CN201928018U - 太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能控制器技术领域，尤其涉及太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，包括主吸收保护电路、第二吸收保护电路，主吸收保护电路一端与太阳能电池的正极输入端连接，另一端与太阳能电池的负极输入端连接，第二吸收保护电路一端与蓄电池的正极输入端连接，另一端与蓄电池的负极输入端连接。本实用新型降低了太阳能充电控制器的功率开关管的电压应力，防止功率开关管被击穿，同时也减小了功率开关管的功率损耗，功率开关管工作更安全。

Description

太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路

技术领域

本实用新型涉及太阳能控制器技术领域，尤其涉及太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路。

背景技术

太阳能充电控制器用于太阳能电池向蓄电池充电过程的全程控制，采用PWM充电策略，通过控制功率开关管的开通与关断，来调节太阳能电池的输出电压和输出电流，进而可以实现太阳能电池功率输出的最大功率点跟踪（MPPT）。在实际应用中，一般采用低导通内阻的功率MOSFET作为功率开关管。太阳能控制器和太阳能电池以及蓄电池之间一般都通过较长的导线连接，在大电流充电的情况下，由于连接导线存在的分布电感、蓄电池内部等效的分布电感以及线路板上存在的寄生电感，当功率开关管快速导通和关断时，尤其是在功率开关管快速关断时，会产生很大的电流变化率，在上述分布电感和寄生电感的共同作用下，会形成很高的电压尖峰脉冲，增加了功率开关管的电压应力，极易导致功率开关管被击穿事故的发生。一旦功率开关管被击穿，那么充电过程就进入不可控状态，不仅太阳能电池功率输出的最大功率点跟踪无法实现，而且会造成蓄电池的输入过压和过充状态，大大缩短了蓄电池的使用寿命，严重情况下还会导致蓄电池过热爆炸事故的发生。

通过实际测试，在PWM信号的控制和驱动下，当功率开关管关断时，在控制器的太阳能电池正、负极输入端会产生正向电压尖峰，而在控制器的蓄电池正、负极输入端会产生负向电压尖峰，从而导致功率开关管的漏极和源极之间正电压尖峰脉冲。

目前市场上的目前市场上的太阳能充电控制器电路，包括太阳能电池、蓄电池、主控制器、功率开关管，太阳能电池正极与蓄电池正极连接，太阳能电池负极与蓄电池负极连接，功率开关管与太阳能电池、蓄电池构成充电回路，功率开关管的源极与太阳能电池的负极连接，功率开关管的的栅极与主控制器连接；功率开关管的的漏极与蓄电池的负极连接,有的太阳能充电控制器都没有完善的电压吸收保护机制，难以彻底消除潜在的安全隐患，而有的太阳能充电控制器仅仅在功率开关管的漏极和源极之间并联RC吸收电路或者RCD吸收电路，但是，仅靠功率开关管本身的RC吸收电路或者RCD吸收电路是难以有效地保证功率开关管安全可靠地工作，这种情况下，在功率开关管关断的瞬间，功率开关管的漏极和源极之间还是会产生很高的正电压尖峰脉冲，在功率开关管关断的瞬间，功率开关管的漏极和源极之间产生的正电压尖峰脉冲的峰峰值可以达到太阳能电池输出电压的3倍多，在这种情况下功率开关管被击穿的概率是非常大的。尤其是当太阳能电池输出电压很高以及充电电流很大时，就大大地加大了功率开关管被击穿的风险。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足而提供一种太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，其降低了太阳能充电控制器的功率开关管的电压应力，防止功率开关管被击穿，同时也减小了功率开关管的功率损耗，功率开关管工作更安全。

本实用新型的目的通过以下技术措施实现：

太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，包括主吸收保护电路、第二吸收保护电路，太阳能充电控制器采用共正极电路拓扑结构，太阳能电池的正极输入端和蓄电池的正极输入端连接，主吸收保护电路一端与太阳能电池的正极输入端连接，主吸收保护电路另一端与太阳能电池的负极输入端连接，第二吸收保护电路一端与蓄电池的正极输入端连接，第二吸收保护电路另一端与蓄电池的负极输入端连接。

主吸收保护电路包括电容C1、电阻R1、二极管D1；C1负极输入端与太阳能电池的负极输入端连接，C1的正极输入端与D1的负极输入端、R1的一端连接；D1的正极输入端、R1的另一端与太阳能电池的正极输入端连接。

第二吸收保护电路包括电容C2、电阻R2、二极管D2；C2负极输入端与蓄电池的负极输入端连接，C2的正极输入端与D2的正极输入端、R2的一端连接；D2的负极输入端、R2的另一端与蓄电池的正极输入端连接。

太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路还包括功率管Q2、电流检测电路，Q2的漏极与功率开关管Q1的漏极连接，Q2的源极与电流检测电路的一端连接，电流检测电路的另一端与蓄电池的负极连接。

太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路还包括第一个RCD吸收电路和第二个RCD吸收电路，第一个RCD吸收电路一端与功率开关管Q1的漏极连接，第一个RCD吸收电路另一端与功率开关管Q1的源极连接，第二个RCD吸收电路一端Q2的漏极连接，第二个RCD吸收电路的另一端与Q2的源极连接。

第一个RCD吸收电路包括电容C3、电阻R3、二极管D3，C3一端与太阳能电池的负极输入端、功率开关管Q1的源极连接，C3的另一端与D3的负极输入端、R3的一端连接，R3的另一端、D3的正极输入端与功率开关管Q1的漏极连接；

第二个RCD吸收电路包括电容C4、电阻R4、二极管D4，C4一端与电流检测电路的一端、Q2的源极连接，C4的另一端与D4的负极输入端、R4的一端连接，R4的另一端、D4的正极输入端与Q2的漏极连接。

本实用新型有益效果在于：太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，包括主吸收保护电路、第二吸收保护电路，其特征在于：主吸收保护电路一端与太阳能电池的正极输入端连接，主吸收保护电路另一端与太阳能电池的负极输入端连接，第二吸收保护电路一端与蓄电池的正极输入端连接，第二吸收保护电路另一端与蓄电池的负极输入端连接。本实用新型采用PWM方式充电时，主吸收保护电路快速吸收太阳能电池正极输入端产生的电压尖峰，第二吸收保护电路用来缓冲蓄电池正极输入端产生的负电压脉冲，同时来吸收功率开关管关断时在太阳能电池正、负极输入端之间产生的正电压尖峰脉冲，降低了太阳能充电控制器的功率开关管的电压应力，防止功率开关管被击穿，同时也减小了功率开关管的功率损耗，功率开关管工作更安全。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构框图；

图2是本实用新型的主吸收保护电路的电路原理图；

图3是本实用新型的第二吸收保护电路的电路原理图。

附图标记：

102——太阳能电池

103——蓄电池

104——主吸收保护电路

105——第二吸收保护电路

106——电流检测电路

107——第一个RCD吸收电路

108——第二个RCD吸收电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，用作共正极结构的太阳能充电控制器的功率开关管的保护电路。包括主吸收保护电路104、第二吸收保护电路105，太阳能电池102的正极输入端S+经保险管F和蓄电池103的正极输入端B+连接，蓄电池103的负极输入端B-经过电流检测电路106和功率管Q2的源极连接，功率管Q2的漏极和功率开关管Q1的漏极连接，功率开关管Q1的源极和太阳能电池102的负极输入端S-连接。

主吸收保护电路104一端与太阳能电池102的正极输入端连接，主吸收保护电路104另一端与太阳能电池102的负极输入端连接。主吸收保护电路104采用可以快速吸收正向电压尖峰的电路拓扑，来吸收功率开关管Q1关断时在太阳能电池102正、负极输入端之间产生的正电压尖峰脉冲，降低了太阳能充电控制器的功率开关管Q1的电压应力，防止功率开关管Q1被击穿，同时也减小了功率开关管Q1的功率损耗，功率开关管Q1工作更安全。

如图2所示，本实施例的主吸收保护电路104包括电容C1、电阻R1、二极管D1；C1负极输入端与太阳能电池102的负极输入端连接，C1的正极输入端与D1的负极输入端、R1的一端连接；D1的正极输入端、R1的另一端与太阳能电池102的正极输入端连接。主吸收保护电路104采用可快速给C1充电的电路拓扑，利用C1的快速吸收电压尖峰的特点，来吸收功率开关管Q1关断时在太阳能电池102正、负极输入端之间产生的正电压尖峰脉冲，进而达到吸收目的。

如图3所示，本实施例的第二吸收保护电路105包括电容C2、电阻R2、二极管D2；C2负极输入端与蓄电池103的负极输入端连接，C2的正极输入端与D2的正极输入端、R2的一端连接；D2的负极输入端、R2的另一端与蓄电池103的正极输入端连接。

第二吸收保护电路105采用可快速使C2放电的电路拓扑，利用C2的快速释放所存储能量的特点，来平抑功率开关管Q1关断时在蓄电池103正、负极输入端之间产生的负电压尖峰脉冲，防止开关管功率开关管Q1被击穿，阻止蓄电池103过压或者过充的现象发生，保护蓄电池103，延长蓄电池103的使用寿命。

本实施例还包括功率管Q2、电流检测电路106，Q2的漏极与功率开关管Q1的漏极连接，Q2的源极与电流检测电路106的一端连接，电流检测电路106的另一端与蓄电池的负极连接，功率开关管Q1与功率管Q2接成同步整流方式，作用是防止夜间蓄电池向太阳能电池放电。

本实施例还还包括第一个RCD吸收电路107和第二个RCD吸收电路108，还包括第一个RCD吸收电路107和第二个RCD吸收电路108，第一个RCD吸收电路107一端与功率开关管Q1的漏极连接，第一个RCD吸收电路107另一端与功率开关管Q1的源极连接，第二个RCD吸收电路108一端Q2的漏极连接，第二个RCD吸收电路108的另一端与Q2的源极连接。

本实施例的第一个RCD吸收电路107包括电容C3、电阻R3、二极管D3，C3一端与太阳能电池102的负极输入端、功率开关管Q1的源极连接，C3的另一端与D3的负极输入端、R3的一端连接，R3的另一端、D3的正极输入端与功率开关管Q1的漏极连接；第二个RCD吸收电路107包括电容C4、电阻R4、二极管D4，C4一端与电流检测电路106的一端、Q2的源极连接，C4的另一端与D4的负极输入端、R4的一端连接，R4的另一端、D4的正极输入端与Q2的漏极连接。增加第一个RCD吸收电路107进一步保护功率开关管Q1，防止击穿现象发生，增加第二个RCD吸收电路107进一步保护功率开关管Q1，防止击穿现象发生。

本实施例的太阳能电池102的正极输入端与蓄电池103正极输入端之间还串接有保险管F，当主充电回路电流过大时，保险管F断开，从而进一步保护太阳能电池102和蓄电池103。

本实用新型的C1和C2采用容量较大的电解电容，D1和D2采用快速二极管或肖特基二极管，电阻R1和R2采用功率电阻。主吸收保护电路104和第二吸收保护电路105的电压吸收效果比较好。

本实施例的R1、R2采用阻值为22欧姆/10W的功率电阻，C1、C2具体采用470uF/200V 大小的电容，D1、D2的型号为RURP1560。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.  太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，包括主吸收保护电路、第二吸收保护电路，其特征在于：主吸收保护电路一端与太阳能电池的正极输入端连接，主吸收保护电路另一端与太阳能电池的负极输入端连接，第二吸收保护电路一端与蓄电池的正极输入端连接，第二吸收保护电路另一端与蓄电池的负极输入端连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，其特征在于：主吸收保护电路包括电容C1、电阻R1、二极管D1；

C1负极输入端与太阳能电池的负极输入端连接，C1的正极输入端与D1的负极输入端、R1的一端连接；

D1的正极输入端、R1的另一端与太阳能电池的正极输入端连接。

3.根据权利要求2所述的太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，其特征在于：第二吸收保护电路包括电容C2、电阻R2、二极管D2；

C2负极输入端与蓄电池的负极输入端连接，C2的正极输入端与D2的正极输入端、R2的一端连接；

D2的负极输入端、R2的另一端与蓄电池的正极输入端连接。

4.根据权利要求3所述的太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，其特征在于：还包括功率管Q2、电流检测电路，Q2的漏极与功率开关管Q1的漏极连接，Q2的源极与电流检测电路的一端连接，电流检测电路的另一端与蓄电池的负极连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，其特征在于：还包括第一个RCD吸收电路和第二个RCD吸收电路，第一个RCD吸收电路一端与功率开关管Q1的漏极连接，第一个RCD吸收电路另一端与功率开关管Q1的源极连接，第二个RCD吸收电路一端Q2的漏极连接，第二个RCD吸收电路的另一端与Q2的源极连接。

6.根据权利要求1所述的太阳能充电控制器的功率开关管的电压尖峰吸收保护电路，其特征在于：第一个RCD吸收电路包括电容C3、电阻R3、二极管D3，C3一端与太阳能电池的负极输入端、功率开关管Q1的源极连接，C3的另一端与D3的负极输入端、R3的一端连接，R3的另一端、D3的正极输入端与功率开关管Q1的漏极连接；

第二个RCD吸收电路包括电容C4、电阻R4、二极管D4，C4一端与电流检测电路的一端、Q2的源极连接，C4的另一端与D4的负极输入端、R4的一端连接，R4的另一端、D4的正极输入端与Q2的漏极连接。

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