柵壓監控電路、光伏旁路開關及光伏發電板系統的制作方法

本發明涉及光伏旁路開關，尤其涉及一種柵壓監控電路、光伏旁路開關及光伏發電板系統。

背景技術：

1、光伏旁路開關是由低內阻的功率開關管、控制芯片、電容組成，是光伏發電板系統組件之一。光伏旁路開關的作用是為因熱斑效應發熱的電池組提供旁路通道，保證光伏發電板長期工作的高可靠性。隨功率開關管的廣泛應用，使用功率開關管替代肖特基二極管提供旁路可以降低旁路開關開態的正向壓降，但功率開關管需以脈沖開關方式工作，否則幾十安培級大電流工作的功率開關管長期處于開態將因功率管內阻的正溫屬性而使開態的功耗不斷增大而溫度升高，溫度升高又反過來增加功率管的功耗，直至功率開關管因無法釋放掉累積的正溫功耗而燒毀。

2、隨著光伏旁路開關工作環境的溫度上升，功率管導通時開態的功耗會隨溫升而增大，而功率管關閉時寄生二極管具有負溫屬性，關態的功耗是負溫的，所以環境溫度從低到高變化過程中功率管正向導通占空比必然是逐步降低，才能達到熱平衡，否則開態功耗的增大將無法維持開關工作屬性。但光伏電池組件的環境溫度處于室外沙漠等、高低溫變化劇烈，因電池串聯支路中某一極板被遮蔽形成熱斑、發熱非常嚴重，旁路開關系統的溫升遠高于環境溫度，所以要求旁路開關工作在全溫度范圍，尤其是保證高溫工作的開關屬性穩定。現有的功率開關管旁路開關無法滿足150℃以上高溫工作的開關屬性。目前采用高效能8英寸/12英寸光伏電池可以產生10～30a電流，要求旁路開關工作時殼溫在150℃以上。隨著技術進步，光伏發電的電池組件朝更高的生成電流發展，而大電流對應更高的溫升，旁路開關安全工作的高溫區間也隨之要求更寬。

3、因此，如何提供一種能穩定工作在寬溫度范圍內的旁路開關是光伏電池領域亟待解決的技術問題。

技術實現思路

1、本發明提供了一種柵壓監控電路、光伏旁路開關及光伏發電板系統，解決相關技術中存在的光伏旁路開關無法工作在寬溫度范圍內的問題。

2、作為本發明的第一個方面，提供一種柵壓監控電路，其中，包括：采樣單元、基準產生單元、比較單元和驅動單元，所述采樣單元的輸入端用于連接光伏旁路開關的待監控電壓端，所述采樣單元的輸出端分別連接所述比較單元的第一輸入端和所述基準產生單元的輸入端，所述基準產生單元的輸出端連接所述比較單元的第二輸入端，所述比較單元的輸出端連接所述驅動單元的輸入端，所述驅動單元的輸出端用于連接光伏旁路開關的開關驅動端；所述采樣單元用于對所述光伏旁路開關的待監控電壓端的工作電壓進行實時采樣，并獲得采樣電壓；所述基準產生單元用于產生具有負溫度系數的基準電壓；所述比較單元用于將所述采樣電壓與所述具有負溫度系數的基準電壓進行比較以生成驅動控制信號，所述驅動控制信號能夠動態調整所述光伏旁路開關的開關管的占空比以使得光伏旁路開關的開關管能夠在寬溫度范圍內保持脈沖工作，其中，所述寬溫度范圍為[t1，t2]，t1≤-40℃，t2≥175℃；所述驅動單元能夠根據所述驅動控制信號驅動所述光伏旁路開關的開關管的工作；其中，所述基準產生單元包括具有負溫度系數的帶隙基準源，所述帶隙基準源包括第一三極管、第二三極管、第一電阻和第二電阻，所述第一三極管的基極與所述第二三極管的基極連接且均連接所述比較單元，所述第一三極管的發射極連接所述第一電阻的一端，所述第二三極管的發射極連接所述第一電阻的另一端，所述第二電阻的一端連接所述第一電阻的另一端，所述第二電阻的另一端連接信號地，所述第一三極管的集電極均連接所述比較單元；所述帶隙基準源產生的基準電壓表示為：，其中，表示所述帶隙基準源產生的基準電壓，表示第一三極管和第二三極管的基極與發射極之間的電壓，n表示第二三極管的發射區面積與第一三極管的發射區面積的比值，vt=kt/q，k表示boltzmann常數，t表示絕對溫度，q表示電子電荷。

3、進一步地，所述帶隙基準源還還包括：第四三極管，所述第四三極管的基極與所述第一三極管的基極連接，所述第四三極管的發射極懸空，所述第四三極管的集電極連接所述第一三極管的集電極；所述第四三極管的發射區面積為n-1，所述第一三極管和所述第四三極管兩者的集電區到發射區的漏電流之和等于所述第二三極管的集電區到發射區的漏電流。

4、進一步地，所述比較單元包括：第一p型開關管、第二p型開關管、第三p型開關管、第二n型開關管、第七電阻和第八電阻，所述第一p型開關管的控制端和所述第二p型開關管的控制端連接且均連接所述第二三極管的集電極，所述第一p型開關管的源極端和所述第二p型開關管的源極端均連接所述采樣單元的輸入端，所述第一p型開關管的漏極端連接所述第一三極管的集電極，所述第二p型開關管的漏極端與所述第二p型開關管的控制端連接；所述第三p型開關管的控制端與所述第一p型開關管的漏極端連接，所述第三p型開關管的源極端與所述采樣單元的輸入端連接，所述第三p型開關管的漏極端為所述比較單元的輸出端；所述第七電阻的一端為所述比較單元的輸出端，所述第七電阻的另一端連接所述第八電阻的一端，所述第八電阻的另一端連接信號地；所述第二n型開關管的控制端連接所述驅動單元，所述第二n型開關管的源極端連接所述信號地，所述第二n型開關管的漏極端連接所述第八電阻的一端。

5、進一步地，所述比較單元還包括：第二電容和第三三極管，所述第二電容的一端連接所述采樣單元的輸入端，所述第二電容的另一端連接所述第一p型開關管的漏極端；所述第三三極管的基極連接所述第二三極管的集電極，所述第三三極管的發射極連接所述第一三極管的集電極，所述第三三極管的集電極連接所述采樣單元的輸入端。

6、進一步地，所述驅動單元包括：第五p型開關管、第三n型開關管、第四n型開關管、第九電阻、第一反相器、第二反相器和第三反相器，所述第五p型開關管的控制端和所述第三n型開關管的控制端連接且為所述驅動單元的輸入端，所述第五p型開關管的源極端連接所述采樣單元的輸入端，所述第五p型開關管的漏極端連接所述第三n型開關管的漏極端，所述第三n型開關管的源極端連接所述第九電阻的一端，所述第九電阻的另一端連接信號地；所述第四n型開關管的控制端連接所述第一反相器的輸出端，所述第四n型開關管的源極端連接信號地，所述第四n型開關管的漏極端連接所述第九電阻的一端；所述第一反相器的輸入端連接所述第五p型開關管的漏極端，所述第一反相器的輸出端連接所述第二反相器的輸入端，所述第二反相器的輸出端連接所述第三反相器的輸入端，所述第三反相器的輸出端為所述驅動單元的輸出端；所述第二反相器的輸出端還連接所述采樣單元。

7、進一步地，所述驅動單元還包括第一電容，所述第一電容的一端連接所述比較單元的第二輸入端，所述第一電容的另一端連接所述第一反相器的輸出端；所述第三反相器包括五級反相器結構，每級反相器結構的p/n管面積均按照比例逐級增大。

8、進一步地，所述采樣單元包括第四p型開關管、第一n型開關管、第三電阻、第四電阻、第五電阻和第六電阻，所述第四p型開關管的控制端與所述第一n型開關管的控制端連接且均連接所述驅動單元，所述第四p型開關管的源極端為所述采樣單元的輸入端，所述第四p型開關管的漏極端連接所述第三電阻的另一端；所述第一n型開關管的漏極端連接所述第六電阻的一端，所述第一n型開關管的源極端連接信號地；所述第三電阻的一端連接所述第四p型開關管的源極端，所述第三電阻的另一端連接所述第四電阻的一端，所述第四電阻的另一端為所述采樣單元的輸出端；所述第五電阻的一端連接所述第四電阻的另一端，所述第五電阻的另一端連接所述第六電阻的一端，所述第六電阻的另一端連接所述信號地。

9、作為本發明的另一個方面，提供一種光伏旁路開關，其中，包括：第一功率開關管、充放電電容和前文所述的柵壓監控電路，所述充放電電容的一端連接所述柵壓監控電路中采樣單元的輸入端，所述充放電電容的另一端連接所述信號地；所述第一功率開關管的控制端連接所述柵壓監控電路的驅動單元的輸出端，所述第一功率開關管的第一端連接光伏電池板的陽極，所述第一功率開關管的第二端連接所述光伏電池板的陰極；所述充放電電容兩端的電壓為待監控電壓；所述柵壓監控電路能夠實時監控所述待監控電壓，并根據所述待監控電壓與基準電壓的比較生成驅動控制信號，以動態調整所述第一功率開關管的占空比；所述第一功率開關管能夠根據所述驅動控制信號進行導通或關閉以形成脈沖開關，所述脈沖開關能夠循環給所述充放電電容進行充放電以旁路所述光伏電池板的光伏電流；其中所述第一功率開關管能夠在所述驅動控制信號的控制下在寬溫度范圍內保持脈沖工作，其中，所述寬溫度范圍為[t1，t2]，t1≤-40℃，t2≥175℃。

10、作為本發明的另一個方面，提供一種光伏發電板系統，其中，包括：光伏電池板和前文所述的光伏旁路開關，所述光伏旁路開關與所述光伏電池板電連接，所述光伏旁路開關能夠在所述光伏電池板的至少一個光伏組件成為負載時提供旁路通道。

11、本發明提供的柵壓監控電路，通過采樣單元采集光伏旁路開關的待監控電壓端的工作電壓以形成采樣電壓，通過基準產生單元產生具有負溫度系數的基準電壓，采樣電壓和具有負溫度系數的基準電壓均作為比較單元的輸入，通過比較單元的比較后生成驅動控制信號，該驅動控制信號能夠動態調整光伏旁路開關的開關管的占空比以使得光伏旁路開關的開關管能夠在寬溫度范圍內保持脈沖工作，最終基于該驅動控制信號對光伏旁路開關的開關管進行控制。本發明的柵壓監控電路，由于比較單元采樣負溫度系數的基準電壓作為比較基準，能夠當光伏旁路開關的工作溫度升高時該基準產生單元產生的基準電壓并不會隨著溫度升高而升高，因此比較單元的輸出結果并不會受到溫度升高的影響，從而能夠有效控制光伏旁路開關的功率管的控制端的驅動電壓，進而達到光伏旁路開關的功率管的功耗并不會因溫度升高而發生大的波動，從而不會發生因溫度變化而帶來的功耗的提升進而導致器件損耗的現象；另外，該比較單元基于負溫度系數的基準電壓所產生的驅動控制信號能夠通過動態調整占空比使得開關管的功耗不會因為溫度升高而增大，從而使得開關管能夠工作在寬溫度范圍內而不會因為溫度的變化而帶來功耗的提升進而導致器件損耗的現象發生；另外由于能夠控制開關管的開態占空比，因此能夠通過增大開態占空比達到降低開關管功耗的目的。