CN203645382U

CN203645382U - 一种带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构

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Publication number: CN203645382U
Application number: CN201320668641.5U
Authority: CN
Inventors: 王念春; 吴晓玉; 秦天平; 赵鸿鑫; 王晓龙; 江志明; 滕春阳; 丁凯
Original assignee: JIANGSU ENWINT NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd; Southeast University
Current assignee: JIANGSU ENWINT NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd; Southeast University
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2023-10-28

Abstract

本实用新型涉及一种带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，包括太阳能电池、接入保护单元、同步整流Buck单元、Buck电路保护单元、防蓄电池过充单元、蓄电池、负载过流保护单元和负载；所述太阳能电池、接入保护单元、同步整流Buck单元、Buck电路保护单元、防蓄电池过充单元和蓄电池连接构成充电主回路；所述蓄电池、负载过流保护单元和负载串联组成放电回路；所述同步整流Buck单元、Buck电路保护单元、防蓄电池过冲单元和蓄电池连接组成放电回路。本实用新型能有效减小电路损耗，提高电能转换效率；同时，能有效提高Buck电路的可靠度，能有效保护太阳能电池板、蓄电池以及拓扑电路本身，且能有效抑制尖峰脉冲。

Description

一种带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构

技术领域

本实用新型涉及太阳能控制器技术领域，特别是涉及一种带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构。

背景技术

太阳能充电装置是指太阳能电池板对蓄电池进行充电的装置，当太阳能电池的输入电压很高而配备的蓄电池电压等级较低时，现有的太阳能控制器技术通常是采用经典Buck电路实现电压的变换和太阳能电池板输出功率的控制。然而，经典Buck电路中的续流二极管的导通管压降（一般为0.5V）是恒定的，在通过较大电流时，会造成较大的热损耗，使整个电路的效率较低。

由于MOS管导通电阻较续流二极管很小（一般为几十毫欧），进而可将降压Buck电路中的续流二极管替换为MOS管，在MOS管导通期间，可有效减小电路损耗，提高电能转换效率，这种技术称之为同步整流技术。

然而，同步整流Buck单元中的两个MOS管是互补导通的，两个MOS管门极的PWM控制信号之间存在一个死区时间，当处于死区时间内时，两个MOS管同时关断，此时同步整流BUCK单元中的电感所储能量没有路径释放，会产生较大尖峰电压，导致造成元器件损坏。

因此，针对现有技术不足，提供一种热损耗小、保证BUCK单元安全可靠工作、高效的太阳能充电装置的拓扑结构甚为必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种高效且安全可靠的带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，包括太阳能电池、接入保护单元、同步整流Buck单元、Buck电路保护单元、防蓄电池过充单元、蓄电池、负载过流保护单元和负载；

所述太阳能电池、接入保护单元、同步整流Buck单元、Buck电路保护单元、防蓄电池过充单元和蓄电池连接构成充电主回路；

所述蓄电池、负载过流保护单元和负载串联组成放电回路；

所述同步整流Buck单元、Buck电路保护单元、防蓄电池过冲单元和蓄电池连接组成放电回路。

上述技术方案还具有电流采样单元；所述电流采样单元连接在防蓄电池过充单元和负载过流保护单元之间，电流采样单元由第一电流采样单元和第二电流采样单元组成。

上述技术方案所述接入保护单元包括保险管F1、二极管D2和防倒流开关管Q1；所述二极管D2反向并联在太阳能电池的两端；所述防倒流开关管Q1的源极S连接太阳能电池板的正极，防倒流开关管Q1的漏极D连接所述同步整流Buck单元；所述保险管F1串接在太阳能电池的正极与防倒流开关管Q1的源极S之间。

上述技术方案所述同步整流Buck单元包括滤波电容C1，以及同步整流方式的MOS管Q2、MOS管Q3、电感L和电容C4；所述MOS管Q2、MOS管Q3、电感L、电容C4连接形成常规降压Buck变换电路；所述滤波电容C1并联接在Buck单元前端。

上述技术方案所述Buck电路保护单元包括二极管D1、电容C2和电容C3；所述二极管D1反向并联在MOS管Q3的源极S和漏极D上；所述电容C2的两端分别和MOS管Q2的漏极D和源极S连接；所述电容C3两端分别和MOS管Q3的漏极D和源极S连接。

上述技术方案所述防蓄电池过充单元具有MOS管Q4；所述MOS管Q4的漏极D与所述同步整流Buck单元连接，MOS管Q4的源极S与所述蓄电池正极连接。

上述技术方案所述负载过流保护单元具有MOS管Q5，所述MOS管Q5的漏极D与所述蓄电池正极连接，MOS管Q5的源极S与所述负载相连。

上述技术方案所述防倒流开关管Q1为MOS管。

上述技术方案所述续流保护二极管D1为肖特基二极管。

上述技术方案所述第一电流采样单元和第二电流采样单元分别为采样电阻R1和采样电阻R2。

采用上述技术方案后，本实用新型具有以下积极的效果：

（1）本实用新型的Buck电路保护单元通过续流二极管D1、电容C2和电容C3能有效抑制电路产生的尖峰电压，且二极管D1能给电感提供续流回路，从而保护MOS管Q2和MOS管Q3。

（2）本实用新型能有效减小电路损耗，提高电能转换效率；同时，能有效提高Buck电路的可靠度，能有效保护太阳能电池板、蓄电池以及拓扑电路本身，且能有效抑制尖峰脉冲。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型的实施例1的电路图；

图2是本实用新型的实施例2的电路图；

图3是本实用新型的接入保护单元结构图；

图4是的同步整流Buck单元及Buck电路保护单元结构图；

图5是本实用新型的蓄电池及防蓄电池过充单元结构图；

图6是本实用新型的放电回路的电路图。

具体实施方式

（实施例1）

见图1至图6，本实用新型包括太阳能电池、接入保护单元、同步整流Buck单元、Buck电路保护单元、防蓄电池过充单元、蓄电池、负载过流保护单元、负载和电流采样单元；

太阳能电池、接入保护单元、同步整流Buck单元、Buck电路保护单元、防蓄电池过充单元和蓄电池连接构成充电主回路；

蓄电池、负载过流保护单元和负载串联组成放电回路；

同步整流Buck单元、Buck电路保护单元、防蓄电池过冲单元和蓄电池连接组成放电回路。

电流采样单元连接在防蓄电池过充单元和负载过流保护单元之间，电流采样单元由第一电流采样单元和第二电流采样单元组成，第一电流采样单元和第二电流采样单元分别为采样电阻R1和采样电阻R2。

见图3，接入保护单元包括保险管F1、二极管D2和防倒流开关管Q1；二极管D2反向并联在太阳能电池的两端；防倒流开关管Q1为MOS管防倒流开关管Q1的源极S连接太阳能电池板的正极，防倒流开关管Q1的漏极D连接同步整流Buck单元；保险管F1串接在太阳能电池的正极与防倒流开关管Q1的源极S之间。

见图4，同步整流Buck单元包括滤波电容C1，以及同步整流方式的MOS管Q2、MOS管Q3、电感L和电容C4；MOS管Q2、MOS管Q3、电感L、电容C4连接形成常规降压Buck变换电路；滤波电容C1并联接在Buck单元前端。

Buck电路保护单元包括二极管D1、电容C2和电容C3；二极管D1反向并联在MOS管Q3的源极S和漏极D上；电容C2的两端分别和MOS管Q2的漏极D和源极S连接；电容C3两端分别和MOS管Q3的漏极D和源极S连接，其中，续流保护二极管D1为肖特基二极管。

见图5，防蓄电池过充单元具有MOS管Q4；MOS管Q4的漏极D与同步整流Buck单元连接，MOS管Q4的源极S与蓄电池正极连接。

见图6，负载过流保护单元具有MOS管Q5，MOS管Q5的漏极D与蓄电池正极连接，MOS管Q5的源极S与负载相连。

本实用新型的工作原理为：当太阳能电池板反接，输入电流通过二极管D2短路，产生很大的短路电流，此电流足以熔断输入端的保险管F1，实现了对太阳能电池板的保护，当正常接入时，二极管D2无作用。

上述同步整流Buck电路单元正向工作时，充电电流由太阳能电池流向蓄电池，但当充电电流较小时，上述Buck电路单元中电感元件L、MOS管Q3、电容元件C1构成Boost电路，蓄电池可能会对太阳能电池板反向升压充电，以致太阳能电池板的损坏，设置MOS管Q1可以防止电路反向充电，保护太阳能电池板。

上述同步整流Buck电路正向工作时，同步整流Buck单元中的MOS管Q2、MOS管Q3是互补导通的，两个MOS管门极的PWM控制信号之间存在一个死区时间，当处于死区时间内时，电感元件L所储能量需要回路释放，否则会产生较大尖峰电压，造成MOS管Q3损坏，二极管D1给电感L提供续流的回路，以减小电感电流对电路冲击。

上述同步整流Buck电路单元正向工作时，一旦蓄电池充满后，需停止充电以防蓄电池过度充电，从而造成蓄电池的损坏，当检测到蓄电池充满时，MOS管Q4关断，以保护蓄电池。

上述蓄电池对负载供电时，若负载短路或者负载过流，一旦采样电阻R1检测的电流超过预定值时，立刻关断MOS管Q5，从而保护放电回路。

上述MOS管Q1、MOS管Q5、MOS管Q4在电路正常工作时都是一直导通的，其都不采用二极管，而采用MOS管的原因，除了需要对电路进行控制，保证电路在需要的时候开通和关断外，还是因为MOS管导通时的损耗要远远小于二极管导通时的损耗。

上述MOS管Q2的源极S接太阳能电池板，漏极D接同步整流Buck单元，反接的原因是由于MOS管的源极S到漏极D之间有个正向的二极管，当发生电流倒流的情况时，能保证MOS管的有效关断。

以上的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，其特征在于：包括太阳能电池、接入保护单元、同步整流Buck单元、Buck电路保护单元、防蓄电池过充单元、蓄电池、负载过流保护单元和负载；

所述蓄电池、负载过流保护单元和负载串联组成放电回路；

2.根据权利要求1所述的带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，其特征在于：还具有电流采样单元；所述电流采样单元连接在防蓄电池过充单元和负载过流保护单元之间，电流采样单元由第一电流采样单元和第二电流采样单元组成。

3.根据权利要求1或2所述的带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，其特征在于：所述接入保护单元包括保险管F1、二极管D2和防倒流开关管Q1；所述二极管D2反向并联在太阳能电池的两端；所述防倒流开关管Q1的源极S连接太阳能电池板的正极，防倒流开关管Q1的漏极D连接所述同步整流Buck单元；所述保险管F1串接在太阳能电池的正极与防倒流开关管Q1的源极S之间。

4.根据权利要求3所述的带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，其特征在于：所述同步整流Buck单元包括滤波电容C1，以及同步整流方式的MOS管Q2、MOS管Q3、电感L和电容C4；所述MOS管Q2、MOS管Q3、电感L、电容C4连接形成常规降压Buck变换电路；所述滤波电容C1并联接在Buck单元前端。

5.根据权利要求4所述的带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，其特征在于：所述Buck电路保护单元包括二极管D1、电容C2和电容C3；所述二极管D1反向并联在MOS管Q3的源极S和漏极D上；所述电容C2的两端分别和MOS管Q2的漏极D和源极S连接；所述电容C3两端分别和MOS管Q3的漏极D和源极S连接。

6.根据权利要求5所述的带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，其特征在于：所述防蓄电池过充单元具有MOS管Q4；所述MOS管Q4的漏极D与所述同步整流Buck单元连接，MOS管Q4的源极S与所述蓄电池正极连接。

7.根据权利要求6所述的带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，其特征在于：所述负载过流保护单元具有MOS管Q5，所述MOS管Q5的漏极D与所述蓄电池正极连接，MOS管Q5的源极S与所述负载相连。

8.根据权利要求3所述的带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，其特征在于：所述防倒流开关管Q1为MOS管。

9.根据权利要求5述的带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，其特征在于：所述续流保护二极管D1为肖特基二极管。

10.根据权利要求4所述的带尖峰电压抑制的太阳能充电装置的拓扑结构，其特征在于：所述第一电流采样单元和第二电流采样单元分别为采样电阻R1和采样电阻R2。