CN202231478U - 一种光伏电源管理装置 - Google Patents

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李红深
沈磊
江蓉
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Abstract

本实用新型提供一种光伏电源管理装置，能对负载输出功率或对蓄电池充电，延长太阳能电池板的最大功率输出时间，充分利用发电潜力；其包括若干个升压电路、一个外反馈单元和一个电源管理单元；所述若干升压电路并联连接，每个升压电路均分别与外反馈单元、电源管理单元连接；所述升压电路所产生的输出电压为外反馈单元及电源管理单元的输入信号；所述外反馈单元输出第一反馈信号至升压电路，所述电源管理单元的第一输出端输出第二反馈信号至升压电路；所述电源管理单元的第二输出端输出充电电压对负载或者蓄电池进行充电。

Description

一种光伏电源管理装置
技术领域
本实用新型涉及太阳能光伏发电领域，具体地说是光伏电源管理装置。
背景技术
太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％。由此可以看出，太阳能光伏电池市场前景广阔。
太阳能光伏发电应用尚未普及，制约太阳能光伏产业发展的主要原因有：1)光伏发电转换效率低；2)太阳能发电的成本高；3)太阳能光伏电池在大部分时间里未能发出最大功率，发电潜力未能充分利用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有的太阳能电池充电电路的缺点与不足，提供一种光伏电源管理装置，能对负载输出功率或对蓄电池充电，延长太阳能电池板的最大功率输出时间，充分利用发电潜力。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：本光伏电源管理装置，包括若干个升压电路、一个外反馈单元和一个电源管理单元；所述若干升压电路并联连接，每个升压电路均分别与外反馈单元、电源管理单元连接；所述升压电路所产生的输出电压为外反馈单元及电源管理单元的输入信号；所述外反馈单元输出第一反馈信号至升压电路，所述电源管理单元的第一输出端输出第二反馈信号至升压电路；所述电源管理单元的第二输出端输出充电电压对负载或者蓄电池进行充电。
优选地，每个升压电路包括一个DC-DC稳压单元，以及相串联的电感和二极管，DC-DC稳压单元的输出端与电感和二极管的串联节点连接；所述DC-DC稳压单元通过电感和二极管稳压后产生一个电压作为升压电路的输出电压；所述外反馈单元输出第一反馈信号至DC-DC稳压单元，所述电源管理单元的第一输出端输出第二反馈信号至DC-DC稳压单元。
所述外反馈单元包括电阻R1、电阻R2以及滤波电容C1，电阻R1、电阻R2串联后与滤波电容C1并联，电阻R2的分压信号为第一反馈信号。
所述DC-DC稳压单元包括功率管、控制逻辑电路、第一比较器以及第一误差放大器；第一误差放大器的输入端分别与外反馈单元、电源管理单元连接，输出端与第一比较器的输入端连接；第一比较器的输入端分别与锯齿波发生器、第一误差放大器输出端连接，输出端与控制逻辑电路输入端连接；控制逻辑电路的输出端与功率管连接；第一误差放大器对第一反馈信号、第二反馈信号进行放大后与锯齿波发生器产生的锯齿波信号输入第一比较器中进行比较，比较器的输出结果经控制逻辑电路后控制功率管的导通和关断。
所述电源管理单元包括充电电流检测电路、充电电压检测电路以及控制模块；控制模块的输入端分别与充电电流检测电路、充电电压检测电路连接，输出端输出第二反馈信号至DC-DC稳压单元。
所述充电电流检测电路包括电阻R3与第二误差放大器，充电电压检测电路包括电阻R4、电阻R5及第二比较器；电阻R3连接在电源管理单元输入端与第二输出端之间；电阻R4与电阻R5相串联对电源管理单元第二输出端的充电电压进行分压，串联后连接在电源管理单元第二输出端与地之间，将电阻R5的分压信号输入第二比较器的输入端；第二比较器将电阻R5的分压信号与基准电压信号进行比较后，输出比较信号至控制模块；第二误差放大器的输入端与电源管理单元的输入端、第二输出端连接，输出放大信号至控制模块；控制模块对基准电压信号、第二误差放大器的放大信号及第二比较器的比较信号进行处理后，输出第二反馈信号至DC-DC稳压单元。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
采用DC-DC稳压单元对太阳能电池板的输出电压进行调节，采用相串联的电感L1和二极管D1对多路太阳能电池板的输出电压都升到预定值；再将多路太阳能电池板的输出电压并联后经过电源管理单元对负载输出功率或对蓄电池充电；这使得本装置在阴雨天气等太阳光不强烈的时候，仍能将太阳能电池板所输出的微弱电压进行升压后得以利用，从而延长太阳能电池板的最大功率输出时间，充分利用了发电潜力。又由于本装置能够对负载输出功率或对蓄电池充电，将多余的太阳能存储了起来，所以该装置在阴雨天仍可获得对负载送电所需的电压数值，从而使太阳能电池的全天候使用成为可能。
附图说明
图1为本实用新型光伏电源管理装置的结构示意图；
图2为升压电路的结构示意图；
图3为电源管理单元的结构示意图。
图中部件名称对应的标号如下：
1、DC/DC稳压单元；2、电感；3、二极管；4、输出导线；5、电阻R1；6、电阻R2；7、电容C1；8、第一反馈信号；9、第二反馈信号；10、电源管理单元；11、LDO(低压差线性稳压器)；12、锯齿波发生器；13、比较器；14、控制逻辑；15、NMOS；16、误差放大器；17、电阻R3；18、误差放大器1；19、控制模块；20、比较器1；21、基准电压；22、电阻R4；23、电阻R5。
本实用新型参数定义如下：
VOUT：升压电路的输出电压；
VIN_1、VIN_2、VIN_N分别是：第1、2以及N组光伏单元模块吸收太阳能之后两端的电压；
VCHARGE：输入到蓄电池的充电电压。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实用新型光伏电源管理装置，包括若干个升压电路、一个外反馈单元和一个电源管理单元；所述若干升压电路并联连接，每个升压电路均分别与外反馈单元、电源管理单元连接；每个升压电路包括一个DC-DC稳压单元，以及相串联的电感和二极管，DC-DC稳压单元的输出端与电感和二极管的串联节点连接；所述DC-DC稳压单元通过电感和二极管稳压后产生一个电压作为升压电路的输出电压，所述输出电压为外反馈单元及电源管理单元的输入信号；所述外反馈单元输出第一反馈信号至DC-DC稳压单元，所述电源管理单元的第一输出端输出第二反馈信号至DC-DC稳压单元；所述电源管理单元的第二输出端输出充电电压对负载或者蓄电池进行充电。其中，外反馈单元包括电阻R1、电阻R2以及滤波电容C1，电阻R1、电阻R2串联后与滤波电容C1并联，电阻R2的分压信号为第一反馈信号。
如图2所示，DC-DC稳压单元包括LDO(低压差线性稳压器)、功率管、控制逻辑电路、第一比较器以及第一误差放大器；第一误差放大器的输入端分别与外反馈单元、电源管理单元连接，输出端与第一比较器的输入端连接；第一比较器的输出端与控制逻辑电路连接，控制逻辑电路输出方波信号控制功率管NMOS的导通和关断；由LDO(低压差线性稳压器)对DC-DC稳压单元提供工作电压。第一误差放大器对第一反馈信号、第二反馈信号进行放大后与锯齿波发生器产生的锯齿波信号输入第一比较器中进行比较，第一比较器的输出结果经控制逻辑电路后控制功率管NMOS的导通和关断。更具体的连接关系为：
太阳能电池输出电压VIN_1连接到LDO，LDO产生电压为DC-DC稳压单元内部其它模块供电；太阳能电池输出电压VIN_1同时通过电感L1连接到DC-DC稳压单元的另外一端以及二极管D1的阳极，二极管的阴极输出DC-DC稳压控制器的输出电压VOUT连接到外反馈单元的电阻R1和滤波电容C1，同时连接到电源管理单元10，滤波电容C1另外一端接地；电阻R1与电阻R2串联后连接到地，串联节点与DC-DC稳压单元的第一误差放大器16连接，取电阻R2的分压信号作为第一反馈信号输入到第一误差放大器。第一误差放大器的另外一个输入端信号为电源管理单元所输出的第二反馈信号。第一误差放大器16的输出连接到第一比较器13的一个输入端，第一比较器的另外一个输入端连接到锯齿波发生器12的输出端，第一比较器的输出端连接到控制逻辑电路14的输入端，控制逻辑电路的输出连接到功率开关管15(即NMOS)的栅极，NMOS的漏极连接到DC-DC稳压单元外部电感L1和二极管D1的公共点。
如图3所示，电源管理单元第一输出端输出第二反馈信号至DC-DC稳压单元的第一误差放大器，第二输出端连接到负载或蓄电池。电源管理单元包括充电电流检测电路、充电电压检测电路以及控制模块；控制模块分别与充电电流检测电路、充电电压检测电路连接，输出第二反馈信号至DC-DC稳压单元。充电电流检测电路包括电阻R3与第二误差放大器，充电电压检测电路包括电阻R4、电阻R5及第二比较器；电阻R3连接在电源管理单元输入端与第二输出端之间；电阻R4与电阻R5相串联对电源管理单元第二输出端的充电电压进行分压，串联后连接在电源管理单元第二输出端与地之间，将电阻R5的分压信号输入第二比较器的输入端；第二比较器将电阻R5的分压信号与基准电压信号进行比较后，输出比较信号至控制模块；第二误差放大器的输入端与电源管理单元的输入端、第二输出端连接，输出放大信号至控制模块；控制模块对基准电压信号、第二误差放大器的放大信号及第二比较器的比较信号进行处理后，输出第二反馈信号至DC-DC稳压单元。
在电源管理单元内部，DC-DC稳压控制器的输出电压VOUT通过电阻R3对蓄电池进行充电；DC-DC稳压控制器的输出电压VOUT同时连接到第二误差放大器18的一个输入端，第二误差放大器的另外一个输入端与蓄电池连接，第二误差放大器的输出端与控制模块19连接。电阻R4的一端与蓄电池连接，另外一端连接接R5和第二比较器20的一个输入端；电阻R5的另外一端接地，第二比较器20的另外一个输入端接基准电压模块21的输出端，第二比较器的输出端接到控制模块19。基准电压模块的输出还连接到控制模块，控制模块输出第二反馈信号。
本实用新型的工作过程如下：从太阳能电池产生的电压VIN_1对DC-DC稳压单元中的LDO(低压差线性稳压器)提供工作电压，DC-DC稳压单元开始工作，DC-DC稳压单元中的第一误差放大器对两个反馈信号进行放大后与锯齿波发生器产生的锯齿波信号通过第一比较器进行比较，第一比较器的输出结果经控制逻辑电路后控制功率管NMOS的导通和关断，DC-DC稳压单元、外接电感L1和二极管D1组成升压电路；由电阻R1和电阻R2以及滤波电容C1组成外反馈单元为DC-DC稳压单元提供第一反馈信号；电源管理单元利用电阻R3和第二误差放大器形成充电电流检测电路来检测充电电流，利用R4、R5和第二比较器形成充电电压检测电路来检测充电电压，充电电流检测信号、充电电压检测信号以及基准电压信号共同输入控制模块，控制模块生成第二反馈信号。第一反馈信号和第二反馈信号调节多个DC-DC稳压单元的输出电压，以此保证每个DC-DC稳压单元的输出电压相同，同时控制蓄电池的最大充电电流以及最大充电电压。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光伏电源管理装置，其特征在于：包括若干个升压电路、一个外反馈单元和一个电源管理单元；所述若干升压电路并联连接，每个升压电路均分别与外反馈单元、电源管理单元连接；所述升压电路所产生的输出电压为外反馈单元及电源管理单元的输入信号；所述外反馈单元输出第一反馈信号至升压电路，所述电源管理单元的第一输出端输出第二反馈信号至升压电路；所述电源管理单元的第二输出端输出充电电压对负载或者蓄电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的光伏电源管理装置，其特征在于：每个升压电路包括一个DC-DC稳压单元，以及相串联的电感和二极管，DC-DC稳压单元的输出端与电感和二极管的串联节点连接；所述DC-DC稳压单元通过电感和二极管稳压后产生一个电压作为升压电路的输出电压；所述外反馈单元输出第一反馈信号至DC-DC稳压单元，所述电源管理单元的第一输出端输出第二反馈信号至DC-DC稳压单元。
3.根据权利要求2所述的光伏电源管理装置，其特征在于：所述外反馈单元包括电阻R1、电阻R2以及滤波电容C1，电阻R1、电阻R2串联后与滤波电容C1并联，电阻R2的分压信号为第一反馈信号。
4.根据权利要求2所述的光伏电源管理装置，其特征在于：所述DC-DC稳压单元包括功率管、控制逻辑电路、第一比较器以及第一误差放大器；第一误差放大器的输入端分别与外反馈单元、电源管理单元连接，输出端与第一比较器的输入端连接；第一比较器的输入端分别与锯齿波发生器、第一误差放大器输出端连接，输出端与控制逻辑电路输入端连接；控制逻辑电路的输出端与功率管连接；第一误差放大器对第一反馈信号、第二反馈信号进行放大后与锯齿波发生器产生的锯齿波信号输入第一比较器中进行比较，比较器的输出结果经控制逻辑电路后控制功率管的导通和关断。
5.根据权利要求2所述的光伏电源管理装置，其特征在于：所述电源管理单元包括充电电流检测电路、充电电压检测电路以及控制模块；控制模块的输入端分别与充电电流检测电路、充电电压检测电路连接，输出端输出第二反馈信号至DC-DC稳压单元。
6.根据权利要求5所述的光伏电源管理装置，其特征在于：所述充电电流检测电路包括电阻R3与第二误差放大器，充电电压检测电路包括电阻R4、电阻R5及第二比较器；电阻R3连接在电源管理单元输入端与第二输出端之间；电阻R4与电阻R5相串联对电源管理单元第二输出端的充电电压进行分压，串联后连接在电源管理单元第二输出端与地之间，将电阻R5的分压信号输入第二比较器的输入端；第二比较器将电阻R5的分压信号与基准电压信号进行比较后，输出比较信号至控制模块；第二误差放大器的输入端与电源管理单元的输入端、第二输出端连接，输出放大信号至控制模块；控制模块对基准电压信号、第二误差放大器的放大信号及第二比较器的比较信号进行处理后，输出第二反馈信号至DC-DC稳压单元。
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