CN219304717U - 一种低输入低损耗的逆变电路及储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及储能供电设备技术领域，提供一种低输入低损耗的逆变电路及储能系统，包括与电池组连接的低压控制模块和变压器，以及与变压器连接的开关驱动模块和恒压输出模块，开关驱动模块的控制端与低压控制模块连接。其中低压控制模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和电源管理芯片；电源管理芯片的电源端通过电阻R1与电池组连接、还通过电容C1接地，使能端通过电阻R2与开关信号输入端连接、还通过电阻R3接地，控制端与开关驱动模块的控制端连接；电容C2与电阻R3并联；通过低压供电，兼容8V以下电压的电池组供电，降低电路损耗，避免电池包的电能消耗过快，进而提高电池包的续航能力。

Description

一种低输入低损耗的逆变电路及储能系统

技术领域

本实用新型涉及储能供电设备技术领域，尤其涉及一种低输入低损耗的逆变电路及储能系统。

背景技术

电能既是一种经济、实用、清洁且容易控制和转换的能源形态，又是电力部门向电力用户提供，由发、供、用三方共同保证质量的一种特殊产品。被广泛应用在各个领域，是科学技术发展、经济飞跃的主要动力。电能在我们的生活中起到重大的作用。如何合理、可靠的利用电能是人们一直关注的问题。

在现有储能系统中的逆变电路，参见图1，其工作时是依次通过电池组、大功率变压器、辅助电源为后面的控制电路进行供电，即现有的辅助电源电路与大功率变压器T1连接。然而，此种供电方式必须使大功率变压器工作，因此在待机的过程中，大功率变压器及其周围电路的损耗过大，从而导致电池组的电能消耗过快，进而使得电池组的续航能力变差。

发明内容

本实用新型提供一种低输入低损耗的逆变电路及储能系统，解决了现有的逆变电路采用大功率变压器为辅助电源供电，但大功率变压器损耗过大致使电池组的电能消耗过快、续航能力变差的技术问题。

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种低输入低损耗的逆变电路，包括与电池组连接的低压控制模块和变压器，以及与所述变压器连接的开关驱动模块和恒压输出模块，所述开关驱动模块的控制端与所述低压控制模块连接；

所述低压控制模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和电源管理芯片；所述电源管理芯片的电源端通过电阻R1与电池组连接、还通过电容C1接地，使能端通过电阻R2与开关信号输入端连接、还通过电阻R3接地，控制端与所述开关驱动模块的控制端连接；电容C2与电阻R3并联。

本基础方案基于传统逆变电路高压供电的高待机能耗，将辅助电源电路直接接入电池组，同时采用低压供电芯片作为辅助电源电路的管理芯片并直接与电池组连接，利用低开启电压的电源管理芯片控制电池电压隔离转换为稳定的低压直流，为后面的开关驱动电路等其他功能电路供电，通过低压供电，兼容8V以下电压的电池组供电，降低电路损耗，避免电池包的电能消耗过快，进而提高电池包的续航能力。

在进一步的实施方案中，所述开关驱动模块包括第一开关管、电阻R4、电阻R5和电阻R6；当所述第一开关管为N沟道MOS管时，所述第一开关管的栅极与所述低压控制模块的控制端连接，源极通过电阻R6接地，漏极与所述变压器初级绕组的同名端连接；电阻R5的两端分别与所述第一开关管的栅极、源极连接；电阻R4的一端与所述第一开关管的源极连接，另一端与所述低压控制模块连接。

本方案采用MOS管组件开关驱动模块，适应大电流的电源输出，同时通过电源管理芯片的信号控制，实现对电源输出导通/关断的控制。

在进一步的实施方案中，本实用新型还包括与所述初级绕组并联的尖峰吸收模块，所述尖峰吸收模块一端与电池组连接，另一端与所述开关驱动模块连接；

所述尖峰吸收模块包括电容C3、电容C4、电阻R7、电阻R8和第一二极管，所述电容C3的一端通过所述电阻R7与所述电池组连接，另一端接地；所述第一二极管的正极接入所述开关驱动模块与所述初级绕组之间，负极接入所述电容C3与所述电阻R7之间；电阻R8的一端接入所述电容C3和电阻R7之间，另一端通过所述电容C4接入所述开关驱动模块与所述初级绕组的同名端之间。

本方案基于变压器漏感产生的尖峰电压，一方面设置串联的电容C4、电阻R8，在开关驱动模块刚关断时且第一二极管未导通前，吸收上升状态的突变电压，如此使得开关驱动模块上的突变电压上升趋势减缓；另一方面，设置与电池组电容C3，在第一二极管导通时，尖峰电压经过第一二极管向电容C3充电，一方面对开关驱动模块与变压器连接端上的高压高频衰减谐振进行抑制；另一方面，在电容C3充满电时，通过电阻R7向电池包进行充电，实现电能回收，通过降低开关管损耗以及提高电池组供电效率，进而改善电源或储能电路系统的EMC特性并提高电路的稳定性。

所述变压器包括初级绕组和第一次级绕组、第二次级绕组；

在进一步的实施方案中，所述恒压输出模块与所述第一次级绕组连接，包括电阻R9、电容C5、电容C6和第二二极管；所述第二二极管的正极与所述第一次级绕组的同名端连接，负极与恒压输出端连接；电阻R9的一端与所述第一次级绕组的同名端连接，另一端通过电容C5与恒压输出端连接；电容C6的正极与所述第二二极管的负极连接，负极接地。

本方案在变压器之后，设置与第二二极管并联的电阻R9、电容C5，结合电容C6的滤波作用，可输出稳定可靠的恒压电源。

在进一步的实施方案中，本实用新型还包括与所述第二次级绕组连接的辅助输出单元，所述辅助输出单元包括第三二极管、电容C7、电容C8、电阻R11和电阻R12，所述第三二极管的正极与所述第二次级绕组的同名端连接，负极与辅助输出端连接；电阻R11的一端与所述第二次级绕组的同名端连接，另一端通过电容C7与辅助输出端连接；电容C8的正极与所述第二二极管的负极连接，负极接地；电阻R12与电容C8并联。

本方案根据实际的储能系统工作需求，增设与第二次级绕组的辅助输出单元，同步输出恒压电源到驱动电路、MCU电路等功能电路进行供电，满足储能系统的自身工作需求。

在进一步的实施方案中，本实用新型还包括反馈模块，所述反馈模块的输入端与恒压输出端连接，输出端与所述低压控制模块的反馈脚连接；

所述反馈模块包括电阻R13、电阻R14、电阻R15；电阻R13的一端与所述恒压输出端连接，另一端通过电阻R14接地；电阻R15的一端与所述低压控制模块的电源端连接，另一端接入低压控制模块的反馈脚；所述低压控制模块的反馈脚还接入电阻R13与电阻R14之间。

本方案在恒压输出模块的恒压输出端接入反馈模块，利用分压电阻将电源输出实时反馈至低压控制模块的反馈脚，进而实现对电源输出的实时监测、调整。

在进一步的实施方案中，本实用新型还包括短路保护模块，所述短路保护模块串联在所述开关驱动模块与所述低压控制模块之间，包括第四二极管和电阻R16，所述第四二极管的正极与所述开关驱动模块连接、负极与所述低压控制模块连接；电阻R16与所述第四二极管并联。

本方案利用了二极管具有很强的耐冲击电流能力和钳位的特性，在出现输出短路时，电阻R16两端的电压会被钳位在预定范围左右，多余的电流通过第三二极管，进而有效保护电阻R16不被损坏。

在进一步的实施方案中，本实用新型还包括滤波电路，所述滤波电路包括滤波电容C9，所述滤波电容C9的正极与电池组连接、负极接地。

本方案在电池组的输出端，接入滤波电容降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出。

本实用新型还提供一种储能系统，包括BMS电池管理模块、储能装置和逆变器，所述储能装置包括至少一个电池包，所述逆变器包括上述的一种低开关损耗的电源电路。

本方案针对现有的储能系统因尖峰电压导致能耗过高问题，将其逆变电路进行优化，改进得到低开关损耗的电源电路，从而可进一步提高储能系统的能源利用率，且提高储能系统的稳定性，适用性更高。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的现有的推挽电路示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种低输入低损耗的逆变电路的硬件电路图；

其中：变压器T1，电源管理芯片U1，第一开关管Q1，第一二极管D1～第四二极管D4，电阻R1～电阻R17，电容C1～电容C10。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本实用新型的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制，因为在不脱离本实用新型精神和范围基础上，可以对本实用新型进行许多改变。

实施例1

本实用新型实施例提供的一种低输入低损耗的逆变电路，如图2所示，在本实施例中，包括与电池组连接的低压控制模块和变压器T1，以及与变压器T1连接的开关驱动模块和恒压输出模块，开关驱动模块的控制端与低压控制模块连接；

低压控制模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和电源管理芯片U1；电源管理芯片U1的电源端通过电阻R1与电池组连接、还通过电容C1接地，使能端通过电阻R2与开关信号输入端连接、还通过电阻R3接地，控制端与开关驱动模块的控制端连接；电容C2与电阻R3并联。

还包括与电阻R17和电容C10，电阻R17的一端与电池组连接，另一端与电源管理芯片U1的CS引脚(用于电流检测、电流取样、电流反馈)连接、还通过电容C10接地。

在本实施例中，电源管理芯片U1采用低开启电压的控制芯片，包括但不限于型号为SY7711的电源管理芯片。

在本实施例中，开关驱动模块包括第一开关管、电阻R4、电阻R5和电阻R6；当第一开关管为N沟道MOS管时，第一开关管的栅极与低压控制模块的控制端连接，源极通过电阻R6接地，漏极与变压器T1初级绕组T1B的同名端连接；电阻R5的两端分别与第一开关管的栅极、源极连接；电阻R4的一端与第一开关管的源极连接，另一端与电源管理芯片U1的CS引脚连接。

在本实施例中，开关信号输入端ON/OFF用于接收来自主控芯片给的开关信号或者按键开关给信号。

本实施例采用MOS管组件开关驱动模块，适应大电流的电源输出，同时通过电源管理芯片U1的信号控制，实现对电源输出导通/关断的控制。

在本实施例中，本实用新型还包括与初级绕组T1B并联的尖峰吸收模块，尖峰吸收模块一端与电池组连接，另一端与开关驱动模块连接；

尖峰吸收模块包括电容C3、电容C4、电阻R7、电阻R8和第一二极管D1，电容C3的一端通过电阻R7与电池组连接，另一端接地；第一二极管D1的正极接入开关驱动模块与初级绕组T1B之间，负极接入电容C3与电阻R7之间；电阻R8的一端接入电容C3和电阻R7之间，另一端通过电容C4接入开关驱动模块与初级绕组T1B的同名端之间。

具体的，尖峰吸收模块的工作原理如下：

在MOS管的D极(漏极)设置电容C3及电阻R7，当MOS管关断时，因变压器T1T1存在漏感，MOS管的D极电压呈突变上升状态，当突变尖峰电压上升至输入电压加输出电压反射至初级侧的电压值时，第一二极管D1将导通；

此时，突变的尖峰电压会经第一二极管D1向电容C3进行充电，使得MOS管关断后的D极的高压高频衰减谐振被抑制到很低的状态，而当电容C3充满的时候，则会通过电阻R7向电池组充电，达到电能回收的作用。

电容C4和电阻R8串联后和第一二极管D1并联，使得当MOS管关断后其D极电压呈突变上升状态时，在第一二极管D1未导通前，此突变电压可以经电容C4和电阻R8给电容C3充电，当突变电压上升至使第一二极管D1导通后，第一二极管D1和电容C4并联一起给电容C3充电，使得MOS管的D极电压上升趋势减缓，从而使得MOS管的关断损耗能够降低。

本实施例基于变压器T1漏感产生的尖峰电压，一方面设置串联的电容C4、电阻R8，在开关驱动模块刚关断时且第一二极管D1未导通前，吸收上升状态的突变电压，如此使得开关驱动模块上的突变电压上升趋势减缓；另一方面，设置与电池组电容C3，在第一二极管D1导通时，尖峰电压经过第一二极管D1向电容C3充电，一方面对开关驱动模块与变压器T1连接端上的高压高频衰减谐振进行抑制；另一方面，在电容C3充满电时，通过电阻R7向电池包进行充电，实现电能回收，通过降低开关管损耗以及提高电池组供电效率，进而改善电源或储能电路系统的EMC特性并提高电路的稳定性。

变压器T1包括初级绕组T1B和第一次级绕组T1A、第二次级绕组T1C；

在本实施例中，恒压输出模块与第一次级绕组T1A连接，包括电阻R9、电容C5、电容C6和第二二极管D2；第二二极管D2的正极与第一次级绕组T1A的同名端连接，负极与恒压输出端V1连接；电阻R9的一端与第一次级绕组T1A的同名端连接，另一端通过电容C5与恒压输出端V1连接；电容C6的正极与第二二极管D2的负极连接，负极接地。

本实施例在变压器T1之后，设置与第二二极管D2并联的电阻R9、电容C5，结合电容C6的滤波作用，可输出稳定可靠的恒压电源。

在本实施例中，本实用新型还包括与第二次级绕组T1C连接的辅助输出单元，辅助输出单元包括第三二极管D3、电容C7、电容C8、电阻R11和电阻R12，第三二极管D3的正极与第二次级绕组T1C的同名端连接，负极与辅助输出端V2连接；电阻R11的一端与第二次级绕组T1C的同名端连接，另一端通过电容C7与辅助输出端V2连接；电容C8的正极与第二二极管D2的负极连接，负极接地；电阻R12与电容C8并联。

本实施例根据实际的储能系统工作需求，增设与第二次级绕组T1C的辅助输出单元，同步输出恒压电源到驱动电路、MCU电路等功能电路进行供电，满足储能系统的自身工作需求。

在本实施例中，本实用新型还包括反馈模块，反馈模块的输入端Vo1与恒压输出端V1连接，输出端与低压控制模块的反馈脚连接；

反馈模块包括电阻R13、电阻R14、电阻R15；电阻R13的一端与恒压输出端V1连接，另一端通过电阻R14接地；电阻R15的一端与低压控制模块的电源端连接，另一端接入低压控制模块的反馈脚；低压控制模块的反馈脚还接入电阻R13与电阻R14之间。

本实施例在恒压输出模块的恒压输出端V1接入反馈模块，利用分压电阻将电源输出实时反馈至低压控制模块的反馈脚，进而实现对电源输出的实时监测、调整。

在本实施例中，本实用新型还包括短路保护模块，短路保护模块串联在开关驱动模块与低压控制模块之间，包括第四二极管D4和电阻R16，第四二极管D4的正极与开关驱动模块连接、负极与低压控制模块连接；电阻R16与第四二极管D4并联。

本实施例利用了二极管具有很强的耐冲击电流能力和钳位的特性，在出现输出短路时，电阻R16两端的电压会被钳位在预定范围左右，多余的电流通过第三二极管D3，进而有效保护电阻R16不被损坏。

在本实施例中，本实用新型还包括滤波电路，滤波电路包括滤波电容C9，滤波电容C9的正极与电池组连接、负极接地。

本实施例在电池组的输出端，接入滤波电容降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出。

本实用新型实施例基于传统逆变电路高压供电的高待机能耗，将辅助电源电路直接接入电池组，同时采用低压供电芯片作为辅助电源电路的管理芯片并直接与电池组连接，利用低开启电压的电源管理芯片U1控制电池电压隔离转换为稳定的低压直流，为后面的开关驱动电路等其他功能电路供电，通过低压供电，兼容8V以下电压的电池组供电，降低电路损耗，避免电池包的电能消耗过快，进而提高电池包的续航能力。

实施例2

本实用新型实施例还提供一种储能系统，包括BMS电池管理模块、储能装置和逆变器，储能装置包括至少一个电池包，逆变器包括上述实施例1提供的一种低开关损耗的电源电路。

本实施例针对现有的储能系统因尖峰电压导致能耗过高问题，将其逆变电路进行优化，改进得到低开关损耗的电源电路，从而可进一步提高储能系统的能源利用率，且提高储能系统的稳定性，适用性更高。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低输入低损耗的逆变电路，其特征在于：包括与电池组连接的低压控制模块和变压器，以及与所述变压器连接的开关驱动模块和恒压输出模块，所述开关驱动模块的控制端与所述低压控制模块连接；

所述低压控制模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2和电源管理芯片；所述电源管理芯片的电源端通过电阻R1与电池组连接、还通过电容C1接地，使能端通过电阻R2与开关信号输入端连接、还通过电阻R3接地，控制端与所述开关驱动模块的控制端连接；电容C2与电阻R3并联。

2.如权利要求1所述的一种低输入低损耗的逆变电路，其特征在于：所述开关驱动模块包括第一开关管、电阻R4、电阻R5和电阻R6；当所述第一开关管为N沟道MOS管时，所述第一开关管的栅极与所述低压控制模块的控制端连接，源极通过电阻R6接地，漏极与所述变压器初级绕组的同名端连接；电阻R5的两端分别与所述第一开关管的栅极、源极连接；电阻R4的一端与所述第一开关管的源极连接，另一端与所述低压控制模块连接。

3.如权利要求2所述的一种低输入低损耗的逆变电路，其特征在于：还包括与所述初级绕组并联的尖峰吸收模块，所述尖峰吸收模块一端与电池组连接，另一端与所述开关驱动模块连接；

所述尖峰吸收模块包括电容C3、电容C4、电阻R7、电阻R8和第一二极管，所述电容C3的一端通过所述电阻R7与所述电池组连接，另一端接地；所述第一二极管的正极接入所述开关驱动模块与所述初级绕组之间，负极接入所述电容C3与所述电阻R7之间；电阻R8的一端接入所述电容C3和电阻R7之间，另一端通过所述电容C4接入所述开关驱动模块与所述初级绕组的同名端之间。

4.如权利要求1所述的一种低输入低损耗的逆变电路，其特征在于：所述变压器包括初级绕组和第一次级绕组、第二次级绕组；

所述恒压输出模块与所述第一次级绕组连接，包括电阻R9、电容C5、电容C6和第二二极管；所述第二二极管的正极与所述第一次级绕组的同名端连接，负极与恒压输出端连接；电阻R9的一端与所述第一次级绕组的同名端连接，另一端通过电容C5与恒压输出端连接；电容C6的正极与所述第二二极管的负极连接，负极接地。

5.如权利要求4所述的一种低输入低损耗的逆变电路，其特征在于：还包括与所述第二次级绕组连接的辅助输出单元，所述辅助输出单元包括第三二极管、电容C7、电容C8、电阻R11和电阻R12，所述第三二极管的正极与所述第二次级绕组的同名端连接，负极与辅助输出端连接；电阻R11的一端与所述第二次级绕组的同名端连接，另一端通过电容C7与辅助输出端连接；电容C8的正极与所述第二二极管的负极连接，负极接地；电阻R12与电容C8并联。

6.如权利要求4所述的一种低输入低损耗的逆变电路，其特征在于：还包括反馈模块，所述反馈模块的输入端与恒压输出端连接，输出端与所述低压控制模块的反馈脚连接；

所述反馈模块包括电阻R13、电阻R14、电阻R15；电阻R13的一端与所述恒压输出端连接，另一端通过电阻R14接地；电阻R15的一端与所述低压控制模块的电源端连接，另一端接入低压控制模块的反馈脚；所述低压控制模块的反馈脚还接入电阻R13与电阻R14之间。

7.如权利要求1所述的一种低输入低损耗的逆变电路，其特征在于：还包括短路保护模块，所述短路保护模块串联在所述开关驱动模块与所述低压控制模块之间，包括第四二极管和电阻R16，所述第四二极管的正极与所述开关驱动模块连接、负极与所述低压控制模块连接；电阻R16与所述第四二极管并联。

8.如权利要求4所述的一种低输入低损耗的逆变电路，其特征在于：还包括滤波电路，所述滤波电路包括滤波电容C9，所述滤波电容C9的正极与电池组连接、负极接地。

9.一种储能系统，其特征在于：包括BMS电池管理模块、储能装置和逆变器，所述储能装置包括至少一个电池包，所述逆变器包括如权利要求1～8中任一项权利要求所述的一种低输入低损耗的逆变电路。

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