專利名稱：一種小功率光伏控制器輸出短路保護電路的制作方法
一種小功率光伏控制器輸出短路保護電路[技術領域]本發明涉及直流供電保護技術領域，具體的說是一種小功率光伏系統中的直流輸出短路保護電路。為了解決能源短缺和環境惡化等方面的問題，包括中 國在內的多數國家都在大力發展光伏發電系統，將光伏發電系統作為未來主要的能源來源。光伏發電系統，因智能電網、輸電電路建設費用巨大，目前已逐步轉向為小型的戶用光伏系統，單元功率控制在20Wp-500Wp，光伏發電系統與LED照明、直流供電系統，已逐步成為發展趨勢，即光伏發出的直流電，儲藏在直流儲能單元中，并通過直流配電，直接給LED燈、直流風扇等設備直接供應直流電力。在小型戶用光伏系統中，一般都是通過光伏充放電控制器直接供應給各用電設備，對輸出短路一般都沒有保護或采用空氣開關、保險絲、快恢復保險絲，也有采用輸出電流取樣來關閉輸出回路的方案，現行所有的方案，均不可靠，極易損壞輸出開關電路。如何解決光伏控制器輸出短路問題，是當前所有廠家都面臨的難題。本發明的目的在于解決現有光伏控制器輸出短路的問題，提供一種結構簡單、保護性能穩定的保護電路。為實現上述目的，設計一種小功率光伏控制器輸出短路保護電路，其特征在于直流電源的正端DC+連接電感LI和二極管Dl負極的抽頭一端，電感LI另一端連接電解電容Cl正極，并抽頭一端為直流輸出端0UT+，二極管Dl正極一端與電解電容Cl負極相接并抽頭一端為直流輸出端0UT-，在二極管Dl正極和電解電容Cl負極之間抽頭連接開關管Ql漏極，開關管Ql的相極上接有電阻Rl —端，并抽頭一端連接二極管D2正極，電阻Rl另一端設有控制信號檢測點，開關管Ql源極上設有電流取樣電阻R3，電流取樣電阻R3另一端連接直流電源的負端DC-并接地，在電阻R3和開關管Ql源極設有兩個抽頭線，第一個抽頭線接有電阻R4 —端，電阻R4另一端連接電容C3 —端并抽頭為電流檢測信號點，電容C3另一端連接三極管Q2發射極并接地，第二個抽頭線連接電阻R5 —端，電阻R5另一端連接三極管Q2基極，二極管D2負極連接三極管Q2集電極并抽頭一端連接電阻R6，電阻R6另一端為電源檢測信號點，通過該電路限制輸出回路最大電流，提高光伏充電控制器的保護性能。直流輸入端為蓄電池，通過DC+、DC_將直流電輸入到由二極管D1、電感LI、電解電容Cl構成的電感及續流單元電路；開關管Q1、電阻Rl、R3、R5、R6、二極管D2、三極管Q2組成的電流檢測及控制單元；電阻R4、電容C3為過載電流信號取樣濾波電路中去。工作時，輸出直流回路的負載電流，通過電流取樣電阻R3，產生了一定的電壓，Vi=I*R，使得正常工作時的Vi遠小于三極管Q2的Vbe，Vbe —般約為0. 7V。當輸出有短路時，流過電阻R3上的電流急劇增加，則使得Vi快速增加，當Vi>Vbe時，三極管Q2導通，則三極管Q2集電極的電壓下降到O伏左右，此時二極管D2導通，并將開關管Ql的柵極電壓拉低到接近0V，開關管Ql功率推出飽和導通，使得回路電流限制在I=Vbe/R3，從而保護了Ql0電感及續流單元電路的控制方法為當短路現象發生，扼制負載回路的電流快速增長，為三極管Q2的導通、保護功能贏得時間，使得在三極管Q2動作前，開關管Ql不被燒壞，因為電感上的電流不能特變，電感上的感應電壓方程為VL=L(di/dt)，在開關管Ql導通時，發生輸出短路時，回路電流應該為(Vin- VL) /R3，通過解微分方程，在短路時的極短時間內的電流是按照指數特性增長的，電感越大，電流增長的越緩慢，因為電感LI的扼制電流的能力，為三極管Q2、開關管Ql保護動作贏得了時間，使得保護穩定可靠。本發明與現有技術相比，利用電感越大，電流增長越緩慢的特性扼制輸出回路中電流，保護開關單元，利用電流檢測及控制單元對開關單元中的電流進行檢測、取樣，并反作用于開關單元，以保護開關單元內的功率器件，并提供緩沖時間，確保在過載保護電路動 作前，開關單元不被損壞。該保護電路結構簡單、體積小，易于實施，保護性能安全可靠。圖I為本發明的電原理圖；圖2為本發明流程示意圖；下面結合附圖
對本發明作進一步闡述，其構造及方法對本領域技術人員來說是可以實現的。本發明原理如圖2所示，電路由直流單元、電感及續流單元、電流檢測及控制單元、過載保護檢測電路和開關單元六部分組成。直流單元指充電回路、蓄電池等，用來充電及存儲能量；電感及續流單元內有電感、電容、二極管等元器件，用來平滑濾波及在輸出回路有短路發生的情況下，抑制輸出回路的電流快速增長，保護開關單元中的功率開關器件；開關單元主要是功率開關器件，用來開通、關閉直流輸出；電流檢測及控制單元內有電阻、二極管、三極管，用以電流取樣、開關執行，對開關單元中的電流進行檢測、取樣，并反作用于開關單元，降低開關單元的飽和導通程度，保護開關單元內的功率器件，并為過載保護電路提供了一定的緩沖時間，確保在過載保護電路動作前，開關單元不被損壞。利用電流檢測及控制單元檢測開關單元中的電流，利用電感、二極管和三極管組成的電流檢測及控制單元限制輸出回路的最大電流，對設備進行保護，提高光伏充電控制器的短路保護性能。在實施例中，直流單元使用蓄電池；電感及續流單元由二極管D1、電感LI、電解電容Cl、電容C2構成；電流檢測及控制單元由電阻R1、R2、R3、R5、R6、二極管D2、三極管Q2構成；過載保護檢測電路由電阻R4、二極管C3構成；開關單元由開關管Ql構成。具體電路連接如圖I所示,直流電源的正端DC+連接電感LI和二極管Dl負極的抽頭一端，電感LI另一端連接電解電容Cl正極，并抽頭一端為直流輸出端0UT+，二極管Dl正極一端與電解電容Cl負極相接并抽頭一端為直流輸出端0UT-，在二極管Dl正極和電解電容Cl負極之間抽頭連接開關管Ql漏極，開關管Ql的相極上接有電阻Rl —端，并抽頭一端連接二極管D2正極，電阻Rl另一端設有控制信號檢測點，開關管Ql源極上設有電流取樣電阻R3，R3另一端連接直流電源的負端DC-并接地，在電阻R3和開關管Ql源極設有兩個抽頭線，第一個抽頭線接有電阻R4 —端，電阻R4另一端連接電容C3 —端并抽頭為電流檢測信號點，電容C3另一端連接三極管Q2發射極并接地，第二個抽頭線連接電阻R5 —端，電阻R5另一端連接三極管Q2基極，二極管D2負極連接三極管Q2集電極并抽頭一端連接電阻R6，電阻R6另一端為電源檢測信號點，通過該電路限制輸出回路最大電流，提高光伏充電控制器的保護性能。 蓄電池通過DC+、DC_將直流電輸入到由二極管D1、電感LI、電解電容Cl構成的電感及續流單元電路、開關管Q1、由電阻R1、R3、R5、R6、二極管D2、三極管Q2組成的電流檢測及控制單元電路及由電阻R4、電容C3構成的過載電流保護電路中去。工作時，輸出直流回路的負載電流，通過電流取樣電阻R3，產生一定的電壓Vi，Vi=I*R,正常工作時的Vi遠小于三極管Q2的Vbe，Vbe 一般約為0. 7V。當輸出有短路時，流過電阻R2、R3上的電流急劇增加，則使得Vi快速增加，當Vi>Vbe時，三極管Q2導通，三極管Q2集電極的電壓下降到0伏左右，此時二極管D2導通，并將開關管Ql的柵極電壓拉低到接近0V，開關管Ql功率推出飽和導通，使得回路電流限制在I=Vbe/(R3)，從而保護了開關管Ql。電感及續流單元電路中當短路現象發生時，扼制負載回路的電流快速增長，為三極管Q2的導通、保護功能贏得時間，使得在三極管Q2動作前，開關管Ql不被燒壞，因為電感上的電流不能特變，電感上的感應電壓方程為VL=L(di/dt)，開關管Ql導通發生輸出短路時，回路電流應該為(Vin- VL)/R3，通過解微分方程，在短路時的極短時間內的電流是按照指數特性增長的，電感越大，電流增長的越緩慢，利用電感LI的扼制電流的能力，為三極管Q2、開關管Ql保護動作贏得了時間，穩定可靠。本發明主要用在小型光伏發電系統中，輸出電源為直流電，負載也都是直流用電的設備。
權利要求
1.一種小功率光伏控制器輸出短路保護電路，其特征在于直流電源的正端DC+連接電感LI和二極管Dl負極的抽頭一端，電感LI另一端連接電解電容Cl正極，并抽頭一端為直流輸出端OUT+，二極管Dl正極一端與電解電容Cl負極一端相接并抽頭一端為直流輸出端OUT-，在二極管Dl正極和電解電容Cl負極之間抽頭連接開關管Ql漏極，開關管Ql的相極上接有電阻Rl —端，并抽頭一端連接二極管D2正極，電阻Rl另一端設有控制信號檢測點，開關管Ql源極上設有電流取樣電 阻R3，R3另一端連接直流電源的負端DC-并接地，在電阻R3和開關管Ql源極設有兩個抽頭線，第一個抽頭線接有電阻R4 —端，電阻R4另一端連接電容C3 —端并抽頭為電流檢測信號點，電容C3另一端連接三極管Q2發射極并接地，第二個抽頭線連接電阻R5 —端，電阻R5另一端連接三極管Q2基極，二極管D2負極連接三極管Q2集電極并抽頭一端連接電阻R6，電阻R6另一端為電源檢測信號點，通過該電路限制輸出回路最大電流，提高光伏充電控制器的保護性能。
2.—種小功率光伏控制器輸出短路保護電路方法，其特征在于該方法為，直流輸入端為蓄電池，通過DC+、DC-將直流電輸入到由二極管D1、電感LI、電解電容Cl、電容C2構成的電感及續流單元電路；開關管Q1、電阻R1、R3、R5、R6、二極管D2、三極管Q2組成的電流檢測及控制單元；電阻R4、電容C3為過載電流信號取樣濾波電路中去， 工作時，輸出直流回路的負載電流，通過并聯電阻R2、R3的電流取樣電阻，產生了一定的電壓，Vi=I*R，使得正常工作時的Vi遠小于三極管Q2的Vbe，Vbe —般約為0. 7V，當輸出有短路時，流過電阻R2、R3上的電流急劇增加，則使得Vi快速增加，當Vi>Vbe時，三極管Q2導通，則三極管Q2集電極的電壓下降到0伏左右，此時二極管D2導通，并將開關管Ql的柵極電壓拉低到接近0V，開關管Ql功率推出飽和導通，使得回路電流限制在I=Vbe/R3，從而保護了 Ql。
3.如權利要求2所述的一種小功率光伏控制器輸出短路保護電路方法，其特征在于電感及續流單元電路的方法為當短路現象發生，扼制負載回路的電流快速增長，為三極管Q2的導通、保護功能贏得時間，使得在三極管Q2動作前，開關管Ql不被燒壞，因為電感上的電流不能特變，電感上的感應電壓方程為VL=L(di/dt)，在開關管Ql導通時，發生輸出短路時，回路電流應該為(Vin- VL) / (R1//R2)，通過解微分方程，在短路時的極短時間內的電流是按照指數特性增長的，電感越大，電流增長的越緩慢，因為電感LI的扼制電流的能力，為三極管Q2、開關管Ql保護動作贏得了時間，使得保護穩定可靠。
全文摘要
本發明涉及直流供電保護技術領域，具體的說是一種小功率光伏系統中的直流輸出短路保護電路，蓄電池通過DC+、DC-將直流電輸入到由D1、L1、C1構成的電感及續流單元； Q1、R1、R3、R5、R6、D2、Q2組成的電流檢測及控制單元；R4、C3為過載電流信號取樣濾波電路中去。通過R3的電流取樣電阻，產生一定的電壓，正常工作時的Vi遠小于三極管Q2的Vbe，當輸出有短路時，流過電阻R2、R3上的電流急劇增加，當Vi>Vbe時，三極管Q2導通， Q2集電極的電壓下降到0伏，二極管D2導通，開關管Q1的柵極電壓拉低到接近0V，回路電流限制在I=Vbe/R3。本發明保護電路結構簡單、體積小，易于實施，保護性能安全可靠。
文檔編號H03K17/08GK102751969SQ20121023964
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者張強勝, 毛曉娟 申請人:上海先甲新能源科技有限公司