CN212435389U - 一种光伏控制器的电池反接保护电路及光伏控制器 - Google Patents
一种光伏控制器的电池反接保护电路及光伏控制器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及电池充电保护技术领域，具体涉及一种光伏控制器的电池反接保护电路及光伏控制器。该电池反接保护电路包括电池正极连接端、电池负极连接端、功率开关管、第一开关驱动单元和开关驱动限制单元，电池正极连接端与光伏充电模块的正极输出端连接；功率开关管的源极连接至光伏充电模块的负极输出端，其漏极连接至电池负极连接端；第一开关驱动单元与功率开关管的栅极连接，控制功率开关管的导通或截止；开关驱动限制单元设于电池正极连接端和电池负极连接端之间，且与功率开关管的栅极连接；开关驱动限制单元在电池反接时工作，拉低功率开关管的栅极的驱动电压信号，以使功率开关管截止。本实用新型能解决操作失误故障，降低安全隐患。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池充电保护技术领域，具体涉及一种光伏控制器的电池反接保护电路及光伏控制器。
背景技术
随着传统能源煤炭、石油、天然气等不可再生能源的减少，能源危机和环境污染问题日益严重，无污染新能源的开发和有效利用成了一个急需解决的问题，作为新能源之一的光伏发电应用得到了各级政府、高校科研院所、企业的大力重视。
光伏发电已经成为光伏新能源利用的一个重要部分，其中光伏控制器是整个系统的核心，它的可靠性决定整个系统稳定性。
在光伏控制器的实际应用中，各种现场施工人员并非专业电工，将电池极性接反的情况不可避免，电池的极性接反又未能及时发现将会导致光伏控制器或电池的连接线烧毁，甚至引发更为严重的火灾，存在安全隐患。
现有的光伏控制器设置有电池反接保护电路，其电路示意图如图1所示，该电路由电阻R100，R200，二极管D100及功率开关管Q100组成，电池的极性连接正确时，功率开关管Q100导通，反接时功率开关管Q100断开，从而达到防电池反接的作用。但是，应用该电路时，如果先将光伏接入，当光伏控制器的光伏充电模块已经正常输出充电电压后，功率开关管Q100导通，此时再反接接入蓄电池，将直接损坏功率开关管Q100以及其他相关器件。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光伏控制器的电池反接保护电路及光伏控制器，解决现有光伏控制器的电池反接保护电路容易失效，导致器件损坏，存在安全隐患的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光伏控制器的电池反接保护电路，光伏控制器包括光伏充电模块，所述电池反接保护电路包括电池正极连接端、电池负极连接端、功率开关管、第一开关驱动单元和开关驱动限制单元，其中，
所述电池正极连接端与光伏充电模块的正极输出端连接；
所述功率开关管，串联于光伏充电模块的负极输出端与电池负极连接端之间，且其源极连接至光伏充电模块的负极输出端，其漏极连接至电池负极连接端；
所述第一开关驱动单元与功率开关管的栅极连接，输出驱动电压信号至功率开关管的栅极，控制功率开关管的导通或截止；
所述开关驱动限制单元设于电池正极连接端和电池负极连接端之间，且与功率开关管的栅极连接；
所述开关驱动限制单元在电池反接时工作，拉低功率开关管的栅极的驱动电压信号，以使功率开关管截止。
本实用新型的更进一步优选方案是：所述开关驱动限制单元包括设于电池正极连接端和电池负极连接端之间的第二开关驱动单元，以及依次串联的第一三极管、第一二极管和第二三极管，所述第一三极管的基极与第二开关驱动单元连接，其集电极与第一二极管的正极连接，其发射极与电池负极连接端连接，所述第二三极管的基极与第一二极管的负极连接，其集电极与功率开关管的栅极连接，其发射极与光伏充电模块的负极输出端连接。
本实用新型的更进一步优选方案是：所述第二开关驱动单元包括设于电池负极连接端和电池正极连接端之间且依次串联的第一电阻、第二电阻和第二二极管，所述第一电阻与第二电阻的连接节点连接至第一三极管的基极，所述第一电阻的另一端连接至电池负极连接端，所述第二电阻的另一端连接至第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接至电池正极连接端。
本实用新型的更进一步优选方案是：所述电池反接保护电路还包括与第一三极管的集电极连接且用于反馈电池反接信号的反馈单元。
本实用新型的更进一步优选方案是：所述反馈单元包括第三三极管、第三电阻、第三开关驱动单元和电源，所述第三开关驱动单元设于第一三极管的基极与第三三极管的基极之间，所述第三三极管的集电极连接至第三电阻的一端，发射极连接至光伏充电模块的负极输出端，所述第三电阻的另一端连接至电源。
本实用新型的更进一步优选方案是：所述第三开关驱动单元包括串联的第四电阻和第五电阻，所述第四电阻和第五电阻的连接节点连接至第三三极管的基极，所述第四电阻的另一端连接至第一三极管的集电极，所述第五电阻的另一端连接至光伏充电模块的负极输出端。
本实用新型的更进一步优选方案是：所述第一开关驱动单元包括串联的第六电阻和第七电阻，所述第六电阻和第七电阻的连接节点连接至功率开关管的栅极，所述第六电阻的另一端连接至外部控制单元且接收外部控制电压信号，所述第七电阻的另一端连接至光伏充电模块的负极输出端。
本实用新型的更进一步优选方案是：所述第一开关驱动单元还包括与第七电阻并联的稳压管，所述稳压管的负极连接至功率开关管的栅极，正极连接至光伏充电模块的负极输出端。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光伏控制器，包括光伏充电模块、控制单元和如上述任一所述的光伏控制器的电池反接保护电路，所述光伏充电模块的正极输出端连接至所述电池反接保护电路的电池正极连接端，所述光伏充电模块的负极输出端连接至功率开关管的源极，所述控制单元与所述电池反接保护电路的第一开关驱动单元连接，并提供控制电压信号至第一开关驱动单元，通过第一开关驱动单元输出驱动电压信号至功率开关管的栅极，控制功率开关管的导通或截止。
本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，通过设置开关驱动限制单元，与功率开关管的栅极连接，开关驱动限制单元在电池反接时工作，拉低功率开关管的栅极的驱动电压信号，以使功率开关管截止，断开光伏充电模块的负极输出端与电池负极连接端的连接，无论是光伏先接入还是电池先反接接入，电池反接后均可通过开关驱动限制单元使功率开关管处于截止状态，起到电池反接保护的作用，解决操作失误带来的故障，降低安全隐患，保护相关器件，降低维护成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是现有的光伏控制器的电池反接保护电路的电路示意图；
图2是本实用新型的光伏控制器的电池反接保护电路的结构框图；
图3是本实用新型的光伏控制器的电池反接保护电路的电路示意图；
图4是本实用新型的光伏控制器的结构框图。
具体实施方式
现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。
如图2所示，本实用新型提供一种光伏控制器的电池反接保护电路300的优选实施例。
所述光伏控制器包括光伏充电模块100，光伏通过光伏充电模块100输出电压经电池反接保护电路300给电池充电。
参考图2，所述电池反接保护电路300包括电池正极连接端10、电池负极连接端20、功率开关管30(Q1)、第一开关驱动单元40和开关驱动限制单元50，其中，所述电池正极连接端10与光伏充电模块100的正极输出端101连接；所述功率开关管30(Q1)，串联于光伏充电模块100的负极输出端102与电池负极连接端20之间，且其源极连接至光伏充电模块100的负极输出端102，其漏极连接至电池负极连接端20；所述第一开关驱动单元40与功率开关管30(Q1)的栅极连接，输出驱动电压信号至功率开关管30(Q1)的栅极，控制功率开关管30(Q1)的导通或截止；所述开关驱动限制单元50设于电池正极连接端10和电池负极连接端20之间，且与功率开关管30(Q1)的栅极连接；所述开关驱动限制单元50在电池反接时工作，拉低功率开关管30(Q1)的栅极的驱动电压信号，以使功率开关管30(Q1)截止。通过在电池正极连接端10和电池负极连接端20之间设置开关驱动限制单元50，开关驱动限制单元50连接至功率开关管30(Q1)的栅极，电池反接时，开关驱动限制单元50工作，拉低功率开关管30(Q1)的栅极的驱动电压信号，以使功率开关管30(Q1)截止，断开光伏充电模块100的负极输出端102与电池负极连接端20的连接，无论是光伏先接入还是电池先反接接入，电池反接后均可通过开关驱动限制单元50使功率开关管30(Q1)处于截止状态，起到电池反接保护的作用，解决操作失误带来的故障，降低安全隐患，保护相关器件，降低维护成本。
参考图3，在本实施例中，所述开关驱动限制单元50包括设于电池正极连接端10和电池负极连接端20之间的第二开关驱动单元，以及依次串联的第一三极管Q2、第一二极管D1和第二三极管Q3，所述第一三极管Q2的基极与第二开关驱动单元连接，其集电极与第一二极管D1的正极连接，其发射极与电池负极连接端20连接，所述第二三极管Q3的基极与第一二极管D1的负极连接，其集电极与功率开关管30(Q1)的栅极连接，其发射极与光伏充电模块100的负极输出端102连接。当电池反接时，第二开关驱动单元工作，驱动第一三极管Q2导通，第一二极管D1和第二三极管Q3工作，第二三极管Q3集电极连接功率开关的栅极，将功率开关管30(Q1)栅极的驱动电压信号拉低至功率开关管30(Q1)的启门限电压(功率开关管30(Q1)的栅极与源极之间的开启电压)以下，使功率开关管30(Q1)断开，处于截止状态，光伏充电模块100的正极输出端101和负极输出端102无法输出电压至电池正极连接端10和电池负极连接端20。所述开关驱动限制单元50还可包括电阻R8，电阻R8的一端连接至第一三极管Q2的集电极，另一端连接至第一二极管D1的正极。该开关驱动限制单元50中的第一三极管Q2采用三极管，第二三极管Q3采用三极管。
其中，所述第二开关驱动单元包括设于电池负极连接端20和电池正极连接端10之间且依次串联的第一电阻R1、第二电阻R2和第二二极管D2，所述第一电阻R1与第二电阻R2的连接节点连接至第一三极管Q2的基极，所述第一电阻R1的另一端连接至电池负极连接端20，所述第二电阻R2的另一端连接至第二二极管D2的正极，所述第二二极管D2的负极连接至电池正极连接端10。当电池反接时，第二二极管D2正向偏置导通，第一三极管Q2的基极获得电流导通，第二二极管D2和第二三极管Q3导通，将功率开关管30(Q1)栅极的驱动电压信号拉低至启门限电压以下，使功率开关管30(Q1)处于截止状态，即使先将光伏接至光伏充电模块100，电池反接接入，功率开关管30(Q1)也会处于截止状态。
在本实施例中，参考图2和图3，所述电池反接保护电路300还包括与第一三极管Q2的集电极连接且用于反馈电池反接信号BAT-REV的反馈单元60。当电池反接时，第一三极管Q2导通，与第一三极管Q2的集电极连接的反馈单元60工作，将电池反接信号BAT-REV反馈至外部控制单元200，外部控制单元200可控制第一开关驱动单元40不输出驱动电压信号至功率开关管30(Q1)的栅极，降低损耗。
具体地，参考图3，所述反馈单元60包括第三三极管Q4、第三电阻R3、第三开关驱动单元和电源，所述第三开关驱动单元设于第一三极管Q2的基极与第三三极管Q4的基极之间，所述第三三极管Q4的集电极连接至第三电阻R3的一端，发射极连接至光伏充电模块100的负极输出端102，所述第三电阻R3的另一端连接至电源，且可将第三三极管Q4的集电极连接至外部控制单元200，将电池反接信号BAT-REV反馈至外部控制单元200该电源可采用3.3V的电源。
其中的第三开关驱动单元包括串联的第四电阻R4和第五电阻R5，所述第四电阻R4和第五电阻R5的连接节点连接至第三三极管Q4的基极，所述第四电阻R4的另一端连接至第一三极管Q2的集电极，所述第五电阻R5的另一端连接至光伏充电模块100的负极输出端102。当电池反接接入时，第一三极管Q2的基极获得电流导通，经第四电阻R4和第五电阻R5，第三三极管Q4的基极获得电流，第三三极管Q4开启，反馈电池反接信号BAT-REV至外部控制单元200，外部控制单元200可控制第一开关驱动单元40不输出驱动电压信号至功率开关管30(Q1)的栅极。
参考图3，本实施例中，所述第一开关驱动单元40包括串联的第六电阻R6和第七电阻R7，所述第六电阻R6和第七电阻R7的连接节点连接至功率开关管30(Q1)的栅极，所述第六电阻R6的另一端连接至外部控制单元200且接收外部控制电压信号Vg-Ctrl，所述第七电阻R7的另一端连接至光伏充电模块100的负极输出端102。串联的第六电阻R6和第七电阻R7实现将外部控制单元200输出的控制电压信号Vg-Ctrl分压，由第七电阻R7分得的驱动电压信号驱动功率开关管30(Q1)导通，使光伏充电模块100的负极输出端102和电池负极连接端20形成充电回路，对电池进行充电。
进一步地，所述第一开关驱动单元40还包括与第七电阻R7并联的稳压管D3，所述稳压管D3的负极连接至功率开关管30(Q1)的栅极，正极连接至光伏充电模块100的负极输出端102。稳压管D3的设置能保护功率开关管30(Q1)，防止其被电路中的高电流击穿。
参考图4，本实用新型还提供一种光伏控制器的优选实施例。
所述光伏控制器包括光伏充电模块100、控制单元200和如上述所述的光伏控制器的电池反接保护电路300，所述光伏充电模块100的正极输出端101连接至所述电池反接保护电路300的电池正极连接端10，所述光伏充电模块100的负极输出端102连接至功率开关管30(Q1)的源极，所述控制单元200与所述电池反接保护电路300的第一开关驱动单元40连接，并提供控制电压信号Vg-Ctrl至第一开关驱动单元40，通过第一开关驱动单元40输出驱动电压信号至功率开关管30(Q1)的栅极，控制功率开关管30(Q1)的导通或截止。光伏控制器的电池反接保护电路300中，通过设置开关驱动限制单元50，与功率开关管30(Q1)的栅极连接，开关驱动限制单元50电池反接时工作，拉低功率开关管30(Q1)的栅极的驱动电压信号，以使功率开关管30(Q1)截止，断开光伏充电模块100的负极输出端102与电池负极连接端20的连接，无论是光伏先接入还是电池先反接接入，电池反接后均可通过开关驱动限制单元50使功率开关管30(Q1)处于截止状态，起到电池反接保护的作用，解决操作失误带来的故障，降低安全隐患，保护相关器件，降低维护成本。
本实施例中的光伏控制器的具体工作原理如下：
在光伏未连接至光伏充电模块100的情况下，电池以正确的极性连接至电池正极连接端10和电池负极连接端20时，第二二极管D2反向偏置，第一三极管Q2、第一二极管D1和第二三极管Q3不导通，功率开关管30(Q1)的体二极管构成回路，光伏接入，控制单元200检测电池是否在设定范围内，若是，控制输出控制电压信号Vg-Ctrl至第一开关驱动单元40，降低回路损耗，第一开关驱动单元40输出驱动电压信号至功率开关管30(Q1)的栅极，驱动功率开关管30(Q1)导通，使光伏充电模块100的负极输出端102与电池负极连接端20接通，对电池进行充电；当电池以相反的极性连接至电池正极连接端10和电池负极连接端20时，第二二极管D2正向偏置，第一三极管Q2的基极获得电流，第一三极管Q2、第一二极管D1和第二三极管Q3导通，功率开关管30(Q1)处于截止状态，光伏充电模块100的负极输出端102与电池负极连接端20处于断开状态，起反接保护作用。
在光伏先连接至光伏充电模块100的情况下，控制单元200正常输出控制电压信号Vg-Ctrl至第一开关驱动单元40，第一开关驱动单元40输出驱动电压信号至功率开关管30(Q1)的栅极，电池以正确的极性连接至电池正极连接端10和电池负极连接端20时，第二二极管D2反向偏置，第一三极管Q2、第一二极管D1和第二三极管Q3不导通，控制单元200通过第一开关驱动单元40驱动功率开关管30(Q1)导通，使光伏充电模块100的负极输出端102与电池负极连接端20接通，对电池进行充电；当电池以相反的极性连接至电池正极连接端10和电池负极连接端20时，第二二极管D2正向偏置，第一三极管Q2的基极获得电流，第一三极管Q2、第一二极管D1和第二三极管Q3导通，功率开关管30(Q1)的栅极与源极之间的电压被拉低至启门限电压以下，功率开关管30(Q1)断开，同时，因第一三极管Q2、第一二极管D1和第二三极管Q3导通，反馈单元60中的第三三极管Q4开启将电池反接信号BAT-REV反馈至控制单元200，控制单元200控制停止提供控制电压信号Vg-Ctrl至第一开关驱动单元40，光伏充电模块100的负极输出端102与电池正极连接端10亦处于断开状态，不对电池进行充电。
另外，在光伏连接至光伏充电模块100，电池以正确的极性连接至电池正极连接端10和电池负极连接端20的情况下，光伏控制器正常工作，此时，将电池移除，控制单元200无法检测到电池，电池再以相反的极性接入时，第二二极管D2正向偏置，第一三极管Q2的基极获得电流，第一三极管Q2、第一二极管D1和第二三极管Q3导通，功率开关管30(Q1)的栅极与源极之间的电压迅速被拉低至启门限电压以下，功率开关管30(Q1)断开，光伏充电模块100的负极输出端102与电池负极连接端20断开，亦可达到保护相关器件的作用，同时，因第一三极管Q2、第一二极管D1和第二三极管Q3导通，第三三极管Q4开启，反馈电池反接信号BAT-REV至控制单元200，控制单元200控制停止提供控制电压信号Vg-Ctrl至第一开关驱动单元40，降低功耗，等待故障解除后恢复光伏对电池进行充电。
本实用新型光伏控制器中的电池反接保护电路300能在上述各种情况下电池反接时，对相关器件起保护作用，解决操作失误带来的故障，降低安全隐患，且极大程度上减少售后成本，提高产品竞争力。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种光伏控制器的电池反接保护电路，光伏控制器包括光伏充电模块，其特征在于，所述电池反接保护电路包括电池正极连接端、电池负极连接端、功率开关管、第一开关驱动单元和开关驱动限制单元，其中，
所述电池正极连接端与光伏充电模块的正极输出端连接；
所述功率开关管，串联于光伏充电模块的负极输出端与电池负极连接端之间，且其源极连接至光伏充电模块的负极输出端，其漏极连接至电池负极连接端；
所述第一开关驱动单元与功率开关管的栅极连接，输出驱动电压信号至功率开关管的栅极，控制功率开关管的导通或截止；
所述开关驱动限制单元设于电池正极连接端和电池负极连接端之间，且与功率开关管的栅极连接；
所述开关驱动限制单元在电池反接时工作，拉低功率开关管的栅极的驱动电压信号，以使功率开关管截止。
2.根据权利要求1所述的电池反接保护电路，其特征在于，所述开关驱动限制单元包括设于电池正极连接端和电池负极连接端之间的第二开关驱动单元，以及依次串联的第一三极管、第一二极管和第二三极管，所述第一三极管的基极与第二开关驱动单元连接，其集电极与第一二极管的正极连接，其发射极与电池负极连接端连接，所述第二三极管的基极与第一二极管的负极连接，其集电极与功率开关管的栅极连接，其发射极与光伏充电模块的负极输出端连接。
3.根据权利要求2所述的电池反接保护电路，其特征在于，所述第二开关驱动单元包括设于电池负极连接端和电池正极连接端之间且依次串联的第一电阻、第二电阻和第二二极管，所述第一电阻与第二电阻的连接节点连接至第一三极管的基极，所述第一电阻的另一端连接至电池负极连接端，所述第二电阻的另一端连接至第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接至电池正极连接端。
4.根据权利要求2所述的电池反接保护电路，其特征在于，所述电池反接保护电路还包括与第一三极管的集电极连接且用于反馈电池反接信号的反馈单元。
5.根据权利要求4所述的电池反接保护电路，其特征在于，所述反馈单元包括第三三极管、第三电阻、第三开关驱动单元和电源，所述第三开关驱动单元设于第一三极管的基极与第三三极管的基极之间，所述第三三极管的集电极连接至第三电阻的一端，发射极连接至光伏充电模块的负极输出端，所述第三电阻的另一端连接至电源。
6.根据权利要求5所述的电池反接保护电路，其特征在于，所述第三开关驱动单元包括串联的第四电阻和第五电阻，所述第四电阻和第五电阻的连接节点连接至第三三极管的基极，所述第四电阻的另一端连接至第一三极管的集电极，所述第五电阻的另一端连接至光伏充电模块的负极输出端。
7.根据权利要求1所述的电池反接保护电路，其特征在于，所述第一开关驱动单元包括串联的第六电阻和第七电阻，所述第六电阻和第七电阻的连接节点连接至功率开关管的栅极，所述第六电阻的另一端连接至外部控制单元且接收外部控制电压信号，所述第七电阻的另一端连接至光伏充电模块的负极输出端。
8.根据权利要求7所述的电池反接保护电路，其特征在于，所述第一开关驱动单元还包括与第七电阻并联的稳压管，所述稳压管的负极连接至功率开关管的栅极，正极连接至光伏充电模块的负极输出端。
9.一种光伏控制器，其特征在于，包括光伏充电模块、控制单元和如权利要求1-8任一所述的光伏控制器的电池反接保护电路，所述光伏充电模块的正极输出端连接至所述电池反接保护电路的电池正极连接端，所述光伏充电模块的负极输出端连接至功率开关管的源极，所述控制单元与所述电池反接保护电路的第一开关驱动单元连接，并提供控制电压信号至第一开关驱动单元，通过第一开关驱动单元输出驱动电压信号至功率开关管的栅极，控制功率开关管的导通或截止。
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| CN202021071017.3U Active CN212435389U (zh) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | 一种光伏控制器的电池反接保护电路及光伏控制器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113113678A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-13 | 东莞新能安科技有限公司 | 一种单线通信电路及电池管理系统、电池包与用电装置 |
| CN117118032A (zh) * | 2023-09-13 | 2023-11-24 | 深圳市极测科技有限公司 | 电池防反接电路及电池防反接系统 |
-
2020
- 2020-06-11 CN CN202021071017.3U patent/CN212435389U/zh active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113113678A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-13 | 东莞新能安科技有限公司 | 一种单线通信电路及电池管理系统、电池包与用电装置 |
| CN117118032A (zh) * | 2023-09-13 | 2023-11-24 | 深圳市极测科技有限公司 | 电池防反接电路及电池防反接系统 |
| CN117118032B (zh) * | 2023-09-13 | 2024-05-14 | 深圳市极测科技有限公司 | 电池防反接电路及电池防反接系统 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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