CN206671398U - 一种光伏离网逆变器及其隔离型电流采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光伏离网逆变器及其隔离型电流采样电路，其中，采样电路包括：采样电阻模块，运算放大器，三极管，第一电阻，第二电阻，第三电阻和第四电阻；采样电阻模块的一端连接第一电阻的一端，输入待采样电流；第一电阻的另一端连接三极管的发射极和运算放大器的反相输入端；采样电阻模块的另一端通过第二电阻连接运算放大器的同相输入端；运算放大器的输出端通过第三电阻连接三极管的基极；三极管的集电极为隔离型电流采样电路的输出端，通过第四电阻连接第一参考地；运算放大器的供电电源的参考地与第一参考地不同。利用采样电阻采样电流，将电流信号转化为电压信号；同时，利用三极管的放大特性做采样隔离，电路简单可靠，成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及光伏离网逆变器领域，具体涉及一种光伏离网逆变器及其隔离型电流采样电路。
背景技术
在现代日常生活中，仍有部分地区处于缺电或者无电状态。光伏离网发电不仅可以解决无电或者少电地区居民基本用电问题，还可以清洁高效地利用当地的可再生能源，有效解决能源和环境之间的矛盾。
在光伏逆变器系统中，光伏充电电流采样是技术开发的核心环节，因为，机器的CPU(中央处理器)的所有逻辑判断和控制动作，均是基于充电电流采样的信息而进行的。也就是说，没有充电电流采样这部分电路，整个逆变器系统会处于瘫痪状态。
通常，无电或少电的偏远地区，经济条件相对较差。因此，开发一款经济适用、售价低廉、性能可靠的光伏离网逆变器尤为重要。传统的逆变器，设计时，由于要做隔离采样，常常会选择使用HCT(电流传感器)做电流采样的元器件。然而HCT的售价高、产品交期长，对离网型逆变器的成本造成较大压力，且使用这种类型的电路，设计复杂，用到的元器件比较多，可靠性也相对较低。
因此，现有技术有待改进和提高。
实用新型内容
本实用新型提供一种光伏离网逆变器及其隔离型电流采样电路，可降低采样电路的成本。
本实用新型提供一种隔离型电流采样电路，包括：采样电阻模块，运算放大器，三极管，第一电阻，第二电阻，第三电阻和第四电阻；所述隔离型电流采样电路的输入端为采样电阻模块的一端，输入待采样电流；所述采样电阻模块的一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接三极管的发射极和运算放大器的反相输入端；所述采样电阻模块的另一端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接运算放大器的同相输入端；运算放大器的输出端通过第三电阻连接三极管的基极；三极管的集电极为隔离型电流采样电路的输出端，通过第四电阻连接第一参考地；所述运算放大器的供电电源的参考地与第一参考地不同。
所述的隔离型电流采样电路，其中，所述运算放大器的供电电源与第一参考地隔离。
所述的隔离型电流采样电路，其中，所述运算放大器的供电电源的参考地为蓄电池的正极，所述第一参考地为蓄电池的负极。
所述的隔离型电流采样电路，其中，采样电阻模块包括采样电阻；所述采样电阻的一端为隔离型电流采样电路的输入端，连接第一电阻的一端，所述采样电阻的另一端连接第二电阻的一端；
或者，采样电阻模块包括多个采样电阻，所述多个采样电阻的一端为隔离型电流采样电路的输入端，连接第一电阻的一端，所述多个采样电阻的另一端连接第二电阻的一端。
所述的隔离型电流采样电路，其中，隔离型电流采样电路还包括滤波模块，采样电阻模块的另一端连接蓄电池的正极，并通过滤波模块连接第一参考地。
所述的隔离型电流采样电路，其中，所述滤波模块包括一个或多个滤波电容，采样电阻模块的另一端通过所述一个或多个滤波电容连接第一参考地。
所述的隔离型电流采样电路，其中，隔离型电流采样电路还包括第一电容、第二电容和第三电容；第一电容的一端连接第一电阻的另一端，第一电容的另一端连接第二电阻的另一端；第二电容的一端连接三极管的集电极和第四电阻的一端，第二电容的另一端连接第一参考地和第四电阻的另一端；第三电容的一端连接第四电阻的另一端，第三电容的另一端连接采样电阻模块的另一端。
所述的隔离型电流采样电路，其中，隔离型电流采样电路还包括第一二极管、第二二极管和第三二极管；第一二极管的负极连接最大电压提供端，第一二极管的正极连接运算放大器的反相输入端；第二二极管的正极连接蓄电池的正极，第二二极管的负极连接运算放大器的反相输入端；第三二极管的负极连接运算放大器的反相输入端，第三二极管的正极连接三极管的基极。
一种光伏离网逆变器，包括处理模块和如上所述的隔离型电流采样电路；处理模块用于根据隔离型电流采样电路输出端的电压值，根据预设的换算公式计算待采样电流的电流值。
所述的光伏离网逆变器，其中，所述换算公式为：
IBAT+为待采样电流的电流值，R1为第一电阻的电阻值，R4为第四电阻的电阻值，U为隔离型电流采样电路输出端的电压值，RAVG为采样电阻模块的等效电阻的电阻值。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供一种光伏离网逆变器及其隔离型电流采样电路，其中，所述电流采样电路包括：采样电阻模块，运算放大器，三极管，第一电阻，第二电阻，第三电阻和第四电阻；采样电阻模块的一端连接第一电阻的一端，输入待采样电流；第一电阻的另一端连接三极管的发射极和运算放大器的反相输入端；采样电阻模块的另一端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接运算放大器的同相输入端；运算放大器的输出端通过第三电阻连接三极管的基极；三极管的集电极为隔离型电流采样电路的输出端，通过第四电阻连接第一参考地；运算放大器的供电电源的参考地与第一参考地不同。本实用新型利用采样电阻模块采样电流，将电流信号转化为电压信号；同时，利用三极管的放大特性做采样隔离，电路简单可靠，成本低。
附图说明
图1为本实用新型提供的光伏离网逆变器一实施例的结构框图；
图2为本实用新型提供的隔离型电流采样电路一实施例的电路图；
图3为本实用新型提供的隔离型电流采样电路中，待采样电流值的实际波形和隔离型电流采样电路输出端的电压波形的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
下面通过具体实施例进行说明。本实用新型提供一种光伏离网逆变器，请参阅图1，其包括隔离型电流采样电路10和处理模块20。隔离型电流采样电路10与处理模块20连接。隔离型电流采样电路10用于对蓄电池的充电电流进行采样，并输出采样电压给处理模块20。处理模块20用于根据采样电压换算出充电电流的大小，从而进行后续的逻辑判断和控制动作。该蓄电池可以是光伏离网逆变器的备用电源，以便光伏离网逆变器在电网断电时能正常工作。
图2为光伏离网逆变器的PV充电电流采样电路，即所述隔离型电流采样电路10。图2可知，隔离型电流采样电路10包括：由采样电阻组成的采样电阻模块110，运算放大器Q1，三极管Q2，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3和第四电阻R4。所述隔离型电流采样电路的输入端J为采样电阻模块110的一端，输入待采样电流。本实施例中，待采样电流为流过蓄电池正极(BAT+)的电流。采样电阻模块110的一端连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接三极管Q2的发射极和运算放大器Q1的反相输入端；采样电阻模块110的另一端连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接运算放大器Q1的同相输入端；运算放大器Q1的输出端通过第三电阻R3连接三极管Q2的基极；三极管Q2的集电极为隔离型电流采样电路10的输出端，通过第四电阻R4连接第一参考地GND；运算放大器Q1的供电电源(CHG+、CHG-)的参考地与第一参考地GND不同。光伏离网逆变器选取第一参考地GND为控制参考地。
运算放大器Q1的供电电源与第一参考地GND隔离，起到隔离作用。进一步的，本实施例中，运算放大器Q1的供电电源的参考地为蓄电池的正极BAT+，第一参考地GND为蓄电池的负极BAT-，便于准确的对流过蓄电池的电流进行采样。运算放大器Q1的供电电源为隔离的正负电源，即CHG+6V和CHG-6V，采用正负6V的电压给运算放大器Q1供电。
本实施例中，采样电阻模块110包括多个采样电阻R，多个采样电阻R的一端为隔离型电流采样电路10的输入端J，连接第一电阻R1的一端，多个采样电阻R的另一端连接第二电阻R2的一端。采用多个采用电阻R并联的方式进行电流采用，可分散电流，避免大电流对电阻的损害，也降低了对采样电阻R的要求，减少了成本。本实施例中，采样电阻模块110包括3个采样电阻R。
当然，在其它实施例中，采样电阻模块110可只包括一个采样电阻R；该采样电阻的一端为隔离型电流采样电路10的输入端，连接第一电阻R1的一端，所述采样电阻R的另一端连接第二电阻R2的一端。
三个采样电阻R串入电流回路中，将流过BAT+的电流IBAT+转化为电压信号，分别输出给运算放大器Q1的同相和反相输入端。当电流IBAT+方向如图2中箭头方向时，三极管Q2基极流过电流，即如图所示的Ib，此时三极管Q2导通，并工作在放大区。由此，结合运算放大器Q1的“虚短虚断”原理，如下等式成立：
其中，U为最终的电流采样信号，其为电压信号，输出给处理模块20，换而言之，U为隔离型电流采样电路输出端的电压值。IBAT+为待采样电流的电流值，R1为第一电阻的电阻值，R4为第四电阻的电阻值。RAVG为采样电阻模块的等效电阻的电阻值，本实施例中，R为采样电阻的电阻值。
将公式1进行转化，即可得到：
通过公式2，处理模块20可以通过采样的U，换算出实际的电流值，并做出对应的判断和动作。换而言之，处理模块20用于根据隔离型电流采样电路10输出端的电压值U，根据预设的换算公式计算待采样电流的电流值。该预设的换算公式即为公式2。
三级管Q2的基极电流Ib流入运放Q1的电源地BAT+,三极管Q2的集电极电流Ic流入第一参考地GND，这样做，起到了信号隔离的作用。
如图3所示，示波器测得待采样电流IBAT+的波形为A；隔离型电流采样电路10输出端的电压U的波形为B。取采样电阻阻值R＝1m欧姆，第一电阻的阻值与第二电阻阻值相同，R1＝R2＝100欧姆，第三电阻阻值R3＝47K欧姆，第四电阻阻值R4＝10K欧姆，则按照公式2，两者的关系应该为：U＝0.0333*IBAT+。而示波器测得U的均值为1.1501V，待采样电流值的实际电流值34.508A。根据公式推导出待采样电流值应该为34.537A。处理模块20计算得到的电流值与实际值的偏差仅为0.49A。由此可见，此种采样方式，精度高。
处理模块20可以是中央处理器或者单片机。
请继续参阅图2，隔离型电流采样电路10还包括滤波模块120，采样电阻模块110的另一端连接蓄电池的正极BAT+，并通过滤波模块120连接第一参考地GND。
滤波模块120包括一个或多个滤波电容C，采样电阻模块110的另一端通过一个或多个滤波电容C连接第一参考地GND。本实施例采用四个滤波电容C并联，能更好的滤波。
隔离型电流采样电路10还包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；第一电容C1的一端连接第一电阻R1的另一端，第一电容C1的另一端连接第二电阻R2的另一端；第二电容C2的一端连接三极管Q2的集电极和第四电阻R4的一端，第二电容C2的另一端连接第一参考地GND和第四电阻R4的另一端；第三电容C3的一端连接第四电阻R4的另一端，第三电容C3的另一端连接采样电阻模块110的另一端。通过第一、第二、第三电容进行滤波，便于提高采样精度。
隔离型电流采样电路10还包括第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3；第一二极管D1的负极连接最大电压提供端CHG+，第一二极管D1的正极连接运算放大器Q1的反相输入端；第二二极管D2的正极连接蓄电池的正极BAT+，第二二极管D2的负极连接运算放大器Q1的反相输入端；第三二极管D3的负极连接运算放大器Q1的反相输入端，第三二极管D3的正极连接三极管Q2的基极。第一二极管D1和第二二极管D2设置，使得进入运算放大器Q1反相输入端的电压介于蓄电池的正极电压BAT+和最大电压之间。
综上所述，本实用新型利用电阻采样电流，将电流信号转化为电压信号；同时，利用三极管的放大特性做简单的采样隔离后，在将信号送到CPU。此种方法无需采用电流传感器，可以极大的节约成本。
以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (9)
1.一种隔离型电流采样电路，其特征在于，包括：采样电阻模块，运算放大器，三极管，第一电阻，第二电阻，第三电阻和第四电阻；所述隔离型电流采样电路的输入端为采样电阻模块的一端，输入待采样电流；所述采样电阻模块的一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接三极管的发射极和运算放大器的反相输入端；所述采样电阻模块的另一端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接运算放大器的同相输入端；运算放大器的输出端通过第三电阻连接三极管的基极；三极管的集电极为隔离型电流采样电路的输出端，通过第四电阻连接第一参考地；所述运算放大器的供电电源的参考地与第一参考地不同。
2.如权利要求1所述的隔离型电流采样电路，其特征在于，所述运算放大器的供电电源与第一参考地隔离。
3.如权利要求1或2所述的隔离型电流采样电路，其特征在于，所述运算放大器的供电电源的参考地为蓄电池的正极，所述第一参考地为蓄电池的负极。
4.如权利要求1或2所述的隔离型电流采样电路，其特征在于，采样电阻模块包括采样电阻；所述采样电阻的一端为隔离型电流采样电路的输入端，连接第一电阻的一端，所述采样电阻的另一端连接第二电阻的一端；
或者，采样电阻模块包括多个采样电阻，所述多个采样电阻的一端为隔离型电流采样电路的输入端，连接第一电阻的一端，所述多个采样电阻的另一端连接第二电阻的一端。
5.如权利要求1或2所述的隔离型电流采样电路，其特征在于，隔离型电流采样电路还包括滤波模块，采样电阻模块的另一端连接蓄电池的正极，并通过滤波模块连接第一参考地。
6.如权利要求5所述的隔离型电流采样电路，其特征在于，所述滤波模块包括一个或多个滤波电容，采样电阻模块的另一端通过所述一个或多个滤波电容连接第一参考地。
7.如权利要求1或2所述的隔离型电流采样电路，其特征在于，隔离型电流采样电路还包括第一电容、第二电容和第三电容；第一电容的一端连接第一电阻的另一端，第一电容的另一端连接第二电阻的另一端；第二电容的一端连接三极管的集电极和第四电阻的一端，第二电容的另一端连接第一参考地和第四电阻的另一端；第三电容的一端连接第四电阻的另一端，第三电容的另一端连接采样电阻模块的另一端。
8.如权利要求1或2所述的隔离型电流采样电路，其特征在于，隔离型电流采样电路还包括第一二极管、第二二极管和第三二极管；第一二极管的负极连接最大电压提供端，第一二极管的正极连接运算放大器的反相输入端；第二二极管的正极连接蓄电池的正极，第二二极管的负极连接运算放大器的反相输入端；第三二极管的负极连接运算放大器的反相输入端，第三二极管的正极连接三极管的基极。
9.一种光伏离网逆变器，其特征在于，包括处理模块和如权利要求1-8任意一项所述的隔离型电流采样电路；处理模块用于根据隔离型电流采样电路输出端的电压值，根据预设的换算公式计算待采样电流的电流值。
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| CN113923822A (zh) * | 2021-01-25 | 2022-01-11 | 上海鸣志自动控制设备有限公司 | 一种用于led驱动的输出电流采样电路 |
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