CN211908735U - 一种防负压电路、pid电源以及防pid电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种防负压电路、PID电源以及防PID电路。该防负压电路设置于PID电源的输出侧两极之间，其具体包括：二极管或者可控晶体管；二极管和可控晶体管的导通条件是PID电源的输出侧两极承受负电压，也即，该防负压电路在PID电源的输出侧两极之间承受负压时导通。又由于PID电源的输出侧正极与光伏组串的负极相连和PID电源的输出侧负极通过电流电阻接地，所以在防负压电路导通时，可以将光伏组串的负极与地连通，对光伏组串的负极进行泄放，因此解决了现有技术中PID电源因其输出侧两极承受较大负电压而遭受破坏的问题。

Description

一种防负压电路、PID电源以及防PID电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种防负压电路、PID电源以及防PID电路。

背景技术

目前，在光伏发电过程中，是由光伏电池板将光能转换为电能以供人类在生活和生产中使用。不过，由于光伏电池板的本身特性，会在光伏电池板上存在PID(PotentialInduced Degradation，电势诱导衰减)效应，损坏其工作性能，所以需要对此效应进行防止处理。

现有技术中通常采用如图1所示的防PID电路对光伏组串进行PID效应防止处理。该防PID电路具体包括：PID电源10和限流电阻Rt，由于PID电源10 的输出侧正极与光伏组串的负极相连，且PID电源10的输出侧负极通过限流电阻Rt接地，所以利用PID电源可以将光伏组串的负极相对于地的电压进行抬升，从而防止光伏组串中的光伏电池板发生PID效应。

但是，当PID电源10停止输出时，其输出侧两极需要承受负电压，而当此负电压较大时，PID电源10内部用于滤波的电解电容将会遭到破坏，因此现有技术存在因PID电源10的输出侧两极承受较大负电压而导致自身遭受破坏的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种防负压电路、PID电源以及防PID电路，以解决现有技术中PID电源因其输出侧两极承受较大负电压而遭受破坏的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面提供一种防负压电路，所述防负压电路设置于防PID电路中PID电源的输出侧两极之间，所述防负压电路，包括：二极管或者可控晶体管；其中：

所述二极管反并联于所述PID电源的输出侧两极之间；

所述可控晶体管的导通条件是所述PID电源的输出侧两极承受负电压。

可选的，所述防负压电路包括二极管时，所述防负压电路还包括另外至少一个二极管；

各个所述二极管依次同向串联组成串联支路，所述串联支路的阳极连接于所述PID电源的输出侧负极，所述串联支路的阴极连接于所述PID电源的输出侧正极。

可选的，所述二极管为硅二极管或者锗二极管。

可选的，所述防负压电路包括可控晶体管时，所述防负压电路还包括另外至少一个可控晶体管；

各个所述可控晶体管依次同向串联组成串联支路，所述串联支路的输入端连接于所述PID电源的输出侧负极，所述串联支路的输出端连接于所述PID 电源的输出侧正极；

所述可控晶体管的控制端接收的控制信号，是在所述PID电源的输出侧两极承受负电压时控制自身导通的信号。

可选的，所述可控晶体管为三极管、MOS管或者IGBT。

本申请第二方面提供一种PID电源，包括：电能变换电路和如本申请第一方面任一项所述的防负压电路；其中：

所述电能变换电路的输入侧，作为所述PID电源的输入侧，与供电电源的两极相连；

所述电能变换电路的输出侧正极作为所述PID电源的输出侧正极；

所述电能变换电路的输出侧负极作为所述PID电源的输出侧负极；

所述防负压电路设置于所述电能变换电路的输出侧两极之间。

可选的，所述供电电源为交流电源，且所述电能变换电路包括：ACDC 开关电源和DCDC变换电路；其中：

所述ACDC开关电源的交流侧作为所述电能变换电路的输入侧；

所述ACDC开关电源的直流侧与所述DCDC变换电路的输入侧相连；

所述DCDC变换电路输出侧的正极作为所述电能变换电路的输出侧正极；

所述DCDC变换电路输出侧的负极作为所述电能变换电路的输出侧负极；

所述ACDC开关电源的各个控制端和所述DCDC变换电路的各个控制端分别作为所述电能变换电路的各个控制端。

可选的，所述ACDC开关电源的拓扑结构为反激拓扑、正激拓扑或者推挽拓扑；

所述DCDC变换电路的拓扑结构为BOOST拓扑、BUCK拓扑或者 BOOST-BUCK拓扑。

可选的，所述电能变换电路的各个控制端均与光伏逆变系统中相应光伏逆变器的内部控制器或者所述光伏逆变系统的系统控制器通信连接，当所述防负压电路包括至少一个可控晶体管时，全部所述可控晶体管的控制端均与相应光伏逆变器的内部控制器或者所述系统控制器通信连接；

或者，

所述PID电源还包括：控制器；其中：

所述电能变换电路的各个控制端均与所述控制器通信连接，当所述防负压电路包括至少一个可控晶体管时，全部所述可控晶体管的控制端均与所述控制器通信连接，所述控制器还与相应光伏逆变器中的内部控制器或者所述系统控制器通信连接。

本申请第三方面提供一种防PID电路，包括：限流电阻和如本申请第二方面任一项所述的PID电源；其中：

所述PID电源的输出侧正极与对应光伏组串的负极相连；

所述PID电源的输出侧负极通过所述限流电阻接地。

由上述技术方案可知，本申请提供了一种防负压电路，该防负压电路设置于防PID电路中PID电源的输出侧两极之间，其具体包括：二极管或者可控晶体管；由于二极管和可控晶体管的导通条件为PID电源的输出侧两极之间承受负电压，所以该防负压电路在PID电源的输出侧两极之间承受负压时导通。又由于PID电源的输出侧正极与光伏组串的负极相连和PID电源的输出侧负极通过电流电阻接地，所以在防负压电路导通时，可以将光伏组串的负极与地连通，对光伏组串的负极进行泄放，从而可以将PID电源的输出侧两极之间的电压钳位在安全范围，因此解决了现有技术中PID电源因其输出侧两极承受较大负电压而遭受破坏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种防PID电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的防负压电路与现有技术中防PID电路的连接示意图；

图3a、图3b、图4a和图4b分别为本申请实施例提供的防负压电路的四种实施方式与现有技术中防PID电路的连接示意图；

图5为本申请实施例提供的防PID电路的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的反激拓扑电路的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的BOOST拓扑电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1所示，鉴于光伏组串20内光伏电池板的本身特性，在不采取任何措施的情况下，光伏组串20通常会发生PID效应，为了防止在光伏组串20上发生的PID效应，现有技术提供一种如图1所示的防PID电路100，其具体包括：PID 电源10和限流电阻Rt。

在防PID电路100中，PID电源10的输出侧正极与光伏组串20的负极相连，而PID电源10的输出侧负极通过限流电阻Rt接地。

需要说明的是，在实际应用中，光伏组串20的正极与地之间以及光伏组串20的负极与地之间均存在虚拟绝缘电阻，如图1所示，分别记为R1和R2；另外，限流电阻Rt用于限制光伏组串20负极到地之间通路的电流，避免该通路上的电流过大而引发电力事故；还有，光伏组串20通常由至少一个光伏电池板串联组成。

在防PID电路100的正常工作中，PID电源10向光伏组串20的负极施加正电压，以将光伏组串20的负极相对于地的电压进行抬升，从而防止在光伏组串 20中各个光伏电池板上发生PID效应。

但是，当PID电源10不工作时，由于光伏组串20的负极相对于地存在虚拟绝缘电阻R1，所以光伏组串20的负极上存在相对于地的负电压，因此PID电源 10在自身停止输出时需要承受此负电压；而当此负电压较大时，即超过电PID 源10能够承受负电压的极限时，PID电源10遭受破坏并因此引发严重的电力事故，所以现有技术中存在因PID电源10承受较大负电压而遭受破坏的问题。

为了解决现有技术中PID电源10因承受较大负电压而遭受破坏的问题，本申请实施例提供一种如图2所示的防负压电路200，防负压电路200的输出端与防PID电路100中PID电源10的输出侧正极以及光伏组串20的负极相连，防负压电路200的输入端与防PID电路100中PID电源10的输出侧负极以及限流电阻Rt的非接地端相连；而防负压电路200的具体结构包括：二极管Z(如图3a所示)，或者，可控晶体管Q(如图3b所示)。

其中，若防负压电路200包括一个二极管Z，则该二极管Z反并联于PID 电源10的输出侧两极之间；若防负压电路200包括一个可控晶体管Q，则该可控晶体管Q的导通条件是PID电源10的输出侧两极承受负电压。

在实际应用过程中，当PID电源10有输出时，PID电源10向光伏组串 20的负极施加正电压，以防止在光伏组串20上发生PID效应；此时，二极管 Z或者可控晶体管Q截止，即不会将光伏组串20的负极与限流电阻Rt的非接地端连通。

而当PID电源10停止输出时，由于光伏组串20负极存在对地的虚拟绝缘电阻R1，所以此时PID电源10的输出侧两极需要承受负电压；而此时达到了二极管Z和可控晶体管Q的导通条件，使防负压电路200导通，将PID 电源10的输出侧两极连通，即将光伏组串20的负极与限流电阻Rt的非接地端连通，再通过限流电阻Rt便可实现光伏组串20负极与地之间的连通，即可以对光伏组串20负极的负压进行泄放，从而可以将PID电源10的输出侧两极之间的电压钳位在安全范围，因此解决了现有技术中PID电源10因承受较大负电压而遭受破坏的问题。

值得说明的是，在现有技术中也存在一种避免防PID电路中PID电源10 因承受较大负电压而遭受破坏的方案，其具体解决方式是将PID电源10内部通常采用的铝电解质电容换成无极性膜电容，以此提高PID电源10内部电容承受负电压的能力，从而达到保护PID电源10的目的。但是该方案无疑会导致电路成本的增高，而与此解决方法相比，本申请提供的防负压电路200仅需工艺成熟且价格低廉的二极管Z或者可控晶体管Q即可实现对于PID电源 10的保护，电路结构简单、可靠，而且不需要将PID电源10内部的电容替换为价格昂贵的无极性膜电容，因此，本申请提供的防负压电路的成本更低，便于推广。

需要说明的是，上述实施例中，将PID电源10的输出侧两极之间的电压钳位在安全范围，该安全范围是由PID电源10内部的电解电容所能承受的最大负电压决定的，在实际应用中，可结合实际情况和实际需求对防负压电路 200内具体器件构成进行设置，进而实现对于该安全范围的设定。

本申请另一实施例第一方面提供防负压电路200的一种具体实施方式，如图3a和图4a所示，即其具体结构包括：至少一个二极管Z。

在防负压电路200的此实施方式中，若二极管Z的个数为一个，则如图 3a所示，二极管Z的阳极连接于PID电源10的输出侧负极，二极管Z的阴极连接于PID电源10的输出侧正极；若二极管Z的个数大于1，则如图4a 所示，各个二极管Z依次同向串联组成串联支路，而串联支路的阳极连接于 PID电源10的输出侧负极，串联支路的阴极连接于PID电源10的输出侧正极。

可选的，二极管Z可以为硅二极管，也可以为锗二极管，此处不做具体限定，可视具体应用情况进行选取，均在本申请的保护范围内。

在防负压电路200的工作过程中，当防负压电路200截止时，全部二极管Z均未导通；当防负压电路200导通时，全部二极管Z均导通；其中，每个二极管Z均导通时自身的导通压降之和即为PID电源10的输出侧两极之间的钳位电压；比如，以防负压电路200由一个硅二极管实现为例，此时，该硅二极管可以将PID电源10的输出侧两极之间的电压钳位在0.7V以下，满足电解电容的负压承受范围要求。

需要说明的是，二极管Z的数量是由PID电源10的输出侧两极之间承受负电压的安全范围和二极管Z的种类决定的，即在实际应用中，可以根据PID 电源10的输出侧两极之间承受负电压的安全范围和各个二极管Z导通时自身的导通压降计算出二极管Z的数量。

本申请另一实施例第二方面提供防负压电路200的另一种具体实施方式，如图3b和图4b所示，即其具体结构包括：至少一个可控晶体管Q。

在防负压电路200的此实施方式中，若可控晶体管Q的个数为一个，则如图3b所示，可控晶体管Q的输入端连接于PID电源10的输出侧负极，可控晶体管Q的输出端连接于PID电源10的输出侧正极；若可控晶体管Q的个数大于1，则如图4b所示，各个可控晶体管Q依次同向串联组成串联支路，串联支路的输入端连接于PID电源10的输出侧负极，串联支路的输出端连接于PID电源10的输出侧正极。

其中，可控晶体管Q的控制端接收的控制信号是在PID电源10的输出侧两极承受负电压时控制自身导通的信号。

可选的，可控晶体管Q可以为三极管、也可以为MOS管，还可以为IGBT，此处不做具体限定，可视具体应用情况进行选取，均在本申请的保护范围内。

在防负压电路200的工作过程中，当防负压电路200截止时，全部可控晶体管Q均关断；当防负压电路200导通时，全部可控晶体管Q均导通；其中，每个可控晶体管Q均导通时自身的导通压降之和即为PID电源10的输出侧两极之间的钳位电压。

需要说明的是，可控晶体管Q的数量是由PID电源10的输出侧两极之间承受负电压的安全范围和可控晶体管Q导通时自身的导通压降决定的，即在实际应用中，可以根据PID电源10的输出侧两极之间承受负电压的安全范围和各个可控晶体管Q导通时自身的导通压降来计算出可控晶体管Q的数量。

其他能够实现上一实施例中钳位功能的防负压电路200的实现方式不在此处一一赘述，但均在本申请的保护范围内。

本申请另一实施例第一方面提供一种如图5所示的PID电源300，其具体结构包括：电能变换电路30和上述实施例提供的防负压电路200。

在PID电源300中，电能变换电路30的输入侧作为PID电源300的输入侧，与供电电源的两极相连；电能变换电路30输出侧的正极作为PID电源300 的输出侧正极，电能变换电路30输出侧的负极作为PID电源300的输出侧负极，防负压电路200设置于电能变换电路30输出侧两极之间；其中，在实际应用中，供电电源通常选择交流电源。

具体而言，电能变换电路30的各个控制端均与光伏逆变器中相应光伏逆变器中的内部控制器或者光伏逆变系统的系统控制器通信连接，当防负压电路200包括至少一个可控晶体管Q时，全部可控晶体管Q的控制端均与光伏逆变系统中相应光伏逆变器的内部控制器或者光伏逆变系统的系统控制器通信连接；或者，PID电源300还包括：控制器(未进行图示)；其中：电能变换电路30的各个控制端均与控制器通信连接，当防负压电路200包括至少一个可控晶体管Q时，全部可控晶体管Q的控制端均与控制器通信连接，控制器还与光伏逆变系统中的相应光伏逆变器中的内部控制器或者光伏逆变系统中的系统控制器通信连接；两种实施方式可视具体情况而定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，由于PID电源300包括防负压电路200，所以即使PID 电源300在停止输出时，也可以避免自身输出侧两极之间承受较大的负电压，使自身的电力安全得到保证。

本实施例第二方面提供电能变换电路30的一种具体实施方式，其具体结构如图5所示，包括：ACDC开关电源31和DCDC变换电路32。

在电能变换电路30中，ACDC开关电源31的交流侧作为电能变换电路30的输入侧，ACDC开关电源31的直流侧与DCDC变换电路32的输入侧相连，DCDC变换电路32输出侧的正极作为电能变换电路30的输出侧正极， DCDC变换电路32的输出侧负极作为电能变换电路30的输出侧负极。

ACDC开关电源31的各个控制端和DCDC变换电路32的各个控制端分别作为电能变换电路30的各个控制端。

可选的，ACDC开关电源31的拓扑结构可以为反激拓扑，如图6所示，也可以为正激拓扑(未进行图示)，还可以为推挽拓扑(未进行图示)，可视具体情况进行选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

可选的，DCDC变换电路32的拓扑结构可以为BOOST拓扑，如图7所示，也可以为BUCK拓扑(未进行图示)，还可以为BOOST-BUCK拓扑(未进行图示)，可视具体情况进行选择，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，由上述说明可知，电能变换电路30中的ACDC开关电源 31和DCDC变换电路32可以采用更多的拓扑结构，因此使电能变换电路30 拓扑结构的可选择性扩大。

本申请另一实施例提供一种如图5所示的防PID电路400，其具体结构包括：限流电阻Rt、上述实施例提供的PID电源300。

在该防PID电路400中，PID电源300的输出侧正极与光伏组串20的负极相连，PID电源300的输出侧负极通过限流电阻Rt接地。

需要说明的是，本实施例中的限流电阻Rt的作用与现有技术相同，也可参见上述说明，此处不再赘述；并且，与现有技术相同，在光伏组串20的正极与地之间和在光伏组串20的负极与地之间均存在虚拟绝缘电阻，分别记为 R1和R2。

另外，还需要说明的是，本实施例提供的防PID电路400由于其内部的 PID电源300包括防负压电路200，所以即使防PID电路400在停止输出时，也可以避免自身输出侧两极之间承受较大的负电压，使自身的电力安全得到保证。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种防负压电路，其特征在于，所述防负压电路设置于防PID电路中PID电源的输出侧两极之间，所述防负压电路，包括：二极管或者可控晶体管；其中：

所述二极管反并联于所述PID电源的输出侧两极之间；

所述可控晶体管的导通条件是所述PID电源的输出侧两极承受负电压。

2.根据权利要求1所述的防负压电路，其特征在于，所述防负压电路包括二极管时，所述防负压电路还包括另外至少一个二极管；

各个所述二极管依次同向串联组成串联支路，所述串联支路的阳极连接于所述PID电源的输出侧负极，所述串联支路的阴极连接于所述PID电源的输出侧正极。

3.根据权利要求1或2所述的防负压电路，其特征在于，所述二极管为硅二极管或者锗二极管。

4.根据权利要求1所述的防负压电路，其特征在于，所述防负压电路包括可控晶体管时，所述防负压电路还包括另外至少一个可控晶体管；

各个所述可控晶体管依次同向串联组成串联支路，所述串联支路的输入端连接于所述PID电源的输出侧负极，所述串联支路的输出端连接于所述PID电源的输出侧正极；

所述可控晶体管的控制端接收的控制信号，是在所述PID电源的输出侧两极承受负电压时控制自身导通的信号。

5.根据权利要求1或4所述的防负压电路，其特征在于，所述可控晶体管为三极管、MOS管或者IGBT。

6.一种PID电源，其特征在于，包括：电能变换电路和如权利要求1-5任一项所述的防负压电路；其中：

所述电能变换电路的输入侧，作为所述PID电源的输入侧，与供电电源的两极相连；

所述电能变换电路的输出侧正极作为所述PID电源的输出侧正极；

所述电能变换电路的输出侧负极作为所述PID电源的输出侧负极；

所述防负压电路设置于所述电能变换电路的输出侧两极之间。

7.根据权利要求6所述的PID电源，其特征在于，所述供电电源为交流电源，且所述电能变换电路包括：ACDC开关电源和DCDC变换电路；其中：

所述ACDC开关电源的交流侧作为所述电能变换电路的输入侧；

所述ACDC开关电源的直流侧与所述DCDC变换电路的输入侧相连；

所述DCDC变换电路输出侧的正极作为所述电能变换电路的输出侧正极；

所述DCDC变换电路输出侧的负极作为所述电能变换电路的输出侧负极；

所述ACDC开关电源的各个控制端和所述DCDC变换电路的各个控制端分别作为所述电能变换电路的各个控制端。

8.根据权利要求7所述的PID电源，其特征在于，所述ACDC开关电源的拓扑结构为反激拓扑、正激拓扑或者推挽拓扑；

所述DCDC变换电路的拓扑结构为BOOST拓扑、BUCK拓扑或者BOOST-BUCK拓扑。

9.根据权利要求6-8任一项所述的PID电源，其特征在于，所述电能变换电路的各个控制端均与光伏逆变系统中相应光伏逆变器的内部控制器或者所述光伏逆变系统的系统控制器通信连接，当所述防负压电路包括至少一个可控晶体管时，全部所述可控晶体管的控制端均与相应光伏逆变器的内部控制器或者所述系统控制器通信连接；

或者，

所述PID电源还包括：控制器；其中：

所述电能变换电路的各个控制端均与所述控制器通信连接，当所述防负压电路包括至少一个可控晶体管时，全部所述可控晶体管的控制端均与所述控制器通信连接，所述控制器还与相应光伏逆变器中的内部控制器或者所述系统控制器通信连接。

10.一种防PID电路，其特征在于，包括：限流电阻和如权利要求6-9任一项所述的PID电源；其中：

所述PID电源的输出侧正极与对应光伏组串的负极相连；

所述PID电源的输出侧负极通过所述限流电阻接地。

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