CN214380095U - 太阳能输入防反接电路和太阳能设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种太阳能输入防反接电路和太阳能设备，其中，太阳能输入防反接电路包括电阻分压电路、第一开关电路、第二开关电路、驱动电压产生电路和控制电路，在太阳能充电控制器主电路正接时，控制电路控制驱动电压产生电路输出第二电平信号控制第二开关电路导通，从而输出直流电源，在太阳能充电控制器主电路反接时，第一开关电路导通，使得第二开关电路接收到第一电平信号关断，从而实现防反接保护，采用高端开关结构，节省连接线材，无需设置防反接二极管或者检测电路，降低了损耗和成本。

Description

太阳能输入防反接电路和太阳能设备

技术领域

本实用新型属于太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能输入防反接电路和太阳能设备。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，常通过光伏进行太阳能能量收集以用于发电或者为热水器提供能源，为了提高输出可靠性，在光伏输出端通常需设置防反接电路以保护后端电路或者负载。

一般常见的光伏输入防反接保护电路存在各种问题，例如直接二极管防反接，损耗太大，降低了整机的效率，增加散热设计负担，导致成本反而增加；另有在低端放置mosfet，利用输入电压作为驱动的方案，也有诸多缺点，如不共地会需更多的连接线材而增加施工成本。

因此，现有的防反接保护电路存在损耗高或者成本高的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳能输入防反接电路，旨在解决传统的太阳能输入防反接电路存在的损耗高或者成本高的问题。

本实用新型实施例的第一方面提了一种太阳能输入防反接电路，包括电阻分压电路、第一开关电路、第二开关电路、驱动电压产生电路和控制电路；

所述电阻分压电路的第一端、所述第一开关电路的第一端和所述第二开关电路的第一端共接构成所述太阳能输入防反接电路的正电源输入端，所述电阻分压电路的第二端为所述太阳能输入防反接电路的负电源输入端和负电源输出端，所述电阻分压电路的分压节点与所述第一开关电路的受控端连接，所述第一开关电路的第二端与所述第二开关电路的受控端连接，所述第二开关电路的第二端为所述太阳能输入防反接电路的正电源输出端，所述驱动电压产生电路的信号端分别与所述第二开关电路的第一端和受控端连接，所述驱动电压产生电路还与所述控制电路电性连接；

所述电阻分压电路，用于接入太阳能充电控制器主电路，并在所述太阳能充电控制器主电路正接时，输出第一电压信号至所述第一开关电路，以及在所述太阳能充电控制器主电路反接时输出第二电压信号至所述第一开关电路；

所述第一开关电路，用于当接收到所述第一电压信号时关断，以及当接收到所述第二电压信号时导通，并输出第一电平信号控制所述第二开关电路关断；

所述驱动电压产生电路，用于将所述控制电路输出的PWM信号转换为第二电平信号以控制所述第二开关电路导通。

在一个实施例中，所述电阻分压电路包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端为所述电阻分压电路的第一端，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端共接构成所述电阻分压电路的分压节点，所述第二电阻的第二端为所述电阻分压电路的第二端。

在一个实施例中，所述第一开关电路包括第一电子开关管，所述第一电子开关管的第一端、受控端和第二端分别为所述第一开关电路的第一端、受控端和第二端。

在一个实施例中，所述第二开关电路包括第二电子开关管和第三电阻；

所述第二电子开关管的第一端与所述第三电阻的第一端共接构成所述第二开关电路的第一端，所述第二电子开关管的受控端和所述第三电阻的第二端共接构成所述第二开关电路的受控端，所述第二电子开关管的第二端为所述第二开关电路的第二端。

在一个实施例中，所述电阻分压电路还包括第一电容和第一二极管；

所述第一电容并联在所述第二电阻的两端，所述第二电阻的第二端和所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管D1的阳极为电阻分压电路10的第二端。

在一个实施例中，所述驱动电压产生电路包括依次连接电荷泵电路和整流电路；

所述电荷泵电路，用于将所述PWM信号转换为方波信号并输出至所述整流电路；

所述整流电路，用于将所述方波信号整流转换为第二电平信号并输出至所述第二开关电路。

在一个实施例中，所述电荷泵电路包括电平转换电路和第二电容；

所述电平转换电路，用于将所述PWM信号进行信号放大和信号隔离处理，并输出至所述第二电容；

所述第二电容，用于将信号放大和信号隔离后的所述PWM信号进行电荷转换，并输出所述方波信号至所述整流电路。

在一个实施例中，所述太阳能输入防反接电路还包括开关电源电路；

所述开关电源电路的输入端分别与所述第二开关电路的第二端和所述电阻分压电路的第二端连接，所述开关电源电路的输出端分别为所述太阳能输入防反接电路的输出端；

所述开关电源电路，用于将所述第二开关电路输出的直流电源进行升降压转换并输出。

在一个实施例中，所述太阳能输入防反接电路还包括稳压管、第四电阻和第三电容；

所述稳压管和所述第三电容均并联在所述第二电子开关管的第一端和受控端，所述第四电阻串接在所述第一电子开关管的第二端和所述第二电子开关管的受控端。

本实用新型实施例的第二方面提了一种太阳能设备，太阳能设备包括太阳能充电控制器主电路和如上所述的太阳能输入防反接电路，所述太阳能充电控制器主电路的输出端与所述太阳能输入防反接电路电性连接。

本实用新型实施例通过采用电阻分压电路、第一开关电路、第二开关电路、驱动电压产生电路和控制电路组成太阳能输入防反接电路，在太阳能充电控制器主电路正接时，控制电路控制驱动电压产生电路输出第二电平信号控制第二开关电路导通，从而输出直流电源，在太阳能充电控制器主电路反接时，第一开关电路导通，使得第二开关电路接收到第一电平信号关断，从而实现防反接保护，采用高端开关结构，节省连接线材，无需设置防反接二极管或者检测电路，降低了损耗和成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第二种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第三种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第四种结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第五种结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第六种结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第七种结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的太阳能设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型实施例的第一方面提了一种太阳能输入防反接电路100。

如图1所示，图1为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第一种结构示意图，本实施例中，太阳能输入防反接电路100包括电阻分压电路 10、第一开关电路20、第二开关电路30、驱动电压产生电路40和控制电路50；

电阻分压电路10的第一端、第一开关电路20的第一端和第二开关电路30 的第一端共接构成太阳能输入防反接电路100的正电源输入端PV+，电阻分压电路10的第二端为太阳能输入防反接电路100的负电源输入端PV-和负电源输出端OUT-，电阻分压电路10的分压节点与第一开关电路20的受控端连接，第一开关电路20的第二端与第二开关电路30的受控端连接，第二开关电路30 的第二端为太阳能输入防反接电路100的正电源输出端OUT+，驱动电压产生电路40的信号端分别与第二开关电路30的第一端和受控端连接，驱动电压产生电路40还与控制电路50电性连接；

电阻分压电路10，用于接入太阳能充电控制器主电路200，并在太阳能充电控制器主电路200正接时，输出第一电压信号至第一开关电路20，以及在太阳能充电控制器主电路200反接时输出第二电压信号至第一开关电路20；

第一开关电路20，用于当接收到第一电压信号时关断，以及当接收到第二电压信号时导通，并输出第一电平信号控制第二开关电路30关断；

驱动电压产生电路40将控制电路50输出的PWM信号转换为第二电平信号以控制第二开关电路30导通。

本实施例中，太阳能充电控制器主电路200用于将太阳能转换为直流电源并输出至太阳能输入防反接电路100，第二开关电路30用于对直流电源进行通断控制，电阻分压电路10对直流电源的电压进行分压并输出分压信号，在太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100正接时，电阻分压电路 10的第一端和分压节点输出第一电压信号至第一开关电路20的第一端和受控端，第一开关电路20关断，此时，第二开关电路30的通断状态由驱动电压产生电路40控制。

当太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100反接时，电阻分压电路10的第一端和分压节点输出第二电压信号至第一开关电路20的第一端和受控端，第一开关电路20导通，此时，太阳能输入防反接电路100的正电源输入端PV+的负电压即第一电平信号反馈至第二开关电路30的第一端和受控端，第二开关电路30关断，此时，无论驱动电压产生电路40是否输出PWM 信号，第二开关电路30保持关断状态，从而实现防反接保护，避免反接输出的直流电源对后端负载或者电路造成损坏。

本实施例中，驱动电压产生电路40与控制电路50和第二开关电路30电性连接，在太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100正接时，驱动电压产生电路40用于将PWM信号转换为第二电平信号以控制第二开关电路30导通，在控制电路50无PWM信号时，驱动电压产生电路40则输出第一电平信号控制第二开关电路30关断，从而实现第二开关电路30的通断控制，进而对太阳能充电控制器主电路200输出的直流电源进行通断控制。

电阻分压电路10可由两个分压电阻以及其他元器件构成，第一开关电路 20和第二开关电路30可根据其通断方式选择不同的电子开关管或者开关结构，在一个实施例中，如图2所示，在一个实施例中，电阻分压电路10包括第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第一电阻R1的第一端为所述电阻分压电路10的第一端，所述第一电阻R1的第二端和所述第二电阻R2的第一端共接构成所述电阻分压电路10的分压节点，所述第二电阻R2的第二端为所述电阻分压电路10的第二端。

第一开关电路20包括第一电子开关管Q1，第一电子开关管Q1的第一端、受控端和第二端分别为第一开关电路20的第一端、受控端和第二端。

第二开关电路30包括第二电子开关管Q2和第三电阻R3；

第二电子开关管Q2的第一端与第三电阻R3的第一端共接构成第二开关电路30的第一端，第二电子开关管Q2的受控端和第三电阻R3的第二端共接构成第二开关电路30的受控端，第二电子开关管Q2的第二端为第二开关电路30 的第二端。

本实施例中，当太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100 正接时，第一电阻R1的第一端和第二端的电压差大于零，第一电子开关管Q1 的第一端的电压大于受控端的电压，第一电子开关管Q1关断，第二电子开关管Q2的通断由驱动电压产生电路40控制，当太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100反接时，第一电阻R1的第一端和第二端的电压差小于零，第一电子开关管Q1的第一端的电压小于受控端的电压，第一电子开关管Q1导通，第二电子开关管Q2接收到太阳能输入防反接电路100的正电源输入端PV+的负电压即第一电平信号，第二电子开关管Q2关断，此时，无论驱动电压产生电路40是否输出第二电平信号，第二电子开关管Q2保持关断状态。

根据第一电子开关管Q1和第二电子开关管Q2的通断方式，在一个实施例中，第一电子开关管Q1为NPN三极管，第二电子开关管Q2为NMOS管，其中，NPN三极管的集电极、基极和发射极分别为第一电子开关管Q1的第二端，受控端和第一端，NMOS管的漏极、栅极和源极分别为第二电子开关管Q2的第一端、受控端和第二端。

如图3所示，在一个实施例中，电阻分压电路10还包括第一电容C1 和第一二极管D1；

第一电容C1并联在所述第二电阻R2的两端，第二电阻R2的第二端和第一二极管D1的阴极连接，第一二极管D1的阳极为电阻分压电路10的第二端。

本实施例中，第一二极管D1起到单向导通作用，在太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100正接时，电阻分压电路关断，第一电子开关管Q1的受控端保持高阻态，第一电子开关管Q1保持关断状态，第二开关电路30的通断状态由驱动电压产生电路40控制，在太阳能充电控制器主电路 200与太阳能输入防反接电路100反接时，第一二极管D1导通，第一电阻R1 的第一端和第二端的电压差小于零，第一电子开关管Q1的第一端的电压小于受控端的电压，第一电子开关管Q1导通，第二电子开关管Q2接收到太阳能输入防反接电路100的正电源输入端PV+的负电压即第一电平信号，第二电子开关管Q2关断，此时，无论驱动电压产生电路40是否输出第二电平信号，第二电子开关管Q2保持关断状态。

第一电容C1起到滤波以及防止反接的直流电源的电压突变的作用。

当驱动电压产生电路40独立设置时，驱动电压产生电路40可为信号转换电路，用于将PWM信号转换对应的第二电平信号，信号转换电路的具体结构不限，当驱动电压产生电路40与后端的开关电源电路共用时，驱动电压产生电路40可为具有多个输出端的开关电源电路，驱动电压产生电路40的具体结构可根据需求对应设置，在此不做具体限制。

控制电路50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

其中，为了保证输出的第二电平信号满足第二开关电路30的需求，在一个实施例中，PWM信号的占空比为5％～95％之间的驱动信号，可产生第二开关电路30的驱动信号。

本实用新型实施例通过采用电阻分压电路10、第一开关电路20、第二开关电路30、驱动电压产生电路40和控制电路50组成太阳能输入防反接电路100，在太阳能充电控制器主电路200正接时，控制电路50控制驱动电压产生电路 40输出第二电平信号控制第二开关电路30导通，从而输出直流电源，在太阳能充电控制器主电路200反接时，第一开关电路20导通，使得第二开关电路 30接收到第一电平信号关断，从而实现防反接保护，采用高端开关结构，节省连接线材，无需设置防反接二极管或者检测电路，降低了损耗和电路成本。

如图4所示，在一个实施例中，驱动电压产生电路40包括依次连接电荷泵电路41和整流电路42；

电荷泵电路41，用于将PWM信号转换为方波信号并输出至整流电路42；

整流电路42，用于将方波信号整流转换为第二电平信号并输出至第二开关电路30。

本实施例中，电荷泵电路41根据接收到的PWM信号进行电荷转换和/或电平转换，将充电电荷转换为对应的方波信号，由于方波信号为交流信号，为了实现第二电平信号的输出，通过设置整流电路42进行方波信号与第二电平信号的转换，其中，电荷泵电路41可由电容以及其他信号转换电路构成，如图5 所示，在一个实施例中，电荷泵电路41包括电平转换电路411和第二电容C2；

电平转换电路411，用于将PWM信号进行信号放大和信号隔离处理，并输出至第二电容C2；

第二电容C2，用于将信号放大和信号隔离后的PWM信号进行电荷转换，并输出方波信号至整流电路42。

本实施例中，为了保证输出的第二电平信号达到第二开关电路30的通断条件，设置电平转换电路411将PWM信号进行信号放大，同时，为了避免干扰信号串入导致第二开关电路30异常通断，电平转换电路411还进行信号隔离，电平转换电路411进行电平反相处理，电平转换电路411可采用光耦、三极管放大电路等结构构成，具体结构不限。

第二电容C2起到电荷泵作用，将转换后的PWM信号进行电荷转换，并输出方波信号至整流电路42，进而通过整流电路42输出第二电平信号。

对于不同等级的电压输入，可选择相应耐压的第二电容C2，应用范围广。

整流电路42可采用多个二极管构成，如图6所示，在一个实施例中，整流电路42包括第二二极管D2和第三二极管D3。

如图6所示，在一个实施例中，太阳能输入防反接电路100还包括开关电源电路60；

开关电源电路60的输入端分别与第二开关电路30的第二端和电阻分压电路10的第二端连接，开关电源电路60的输出端分别为太阳能输入防反接电路 100的输出端；

开关电源电路60，用于将第二开关电路30输出的直流电源进行升降压转换并输出。

本实施例中，开关电源电路60仅用于直流电源的升降压转换，并输出满足后端负载或者电路所需电压等级的直流电源，开关电源电路60可为BUCK电路、BOOST电路或者BUCK-BOOST电路等结构，具体结构不限。

为了进一步提高输出的直流电源的稳定性和信号可靠性，如图7所示，在一个实施例中，太阳能输入防反接电路100还包括稳压管D4、第四电阻R4和第三电容C3；

稳压管D4和第三电容C3均并联在第二电子开关管Q2的第一端和受控端，第四电阻R4串接在第一电子开关管Q1的第二端和第二电子开关管Q2的受控端。

本实施例中，稳压管D4用于对输出至第二电子开关管Q2的直流电源进行稳压，第三电容C3用于滤波，第四电阻R4用于对输出至第二电子开关管Q2 的电平信号进行分压限流，从而保证输出至第二电子开关管Q2的直流电源或者电平信号满足第二电子开关管Q2的工作条件。

本实用新型还提出一种太阳能设备，如图8所示，该太阳能设备包括太阳能充电控制器主电路200和太阳能输入防反接电路100，该太阳能输入防反接电路100的具体结构参照上述实施例，由于本太阳能设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，太阳能充电控制器主电路200的输出端与太阳能输入防反接电路100电性连接。

本实施例中，太阳能设备可为太阳能热水器，光伏发电器等结构。

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；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能输入防反接电路，其特征在于，包括电阻分压电路、第一开关电路、第二开关电路、驱动电压产生电路和控制电路；

所述电阻分压电路的第一端、所述第一开关电路的第一端和所述第二开关电路的第一端共接构成所述太阳能输入防反接电路的正电源输入端，所述电阻分压电路的第二端为所述太阳能输入防反接电路的负电源输入端和负电源输出端，所述电阻分压电路的分压节点与所述第一开关电路的受控端连接，所述第一开关电路的第二端与所述第二开关电路的受控端连接，所述第二开关电路的第二端为所述太阳能输入防反接电路的正电源输出端，所述驱动电压产生电路的信号端分别与所述第二开关电路的第一端和受控端连接，所述驱动电压产生电路还与所述控制电路电性连接；

所述电阻分压电路，用于接入太阳能充电控制器主电路，并在所述太阳能充电控制器主电路正接时，输出第一电压信号至所述第一开关电路，以及在所述太阳能充电控制器主电路反接时输出第二电压信号至所述第一开关电路；

所述第一开关电路，用于当接收到所述第一电压信号时关断，以及当接收到所述第二电压信号时导通，并输出第一电平信号控制所述第二开关电路关断；

所述驱动电压产生电路，用于将所述控制电路输出的PWM信号转换为第二电平信号以控制所述第二开关电路导通。

2.如权利要求1所述的太阳能输入防反接电路，其特征在于，所述电阻分压电路包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端为所述电阻分压电路的第一端，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端共接构成所述电阻分压电路的分压节点，所述第二电阻的第二端为所述电阻分压电路的第二端。

3.如权利要求2所述的太阳能输入防反接电路，其特征在于，所述第一开关电路包括第一电子开关管，所述第一电子开关管的第一端、受控端和第二端分别为所述第一开关电路的第一端、受控端和第二端。

4.如权利要求3所述的太阳能输入防反接电路，其特征在于，所述第二开关电路包括第二电子开关管和第三电阻；

所述第二电子开关管的第一端与所述第三电阻的第一端共接构成所述第二开关电路的第一端，所述第二电子开关管的受控端和所述第三电阻的第二端共接构成所述第二开关电路的受控端，所述第二电子开关管的第二端为所述第二开关电路的第二端。

5.如权利要求2所述的太阳能输入防反接电路，其特征在于，所述电阻分压电路还包括第一电容和第一二极管；

所述第一电容并联在所述第二电阻的两端，所述第二电阻的第二端和所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管D1的阳极为电阻分压电路10的第二端。

6.如权利要求1所述的太阳能输入防反接电路，其特征在于，所述驱动电压产生电路包括依次连接电荷泵电路和整流电路；

所述电荷泵电路，用于将所述PWM信号转换为方波信号并输出至所述整流电路；

所述整流电路，用于将所述方波信号整流转换为第二电平信号并输出至所述第二开关电路。

7.如权利要求6所述的太阳能输入防反接电路，其特征在于，所述电荷泵电路包括电平转换电路和第二电容；

所述电平转换电路，用于将所述PWM信号进行信号放大和信号隔离处理，并输出至所述第二电容；

所述第二电容，用于将信号放大和信号隔离后的所述PWM信号进行电荷转换，并输出所述方波信号至所述整流电路。

8.如权利要求6所述的太阳能输入防反接电路，其特征在于，所述太阳能输入防反接电路还包括开关电源电路；

所述开关电源电路的输入端分别与所述第二开关电路的第二端和所述电阻分压电路的第二端连接，所述开关电源电路的输出端分别为所述太阳能输入防反接电路的输出端；

所述开关电源电路，用于将所述第二开关电路输出的直流电源进行升降压转换并输出。

9.如权利要求4所述的太阳能输入防反接电路，其特征在于，所述太阳能输入防反接电路还包括稳压管、第四电阻和第三电容；

所述稳压管和所述第三电容均并联在所述第二电子开关管的第一端和受控端，所述第四电阻串接在所述第一电子开关管的第二端和所述第二电子开关管的受控端。

10.一种太阳能设备，其特征在于，包括太阳能充电控制器主电路和如权利要求1～9任一项所述的太阳能输入防反接电路，所述太阳能充电控制器主电路的输出端与所述太阳能输入防反接电路电性连接。

Images