CN117792064B - 一种光伏逆变器辅助电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏逆变电源领域，具体为一种光伏逆变器辅助电源系统，包括主电路和外围功能电路，所述主电路设有AC交流辅助电源，所述AC交流辅助电源与PV光伏辅助电源电性连接，所述AC交流辅助电源与PV光伏辅助电源的电性连接点为HV_VCC，所述连接点HV_VCC与后级辅助电源电性连接，所述外围功能电路包括整流滤波电路、分压启动电路、PV输入电路和逆变器激活启动电路，所述整流滤波电路与分压启动电路电性连接，所述整流滤波电路与AC交流辅助电源电性连接，所述逆变器激活启动电路与后级辅助电源电性连接，所述PV输入电路与后级辅助电源电性连接，本发明支持多种激活方式，能灵活搭配内部模块电路，以满足不同需求，优先使用光伏绿色清洁能量，对环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及光伏逆变电源领域，尤其是涉及一种光伏逆变器辅助电源系统。
背景技术
随着全球能源危机日益凸显，光伏逆变器作为一种清洁能源在全球范围内受到热烈追捧。市场上现有的光伏逆变器内部电路通常设计包含多个辅助电源，用于给整个系统电路供电。这些辅助电源包括电池辅助电源、AC辅助电源、发电机输入辅助电源、光伏辅助电源等，多个辅助电源相结合组成辅助电源系统。
然而，当前市场上的辅助电源系统设计存在一些问题，如缺乏合理的配置规划与功能整合，这导致了辅助电源系统的设计冗余且成本较高。另外，逆变器辅助电源系统的能量来源没有优先选择光伏板，而是选择了电网、发电机或电池，导致了能源浪费。
发明内容
本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。
一种光伏逆变器辅助电源系统，包括主电路和外围功能电路，所述主电路设置有AC交流辅助电源，所述AC交流辅助电源与PV光伏辅助电源电性连接，所述AC交流辅助电源与PV光伏辅助电源的电性连接点为HV_VCC，所述连接点HV_VCC与后级辅助电源电性连接；
所述外围功能电路包括整流滤波电路、分压启动电路、PV输入电路和逆变器激活启动电路，所述整流滤波电路与分压启动电路电性连接，所述整流滤波电路与AC交流辅助电源电性连接，所述逆变器激活启动电路与后级辅助电源电性连接，所述PV输入电路与后级辅助电源电性连接；
所述PV光伏辅助电源包括PV光伏辅助电源模块和PV光伏辅助电源外围电路，所述PV光伏辅助电源模块与PV光伏辅助电源外围电路电性连接，所述AC交流辅助电源包括AC交流辅助电源模块和AC交流辅助电源外围电路，所述AC交流辅助电源模块与AC交流辅助电源外围电路电性连接，所述后级辅助电源包括后级辅助电源模块和后级辅助电源外围电路，所述后级辅助电源模块和后级辅助电源外围电路电性连接；
所述整流滤波电路向所述AC交流辅助电源输出电压VC_REC，所述分压启动电路由限流电阻R15～R16和光耦U3电性连接构成，所述分压启动电路设置有连接端口BAT+和START，所述限流电阻R15～R16用于调节VC_REC电压，所述VC_REC电压驱动光耦U3，令光耦U3导通，进而启动电路的连接端口BAT+和START，从而开启后级辅助电源模块；
所述PV光伏辅助电源模块的光伏输入电压为PV+，所述后级辅助电源模块的电池端口输入电压为BAT+，所述PV光伏辅助电源模块从高压光伏电压提取能量隔离转化输出电压PV_SPS，所述AC交流辅助电源模块从交流强电输入电压中提取能量隔离转化输出电压AC_SPS；
当逆变器的光伏充电方案为非隔离的BUCK降压型电路时，输出电压关系为：PV+＞BAT+＞AC_SPS，后级辅助电源模块转化的能量来源优先PV+，其次BAT+；实现辅助电源系统的能量优先取自光伏输入电压；
当逆变器的光伏充电方案为BOOST升压和隔离型DC-DC充电时，输出电压关系为：BAT+＞PV_SPS＞AC_SPS，后级辅助电源模块转化的能量来源优先PV_SPS，其次AC_SPS，当后级辅助电源模块输出电压稳定后，逆变器往电池充电，使得BAT+存在，后级辅助电源模块转化的能量将从BAT+获取，实现辅助电源系统的能量优先取自光伏输入电压。
作为本发明进一步的方案：所述电压PV_SPS为后级辅助电源模块的输入电压，所述PV光伏辅助电源模块的主体电路为隔离型DC-DC反激电源电路，所述PV光伏辅助电源外围电路由单向防反二极管D11～D12、储能滤波电容EC5、限流电阻R20～R21和稳压二极管ZD3～ZD4电性连接构成。
作为本发明进一步的方案：所述电压AC_SPS作为后级辅助电源模块的输入电压，所述AC交流辅助电源模块的主体电路为隔离型DC-DC反激电源电路，所述AC交流辅助电源外围电路由单向防反二极管D9～D10、滤波储能电容EC4、限流电阻R18～R19和稳压二极管ZD1～ZD2电性连接构成。
作为本发明进一步的方案：所述后级辅助电源外围电路为隔离型DC-DC反激电源电路，所述后级辅助电源模块的输入电压可为①电池电压BAT+、②光伏输入电压PV+或PV光伏辅助电源模块的输出电压PV_SPS、③AC交流辅助电源模块的输出电压AC_SPS，①②③通过二极管形成“或”的关系，任一存在均可满足后级辅助电源模块的输入电压需求。
作为本发明进一步的方案：所述整流滤波电路由保险丝FS1～FS2、桥式整流器B1～B2、热敏电阻NTC1和滤波储能电容EC3电性连接构成。
作为本发明进一步的方案：所述PV输入电路由限流电阻R1～R2、稳压二极管ZD6、光耦U1、NPN三极管Q1和单向防反二极管D4电性连接构成。
作为本发明进一步的方案：所述逆变器激活启动电路由限流电阻R10～R11、限流电阻R13～R14、光耦U2和逆变器CPU电性连接构成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、支持多种激活方式，且能灵活搭配内部模块电路，以满足不同需求。
2、逆变器系统辅助电源优先使用光伏绿色清洁能量，对环境友好。
3、光伏辅助电源模块和交流辅助电源模块仅在启动和激活时短暂工作，所需功率小，发热量低。这些辅助电源模块体积小巧，启动逆变器后，主要的辅助电源功率由电池端口电压提供给后级辅助电源模块转换输出，使得系统成本优势明显。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种光伏逆变器辅助电源系统的总原理框图；
图2是本发明一种光伏逆变器辅助电源系统的后级辅助电源与部分外围功能电路的电路结构示意图；
图3是本发明一种光伏逆变器辅助电源系统的PV光伏辅助电源、AC交流辅助电源与部分外围功能电路的电路结构示意图。
图中：1、后级辅助电源；2、PV光伏辅助电源；3、AC交流辅助电源；4、外围功能电路；41、整流滤波电路；42、分压启动电路；43、PV输入电路；44、逆变器激活启动电路。
具体实施方式
下面将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。
请参阅图1～3，本发明实施例中一种光伏逆变器辅助电源系统，包括主电路和外围功能电路4，所述主电路作为光伏逆变器辅助电源系统的主要功能电路，所述外围功能电路4作为光伏逆变器辅助电源系统的辅助功能电路，所述主电路设置有AC交流辅助电源3，所述AC交流辅助电源3与PV光伏辅助电源2电性连接，所述AC交流辅助电源3与PV光伏辅助电源2的电性连接点为HV_VCC，所述连接点HV_VCC与后级辅助电源1电性连接，所述外围功能电路4包括整流滤波电路41、分压启动电路42、PV输入电路43和逆变器激活启动电路44，所述整流滤波电路41与分压启动电路42电性连接，所述整流滤波电路41与AC交流辅助电源3电性连接，所述逆变器激活启动电路44与后级辅助电源1电性连接，所述PV输入电路43与后级辅助电源1电性连接。
所述PV光伏辅助电源2包括PV光伏辅助电源模块和PV光伏辅助电源外围电路，所述PV光伏辅助电源模块与PV光伏辅助电源外围电路电性连接，所述PV光伏辅助电源2用于光伏板供电辅助后级辅助电源1启动逆变器，所述PV光伏辅助电源模块用于PV光伏辅助电源2的控制中枢，所述PV光伏辅助电源外围电路用于PV光伏辅助电源2与其他电路连接，所述PV光伏辅助电源模块从高压光伏电压提取能量隔离转化输出电压PV_SPS，所述输出电压PV_SPS作为后级辅助电源模块的输入电压，所述PV光伏辅助电源模块的主体电路为隔离型DC-DC反激电源电路，所述PV光伏辅助电源外围电路与PV光伏辅助电源模块电性连接,所述PV光伏辅助电源外围电路由单向防反二极管D11～D12、储能滤波电容EC5、限流电阻R20～R21和稳压二极管ZD3～ZD4电性连接构成。
所述AC交流辅助电源3包括AC交流辅助电源模块和AC交流辅助电源外围电路，所述AC交流辅助电源模块与AC交流辅助电源外围电路电性连接，所述AC交流辅助电源3用于市电供电或发电机供电辅助后级辅助电源1启动逆变器，所述AC交流辅助电源模块用于AC交流辅助电源3的控制中枢，所述AC交流辅助电源外围电路用于AC交流辅助电源3与其他电路连接，所述AC交流辅助电源模块从交流强电输入电压中提取能量隔离转化输出电压AC_SPS，所述输出电压AC_SPS作为后级辅助电源模块的输入电压，所述AC交流辅助电源模块的主体电路为隔离型DC-DC反激电源电路，所述AC交流辅助电源外围电路与AC交流辅助电源模块电性连接,所述AC交流辅助电源外围电路由单向防反二极管D9～D10、滤波储能电容EC4、限流电阻R18～R19和稳压二极管ZD1～ZD2电性连接构成。
所述后级辅助电源1包括后级辅助电源模块和后级辅助电源外围电路，所述后级辅助电源模块和后级辅助电源外围电路电性连接，所述后级辅助电源1用于启动逆变器，所述后级辅助电源模块用于后级辅助电源1的控制中枢，所述后级辅助电源外围电路用于后级辅助电源1与其他电路连接，所述后级辅助电源外围电路为隔离型DC-DC反激电源电路，所述后级辅助电源模块的输入电压可为①电池电压BAT+、②光伏输入电压PV+或PV光伏辅助电源模块的输出电压PV_SPS、③AC交流辅助电源模块的输出电压AC_SPS，①②③通过二极管形成“或”的关系，任一存在均可满足后级辅助电源模块的输入电压需求。
所述整流滤波电路41由保险丝FS1～FS2、桥式整流器B1～B2、热敏电阻NTC1和滤波储能电容EC3电性连接构成，所述整流滤波电路41向所述AC交流辅助电源3输出电压VC_REC，所述分压启动电路42由限流电阻R15～R16和光耦U3电性连接构成，所述分压启动电路42设置有连接端口BAT+和START，所述限流电阻R15～R16用于调节VC_REC电压，所述VC_REC电压驱动光耦U3，所述光耦U3导通，进而启动电路42的连接端口BAT+和START，从而开启后级辅助电源模块，所述PV输入电路43由限流电阻R1～R2、稳压二极管ZD6、光耦U1、NPN三极管Q1和单向防反二极管D4～D5电性连接构成，所述逆变器激活启动电路44由限流电阻R10～R11、限流电阻R13～R14、光耦U2和逆变器CPU电性连接构成。
所述后级辅助电源外围电路由NPN三极管三极管Q2和Q3，限流电阻R3～R7、R9、R17、R22，电容CE1～3，以及单向防反二极管D1、D3、D5、D7电性连接构成。
实施例一：当逆变器的光伏充电方案为非隔离的BUCK降压型电路时（例：24V电池系统，光伏PV输入电压范围30～160V，功率部分通常选用非隔离的BUCK型MPPT充电方案），所述后级辅助电源1不与PV光伏辅助电源2连接，所述PV输入电路43与后级辅助电源1连接，光伏板电压直接通过单向防反二极管D5后作为后级辅助电源模块的输入电压，PV输入电路43使得PV+有电压时可以自动启动后级辅助电源1；
光伏输入电压PV+、电池端口输入电压BAT+和AC交流辅助电源模块输出电压AC_SPS，在BUCK型光伏充电方案的输出电压关系为：PV+＞BAT+＞AC_SPS，后级辅助电源模块转化的能量来源优先PV+，其次BAT+，实现辅助电源系统的能量优先取自光伏输入电压。
实施例二：当逆变器的光伏充电方案为BOOST升压和隔离型DC-DC充电时（例：24V电池系统，光伏PV输入电压范围160～500V，功率部分通常选用非隔离的BOOST型MPPT方案搭配隔离DC-DC电路给电池充电），所述后级辅助电源1与PV光伏辅助电源2连接，所述PV输入电路43不与后级辅助电源1连接，光伏板电压通过隔离的PV光伏辅助电源模块转化输出作为后级辅助电源模块的输入电压，由于PV光伏辅助电源2的三极管Q5及搭配电路器件，使得PV+有电压时可以自动启动PV光伏辅助电源2输出电压给HV_VCC,并通过R22自动启动后级辅助电源1；
电池端口输入电压BAT+、PV光伏辅助电源模块的输出电压PV_SPS和AC交流辅助电源模块输出电压AC_SPS，在BOOST升压和隔离型DC-DC充电方案的输出电压关系为：BAT+＞PV_SPS＞AC_SPS，后级辅助电源模块转化的能量来源优先PV_SPS，其次AC_SPS，当后级辅助电源模块输出电压稳定后，逆变器开启隔离型DC-DC使得往电池充电，使得BAT+存在，后级辅助电源模块转化的能量将主要从BAT+获取，实现辅助电源系统的能量优先取自光伏输入电压。
实施例三：当逆变器需要具备交流激活锂电池功能时，所述后级辅助电源1与AC交流辅助电源3连接，所述整流滤波电路41与分压启动电路42不连接，电网交流电压(I/P-L和I/P-N之间电压）或发电机输出电压（GEN-L和GEN-N之间电压）输入时经过所述整流滤波电路41得到VC_REC直流电压，AC辅助电源模块自动激活输出AC_SPS供给后级辅助电源模块，自动开启逆变器激活启动电路44对锂电池进行从AC-DC充电达到激活锂电池效果。
实施例四：当逆变器不需要具备交流激活锂电池功能，仅交流开机功能时，所述后级辅助电源1不与AC交流辅助电源3连接，所述整流滤波电路41与分压启动电路42连接，VC_REC使得光耦U3导通，BAT+通过U3内部三极管接通START信号，START信号在给电容CE1充电过程中开启了三极管Q2和Q3，使得后级辅助电源模块VCC_SPS电压抬升，自动激活后级辅助电源模块，进而开启逆变器。
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)
1.一种光伏逆变器辅助电源系统，包括主电路和外围功能电路，其特征在于：所述主电路设置有AC交流辅助电源，所述AC交流辅助电源与PV光伏辅助电源电性连接，所述AC交流辅助电源与PV光伏辅助电源的电性连接点为HV_VCC，所述连接点HV_VCC与后级辅助电源电性连接；
所述外围功能电路包括整流滤波电路、分压启动电路、PV输入电路和逆变器激活启动电路，所述整流滤波电路与分压启动电路电性连接，所述整流滤波电路与AC交流辅助电源电性连接，所述逆变器激活启动电路与后级辅助电源电性连接，所述PV输入电路与后级辅助电源电性连接；
所述PV光伏辅助电源包括PV光伏辅助电源模块和PV光伏辅助电源外围电路，所述PV光伏辅助电源模块与PV光伏辅助电源外围电路电性连接，所述AC交流辅助电源包括AC交流辅助电源模块和AC交流辅助电源外围电路，所述AC交流辅助电源模块与AC交流辅助电源外围电路电性连接，所述后级辅助电源包括后级辅助电源模块和后级辅助电源外围电路，所述后级辅助电源模块和后级辅助电源外围电路电性连接；
所述整流滤波电路向所述AC交流辅助电源输出电压VC_REC，所述分压启动电路由限流电阻R15～R16和光耦U3电性连接构成，所述分压启动电路设置有连接端口BAT+和START，所述限流电阻R15～R16用于调节VC_REC电压，所述VC_REC电压驱动光耦U3，令光耦U3导通，进而启动电路的连接端口BAT+和START，从而开启后级辅助电源模块；
所述PV光伏辅助电源模块的光伏输入电压为PV+，所述后级辅助电源模块的电池端口输入电压为BAT+，所述PV光伏辅助电源模块从高压光伏电压提取能量隔离转化输出电压PV_SPS，所述AC交流辅助电源模块从交流强电输入电压中提取能量隔离转化输出电压AC_SPS；
当逆变器的光伏充电方案为非隔离的BUCK降压型电路时，输出电压关系为：PV+＞BAT+＞AC_SPS，后级辅助电源模块转化的能量来源优先PV+，其次BAT+；实现辅助电源系统的能量优先取自光伏输入电压；
当逆变器的光伏充电方案为BOOST升压和隔离型DC-DC充电时，输出电压关系为：BAT+＞PV_SPS＞AC_SPS，后级辅助电源模块转化的能量来源优先PV_SPS，其次AC_SPS，当后级辅助电源模块输出电压稳定后，逆变器往电池充电，使得BAT+存在，后级辅助电源模块转化的能量将从BAT+获取，实现辅助电源系统的能量优先取自光伏输入电压。
2.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器辅助电源系统，其特征在于：所述电压PV_SPS为后级辅助电源模块的输入电压，所述PV光伏辅助电源模块的主体电路为隔离型DC-DC反激电源电路，所述PV光伏辅助电源外围电路由单向防反二极管D11～D12、储能滤波电容EC5、限流电阻R20～R21和稳压二极管ZD3～ZD4电性连接构成。
3.根据权利要求2所述的一种光伏逆变器辅助电源系统，其特征在于：所述电压AC_SPS作为后级辅助电源模块的输入电压，所述AC交流辅助电源模块的主体电路为隔离型DC-DC反激电源电路，所述AC交流辅助电源外围电路由单向防反二极管D9～D10、滤波储能电容EC4、限流电阻R18～R19和稳压二极管ZD1～ZD2电性连接构成。
4.根据权利要求3所述的一种光伏逆变器辅助电源系统，其特征在于：所述后级辅助电源外围电路为隔离型DC-DC反激电源电路，所述后级辅助电源模块的输入电压可为①电池电压BAT+、②光伏输入电压PV+或PV光伏辅助电源模块的输出电压PV_SPS、③AC交流辅助电源模块的输出电压AC_SPS，①②③通过二极管形成“或”的关系，任一存在均可满足后级辅助电源模块的输入电压需求。
5.根据权利要求4所述的一种光伏逆变器辅助电源系统，其特征在于：所述整流滤波电路由保险丝FS1～FS2、桥式整流器B1～B2、热敏电阻NTC1和滤波储能电容EC3电性连接构成。
6.根据权利要求5所述的一种光伏逆变器辅助电源系统，其特征在于：所述PV输入电路由限流电阻R1～R2、稳压二极管ZD6、光耦U1、NPN三极管Q1和单向防反二极管D4电性连接构成。
7.根据权利要求6所述的一种光伏逆变器辅助电源系统，其特征在于：所述逆变器激活启动电路由限流电阻R10～R11、限流电阻R13～R14、光耦U2和逆变器CPU电性连接构成。
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