供电。具体地，控制芯片可以驱动第二支路②的开关器件即第三开关管Q3，控制芯片在驱动功率变换电路的第一开关管Q1和第二开关管Q2之前，向第二支路②的第三开关管Q3发送导通信号，控制第二支路②的第三开关管Q3导通。通过控制芯片共同驱动第三开关管Q3和功率变换电路，可节省单独设置驱动第二支路②的浮驱电路，可以降低成本。

在本申请另一些实施例中，参照图5b，第一驱动为控制芯片，第二驱动可以为开关器件即第三开关管Q3的控制极。辅助电源可以直接向第二支路②的第三开关管Q3的控制极供电，而不通过控制芯片驱动第二支路②。在辅助电源通电后，可以直接向第三开关管Q3的控制极发送导通电平信号，使第三开关管Q3的控制极收到导通电平信号后第三开关管Q3导通。具体地，辅助电源通电后可以同时为控制芯片和第二支路②供电，这样，在控制芯片驱动功率变换电路工作之前，第二支路②处于导通状态。通过辅助电源直接为第二支路②的第三开关管Q3供电，可节省单独设置驱动第二支路②的浮驱电路，可以降低成本。进一步地，由于第三开关管Q3的导通电压一般在2.5V左右，辅助电源的输出电压一般在12V左右，因此可以在辅助电源和第三开关管Q3的控制极之间设置分压电阻X，即辅助电源的输出端口串联分压电阻X后与第三开关管Q3的控制极连接。辅助电源通电时，辅助电源的输出电平经分压电阻X分压后的电平为第三开关管Q3的控制极的驱动电平。在该实施例中，开关器件的导通实际上可以不需要控制芯片进行控制，利用开关器件的控制极自带的导通条件，即驱动电平的激励，可以通过辅助电源的设计，让辅助电源通电时，开关器件的控制极自动接收到驱动电平，从而使开关器件导通。

在本申请一些实施例中，功率变换器的负极输入端IN-作为接地电源端时，并联的第一支路①和第二支路②可以具体设置在功率变换器的负极输入端IN-和辅助电源的负极输入端之间。当功率变换器的正极输入端IN+作为接地电源时，并联的第一支路①和第二支路②可以具体设置在功率变换器的正极输入端IN+和辅助电源的正极输入端之间。

在本申请一些实施例中，第二支路②的开关器件具体可以采用金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(insulate-gate bipolar transistor，IGBT)或三极管等开关管。并且，开关器件包括第一极、第二极和控制极。以并联的第一支路①和第二支路②具体设置在功率变换器的负极输入端IN-和辅助电源的负极输入端之间为例，开关器件的第一极与功率变换器的负极输入端IN-连接，开关器件的第二极与辅助电源的负极输入端连接，开关器件的控制极与辅助电源或者控制芯片连接。其中，控制极用于控制开关器件的闭合(即导通)或断开。当开关器件闭合时，开关器件的第一极和第二极之间可以传输电流。当开关器件断开时，开关器件的第一极和第二极之间无法传输电流。以MOSFET为例，开关器件的控制极为栅极，开关器件的第一极可以是源极，开关器件的第二极可以是漏极，或者，开关器件的第一极可以是漏极，开关器件的第二极可以是源极。

参照图5c和图5d，在本申请一些实施例中，在辅助电源与第二支路②之间还可以设置隔离开关即第四开关管Q4，增加的第四开关管Q4可以降低第二支路②与辅助电源以及控制芯片之间的信号干扰，对控制芯片和辅助电源进行抗噪防护。

具体地，参照图5c，在第一驱动和第二驱动为同一个控制芯片时，由于驱动芯片和开关器件直接连接的情况下不带隔离，为了器件之间的干扰、故障隔离，因此，可以在开关器件和驱动芯片之间增加一个隔离开关。具体地，辅助电源的输出端口可以通过串联的隔离开关即第四开关管Q4和分压电阻X与开关器件即第三开关管Q3的控制极连接，第四开关管Q4的控制极可以与控制芯片连接，控制芯片用于在辅助电源通电时控制第四开关管Q4导通，以使辅助电源为第三开关管Q3的控制极提供导通电平信号，第三开关管Q3的控制极收到导通电平信号后，第三开关管Q3导通。

具体地，参照图5d，在第一驱动为控制芯片，且第二驱动为开关器件即第三开关管Q3的控制极时，由于辅助电源和开关器件直接连接的情况下不带隔离，为了器件之间的干扰、故障隔离，因此，可以在开关器件和辅助电源之间增加一个隔离开关。具体地，辅助电源的输出端口可以通过串联的隔离开关即第四开关管Q4和第一分压电阻X1与开关器件即第三开关管Q3的控制极连接，辅助电源的输出端口还通过第二分压电阻X2与第四开关管Q4的控制器连接，第二分压电阻X2与第四开关管Q4的控制极的连接点还通过第三分压电阻X3接地。在辅助电源通电时，第二分压电阻X2和第三分压电阻X3的连接点的电平为第四开关管Q4的控制极的驱动电平，第一分压电阻X1和第三开关管Q3的控制极的连接点的电平为第三开关管Q3的控制极的驱动电平。

在本申请一些实施例中，参照图5a至图5d，第一支路①的保护器件可以采用电阻R实现其功能。第一支路①的保护器件还可以采用在功率变换器的输入端IN+和IN-上电后默认导通的半导体器件实现其功能，例如图6a所示的二极管D、图6b所示的稳压二极管D、瞬态电压抑制二极管(transient voltage suppressor，TVS)、MOSFET(MOSFET的栅极根据电路设计需求与源极或漏极短接以起到与二极管相同的作用)、IGBT(IGBT的栅极根据电路设计需求与集电极或发射极短接以起到与二极管相同的作用)等中的至少一个。设置在第一支路①的电阻和半导体器件在过流情况下会烧坏而断开第一支路①。值得注意的是，为了保证功率变换器的输入端IN+和IN-上电后半导体器件默认导通，需要注意半导体器件的设置方式，以并联的第一支路①和第二支路②具体设置在功率变换器的负极输入端IN-和辅助电源的负极输入端之间为例，当第一支路①采用二极管D实现其功能时，二极管D的阳极需要与辅助电源的负极输入端连接，二极管D的阴极需要与功率变换器的负极输入端IN-连接。

进一步地，参照图6c，在第一支路①还可以串联保险丝F实现可靠的分断，或在第一支路①还可以串联印刷电路板(PCB)走线熔丝或其他方式实现可靠的分段，保险丝和走线熔丝在过流时会失效开路，以保证第一支路①可以有效过流断开。

在本申请一些实施例中，功率变换器可以具体为光伏优化器，即功率变换器的输出端直接输出经过功率变换电路电压转换后的直流电。或者，在本申请另一些实施例中，功率变换器可以具体为微型逆变器，此时，功率变换电路可以为直流转直流变换电路，并且在功率变换器中还会包括逆变电路，逆变电路的输入端与直流转直流变换电路的输出端连接，逆变电路用于将直流转直流变换电路输出的直流电转换为交流电输出给负载和/或电网。或者，功率变换电路也可以直接为逆变电路，逆变电路用于将光伏组件的直流电转换为交流电输出给负载和/或电网。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种光伏系统，包括多个上述功率变换器和逆变器。其中，功率变换器的输入端用于连接光伏组件，各功率变换器的输出端串联后与逆变器的输入端连接。功率变换器用于将光伏组件提供的直流电经电压转换后输出给逆变器，逆变器用于将功率变换器输出的直流电转换为交流电输出给负载和/或电网。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种功率变换器，其特征在于，包括：功率变换电路、辅助电源、第一支路、第二支路、第一驱动和第二驱动；

所述功率变换器的输入端用于连接光伏组件，所述功率变换电路的输入端与所述功率变换器的输入端连接，所述功率变换电路的输出端与所述功率变换器的输出端连接；

所述辅助电源并联于所述功率变换器的输入端，用于为所述第一驱动和所述第二驱动供电；

所述第一支路和所述第二支路并联设置且位于所述功率变换器的输入端和所述辅助电源之间；

所述功率变换电路包括至少两个功率开关管；所述第一驱动用于在所述光伏组件为所述功率变换电路供电时，驱动所述至少两个功率开关管进行通断以使所述功率变换电路进行功率变换；

所述第一支路包括保护器件，所述保护器件用于在流过所述第一支路的电流正常时，导通所述第一支路，并用于在所述第一支路出现过流故障时，断开所述第一支路；

所述第二支路包括开关器件，所述第二驱动用于驱动所述开关器件导通；其中，所述保护器件的通流能力小于所述开关器件的通流能力；

当所述功率变换电路的输入端出现短路故障时，所述辅助电源断电，以使所述第一支路过流，所述保护器件断开。

2.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述第一驱动和所述第二驱动为同一个控制芯片，所述辅助电源用于为所述控制芯片供电。

3.如权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述辅助电源的输出端口通过串联的隔离开关和分压电阻与所述开关器件的控制极连接，所述控制芯片用于在所述辅助电源通电时控制所述隔离开关导通，以使所述辅助电源为所述开关器件的控制极提供导通电平信号，所述开关器件的控制极收到所述导通电平信号后，所述开关器件导通。

4.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述第一驱动为第一控制芯片，所述第二驱动为所述开关器件的控制极；

所述辅助电源通电时，所述辅助电源为所述开关器件的控制极提供导通电平信号，所述开关器件的控制极收到所述导通电平信号后，所述开关器件导通。

5.如权利要求4所述的功率变换器，其特征在于，所述辅助电源的输出端口通过串联的隔离开关和第一分压电阻与所述开关器件的控制极连接，所述辅助电源的输出端口还通过第二分压电阻与所述隔离开关的控制器连接，所述第二分压电阻与所述隔离开关的控制极的连接点还通过第三分压电阻接地，所述辅助电源通电时，所述第二分压电阻和所述第三分压电阻的连接点的电平为所述隔离开关的控制极的驱动电平，所述第一分压电阻和所述开关器件的控制极的连接点的电平为所述开关器件的控制极的驱动电平。

6.如权利要求1-5任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述开关器件为MOSFET、IGBT或三极管。

7.如权利要求1-6任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述保护器件包括电阻、二极管、稳压二极管、TVS、MOSFET或IGBT。

8.如权利要求7所述的功率变换器，其特征在于，所述第一支路还包括与所述保护器件串联的保险丝或PCB走线熔丝。

9.如权利要求1-8任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换电路为直流转直流变换电路。

10.如权利要求9所述的功率变换器，其特征在于，还包括：逆变电路，所述逆变电路的输入端与所述直流转直流变换电路的输出端连接，所述逆变电路用于将所述直流转直流变换电路输出的直流电转换为交流电输出给负载和/或电网。

11.如权利要求1-8任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换电路为逆变电路。

12.一种光伏系统，其特征在于，包括多个如权利要求1-9任一项所述的功率变换器和逆变器，所述功率变换器的输入端用于连接光伏组件，各所述功率变换器的输出端串联后与所述逆变器的输入端连接，所述功率变换器用于将所述光伏组件提供的直流电经电压转换后输出给所述逆变器，所述逆变器用于将所述功率变换器输出的直流电转换为交流电输出给负载和/或电网。