CN217904090U - 一种光伏组件控制器电源路径管理电路 - Google Patents

Abstract

一种光伏组件控制器电源路径管理电路，属于光伏组件电源切换电路技术领域。本实用新型包括第一二极管、第二二极管、MOS管，第一二极管的正负极分别接外部电源和用电系统，第二二极管与MOS管并联，第二二极管的正极与MOS管的漏极接内部电池，第二二极管的负极与MOS管的源极接用电系统，MOS管的栅极接外部电源和地。本实用新型不仅切换速度快，而且能够保证供电电量，同时设计成本低廉。

Description

一种光伏组件控制器电源路径管理电路

技术领域

本实用新型涉及光伏组件电源切换电路技术领域，尤其涉及一种光伏组件控制器电源路径管理电路。

背景技术

目前，在光伏新能源领域，光伏组件的主控制里一般都会有个备用电池，主控器连接多路组件，随时监测各组件的实时运行情况，是整套光伏系统的控制核心，所以必须24小时不间断供电。虽然主控制器有外部电源给其供电，但在遇到外部突然断电或一些不可抗拒因素导致的供电异常时，这时需要内部自备电源及时切换供电，使得整个控制器供电不受影响。

因此，需要将外部电源供电与内部电池供电进行供电路径区分管理，实现优先外部电源供电，当外部电源拔掉时，能立即切换到内部电池供电，不影响外部电源掉电导致系统不稳定；同时在内部电池供电时，一旦外部电源供电恢复，能立即再切换回外部电源供电，避免内部电池一直耗电导致电池没电，整个电源内外切换过程不影响系统供电的稳定性。

现有技术主要有以下三种实现方式：

第一种，如图1所示，采用两个二极管的设计方式，当外部电源和内部电池同时供电时，由于外部电源电压比内部电池高，所以电源优先是从D1流到VCC给系统供电；当外部电源POWER断开，内部电池VBAT会及时通过D2给系统供电，从而不影响系统供电的稳定性。

上述切换方式，切换速度可以满足电源切换要求，但由于二极管自身的导通压降存在，使得当切换到内部电池供电时，流到VCC的电源会变小0.7V，对于外部电池供电时，由于电压较高，电量是外部一直持续供着，损失0.7V不会对系统供电有影响，但内部电池一般是锂电池，电压4.2V，损失0.7V，意味着电池满电时，到系统VCC的电压只有3.5V，这样电池电量降到4.0V以下，系统就无法正常工作了。

第二种，如图2所示，外部电源采用一个二极管给到系统供电，同时内部电源采用两个背靠背MOS的方式给系统供电。当外部电源和内部电池同时供电时，由于外部电源电压比内部电池高，所以电源优先是从D1流到VCC给系统供电；当外部电源POWER断开瞬间，由于MOS管Q1的G极此时是通过R1连外部电源，R2连地，R1、R2分压给到Q1的G极，POWER断开瞬间，Q1的G极电压仍然高于S极电压，此时Q1依然截止，内部电池依然无法通过Q1流过去，当外部电源POWER因断开跌落到一定电压以下，Q1的G极电压小于S极电压，Vgs达到导通电压条件时，此时Q1才导通，内部电源通过Q1流到Q2再流到VCC给系统供电，Q2的目的在内部电池这路上做防倒灌的，防止外部电源POWER通过D1供电时，电源倒灌到内部电池。

上述切换方式，比较好的是，内部电池路径采用的MOS管导通内阻较小，导通压降很小可忽略不计，所以电池的电量基本可以完全供给系统使用，但由于外部电源切换到内部电池时，电池供电路径的Q1导通需要达到一定导通条件，这段时间内使得系统供电有一个下跌过程（5~10ms）再恢复到正常供电状态，虽然不会使得系统因电源跌落导致无法工作，但严重影响了系统供电的稳定性，对于供电要求非常严格的光伏组件控制器，电源切换速度超过1ms都会给整个系统的稳定带来较大的风险。

第三种，如图3所示，直接采用专用电源路径管理芯片的设计，可以实现切换速度和供电电压的双性能保障，不过极大地增加了整个设计成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其不仅切换速度快，而且能够保证供电电量，同时设计成本低廉。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种光伏组件控制器电源路径管理电路，包括第一二极管、第二二极管、MOS管，所述第一二极管的正负极分别接外部电源和用电系统，所述第二二极管与所述MOS管并联，所述第二二极管的正极与所述MOS管的漏极接内部电池，所述第二二极管的负极与所述MOS管的源极接所述用电系统，所述MOS管的栅极接所述外部电源和地。

本实用新型的工作原理：当外部电源和内部电池同时正常供电时，由于外部电源电压高，供电优先走外部电源这路，即通过第一二极管向用电系统供电。

当外部电源断开时，此时内部电池会立即切换至通过第二二极管向用电系统供电，因为此刻MOS管尚未导通；而立即切换到通过第二二极管供电的一小段时间内，供电电量不会产生明显下跌。当MOS管的栅极电压逐渐下降至比源极小时，Vgs达到导通条件，即MOS管导通；并且由于MOS管导通内阻小，导通压降也就小，所以当第二二极管和MOS管同时导通时，电源会优先走压降小的那路，也即内部电池由第二二极管切换到MOS管向用电系统供电，并且该切换动作在内部电池由第二二极管向用电系统供电逐渐稳定后，而产生供电电量明显下跌的情况之前完成；同时，该切换过程是在同一条并联供电路径上完成的，本身不会出现电源下跌情况。

而当外部电源再次供电时，由于外部电源电压较大，自动切换至外部电源通过第一二极管向用电系统供电；同时，MOS管的栅极处电压逐渐大于源极处电压，MOS管关闭。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述MOS管的栅极通过第一电阻接所述外部电源，所述MOS管的栅极通过第二电阻接地。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述内部电池为锂电池。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述内部电池的电压为4.1V-4.6V。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述第一二极管和第二二极管的导通压降为0.7V。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述用电系统正常工作所需最小电压为4.0V。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述外部电源的电压大于4.7V。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述MOS管为PMOS管。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述第一二极管的负极，与第二二极管和MOS管的并联端相接。

作为本实用新型一种优选技术方案，所述第一二极管正极与MOS管的栅极所接的为同一个外部电源。

本实用新型披露的技术方案与现有技术相比具有如下有益效果是：通过二极管和MOS管组合的方式进行电源切换路径管理，根据二极管和MOS管各自的特点，进行了最优化设计，不但使得电源切换速度（小于1ms）能满足光伏组件控制器供电要求，还能提高内部电池电量利用率，避免供电电量的不足，有效保障了两种电源切换供电的可靠性，同时整体设计成本低廉，易于推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术第一种切换方式的电路图；

图2为现有技术第二种切换方式的电路图；

图3为现有技术第三种切换方式的电路图；

图4为本实用新型一种光伏组件控制器电源路径管理电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

如图4所示，一种光伏组件控制器电源路径管理电路，包括第一二极管D1、第二二极管D2、MOS管Q，所述第一二极D1管的正负极分别接外部电源POWER和用电系统，所述第二二极管D2与所述MOS管Q并联，所述第二二极管D2的正极与所述MOS管Q的漏极D接内部电池VBAT，所述第二二极管D2的负极与所述MOS管Q的源极S接所述用电系统，所述MOS管Q的栅极G通过第一电阻R1接所述外部电源POWER，并通过第二电阻R2接地。

其中，所述内部电池VBAT为锂电池，其电压一般为4.2V，而所述用电系统正常工作所需最小电压为4.0V，即一旦输电电路的压降超过0.2V，就会导致用电系统无法正常工作。而二极管D1和D2自身具有0.7V的导通压降，当内部电池VBAT持续通过二极管稳定输电时，用电系统实际接收到的电压仅有3.5V，低于用电系统所需最小电压。当然，由于外部电源的电压较高，至少在4.7V以上，当其持续通过二极管稳定输电时，即使在0.7V的压降作用下，仍能满足用电系统的最小用电电压。

要说明的是，本电路中的MOS管具体为PMOS管，因为PMOS的G极与S极之间的PN结是G到S，是当VG小于VS达到一定电压门限时，VGS导通，就可以使得PMOS的D与S极也导通，从而电流可以从内部电池流过Q给到系统供电。而而如果采用NMOS，根据NMOS导通特性，G极与S极之间的PN结是S到G，VG要大于VS达到一定电压门限时，VGS才导通，而MOS管Q的S极电压是一直存在的，G极只能连外部电源，当外部电源断开时，G电压肯定是降到0的，VG只会小于VS，不可能出现VG大于VS的情况，所以用NMOS的话，MOS管Q是实现不了导通的。

还要说明的是，R1和R2是为了配合MOS管Q的特性而设置的。如果去掉R1，Q的G极直接变成只连接R2到地，那此时G极电压为0V，而S极电压为外部电源通过D1后的电压，此时Q的G极电压小于S极电压，并达到导通电压门限，Q导通，内部电池供电可以走Q传输；由于MOS的导通内阻很小，导致导通压降很小，内部电池供电经Q传输到VCC的电压如果高于外部电源供电经D1传输给VCC的电压的话，系统供电VCC就会变成内部电池供电路径输入的，即便外部电源供电依然存在，因为哪路进来的电压高走哪路，这时就不符合当外部电源存在时由外部电源供电的要求。而如果去掉R2，Q的G极直接变成只连接R1到外部电源，当外部电源断开时，Q的G极相当于悬空，就会导致Q的VGS无法达到开启条件，那整个Q就一直处于不导通状态，内部电池只能经过D2给VCC供电，而由于二极管D2自身存在导通压降，会使得当内部电池下降到一定程度后再经D2传输后的电压无法满足系统供电需求，这样就会使得内部电池部分电量得不到充分应用，降低了内部电池使用时间。

本电路的工作原理如下：

当外部电源POWER和内部电池VBAT同时正常供电时，由于外部电源POWER电压高，供电优先走外部电源这路，即通过第一二极管D1向用电系统供电。并且由于外部电源POWER电压较高，受到第一二极管D1的0.7V导通压降后，供电电压仍然能够满足用电系统的需求。

当外部电源断开时，此时内部电池VBAT会立即切换至通过第二二极管D2向用电系统供电，因为此刻MOS管Q尚未导通，内部电池VBAT仅能通过D2供电。而立即切换到通过第二二极管D2供电的一小段时间内，供电电量不会产生明显下跌。当MOS管Q的栅极G电压逐渐下降至比源极S小时，Vgs达到导通条件，即MOS管Q导通；并且由于MOS管Q导通内阻小，导通压降也就小，所以当第二二极管D2和MOS管Q同时导通时，电源会优先走压降小的那路，也即内部电池VBAT由第二二极管D2切换到MOS管Q向用电系统供电，并且该切换动作在内部电池由D2向用电系统供电逐渐稳定后，而产生供电电量明显下跌的情况之前完成；同时，该切换过程是在同一条并联供电路径上完成的，本身不会出现电源下跌情况。

而当外部电源再次供电时，由于外部电源电压较大，自动切换至外部电源通过D1向用电系统供电；同时，MOS管Q的栅极G处电压逐渐大于源极S处电压，MOS管Q关闭。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，该具体实施方式是基于本实用新型整体构思下的一种实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其特征在于，包括第一二极管、第二二极管、MOS管，所述第一二极管的正负极分别接外部电源和用电系统，所述第二二极管与所述MOS管并联，所述第二二极管的正极与所述MOS管的漏极接内部电池，所述第二二极管的负极与所述MOS管的源极接所述用电系统，所述MOS管的栅极接所述外部电源和地。

2.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其特征在于，所述MOS管的栅极通过第一电阻接所述外部电源，所述MOS管的栅极通过第二电阻接地。

3.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其特征在于，所述内部电池为锂电池。

4.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其特征在于，所述内部电池的电压为4.1V-4.6V。

5.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其特征在于，所述第一二极管和第二二极管的导通压降为0.7V。

6.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其特征在于，所述用电系统正常工作所需最小电压为4.0V。

7.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其特征在于，所述外部电源的电压大于4.7V。

8.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其特征在于，所述MOS管为PMOS管。

9.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其特征在于，所述第一二极管的负极，与第二二极管和MOS管的并联端相接。

10.根据权利要求1所述的一种光伏组件控制器电源路径管理电路，其特征在于，所述第一二极管正极与MOS管的栅极所接的为同一个外部电源。

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