光伏用快速关断接线盒的制作方法

1.本实用新型涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏用快速关断接线盒。


背景技术：

2.光伏发电技术作为一种可再生能源发电技术，正在全世界范围内蓬勃发展。光伏组件是光伏发电系统中的基本发电单元，在大多数应用场合下，若干光伏组件串联而形成具有1000v以上直流高压的光伏组件串，显然不可控的直流高压成为光伏发电系统的安全隐患，尤其是在火灾、检修或其他紧急状态下，对事故处理造成严重障碍，甚至威胁救援人员的人身安全。
3.而现有光伏快速关断设计，开关管的驱动电路的驱动电源多来自于太阳能组件，当太阳能组件因为遮挡、部分子串被旁路而导致输出电压较低时，如10v以下，驱动电路因欠压保护不工作，用作开关用的mosfet栅极无电压驱动而处于断开状态，此时组件的功率无输出，从而造成太阳能组件低电压时能源浪费。
4.为了消除上述光伏发电系统的安全隐患，实现快速安全关断的功能，并在正常发电工作中减少能源浪费，需要一种光伏用快速关断接线盒。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种光伏用快速关断接线盒，以在紧急情况下，快速关断光伏组件（串），消除光伏发电系统的安全隐患，同时在组件低电压时仍能正常输出功率，减少能源浪费。
6.为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种光伏用快速关断接线盒，包括输入端正极、输入端负极、输出端正极和输出端负极，该接线盒还包括关断执行单元、驱动变换单元、变换控制单元和外接电源，关断执行单元设置在输入端正极和输出端正极之间，驱动变换单元与关断执行单元电连接以驱动关断执行单元处于导通或断开状态，变换控制单元的输出端与驱动变换单元电连接，变换控制单元的输入端与外接电源电连接；其中，当外接电源向变换控制单元供电时，驱动变换单元驱动关断执行单元处于导通状态，当外接电源不向变换控制单元供电时，变换控制单元和驱动变换单元不工作，关断执行单元处于断开状态。
7.较佳地，驱动变换单元包括隔离变换模块、整流滤波模块和驱动模块，隔离变换模块的输入端与变换控制单元的输出端电连接，隔离变换模块的输出端与整流滤波模块的输入端电连接，整流滤波模块的输出端与驱动模块的输入端电连接，驱动模块的输出端与关断执行单元电连接。
8.进一步地，关断执行单元包括至少一个mos管，至少一个mos管串接在输入端正极和输出端正极之间，隔离变换模块包括隔离变压器，隔离变压器包括一个初级绕组和至少一个次级绕组，整流滤波模块包括至少一个整流滤波子模块，驱动模块包括至少一个驱动子模块，初级绕组与变换控制单元电连接，至少一个次级绕组与至少一个整流滤波子模块
的输入端一一对应地电连接，至少一个整流滤波子模块的输出端与至少一个驱动子模块的输入端一一对应地电连接，至少一个驱动子模块的输出端与至少一个mos管一一对应地电连接。
9.再进一步地，整流滤波子模块均包括整流二极管和滤波电容，整流二极管的阳极端与其对应的次级绕组电连接，整流二极管的阴极端与属于同一整流滤波子模块的滤波电容的一端电连接，滤波电容的另一端接地，整流二极管的阴极端还与其对应的驱动子模块电连接。
10.更进一步地，每个驱动子模块均包括驱动隔离二极管、驱动电阻和三极管，驱动隔离二极管的阳极端与其对应的整流滤波子模块的整流二极管的阴极端电连接，驱动隔离二极管的阴极端与属于同一驱动子模块的驱动电阻的一端电连接，驱动电阻的另一端与其对应的mos管的栅极电连接，驱动电阻的另一端还与属于同一驱动子模块的三极管的发射极电连接，三极管的基极与属于同一驱动子模块的驱动隔离二极管的阳极端电连接，三极管的集电极接地。
11.较佳地，该接线盒还包括降压输出单元，降压输出单元与关断执行单元并联连接，当关断执行单元处于断开状态时，降压输出单元使输出电压保持在安全水平。
12.进一步地，降压输出单元包括稳压模块和隔离模块，稳压模块的输入端与输入端正极电连接，稳压模块的输出端与隔离模块电连接，隔离模块与输出端正极电连接。
13.再进一步地，稳压模块包括串联稳压电路，隔离模块包括隔离二极管，串联稳压电路的输入端与输入端正极电连接，串联稳压电路的输出端与隔离二极管的阳极端电连接，隔离二极管的阴极端与输出端正极电连接。
14.较佳地，该接线盒还包括旁路保护模块，旁路保护模块位于输出端正极和输出端负极之间。
15.进一步地，旁路保护模块包括旁路二极管，旁路二极管的阳极端与输出端负极电连接，旁路二极管的阴极端与输出端正极电连接。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：通过对外接电源是否向变换控制单元供电的控制，即可实现快速连接和关断光伏组件输出，操作简单，有效消除了紧急情况下光伏发电系统的安全隐患；相较于驱动源来自于太阳能组件的关断结构，本实用新型的光伏用快速关断接线盒，结构简单，成本低，且不受组件电压的影响，可在组件全范围输出电压工作，不会造成能源浪费；相较于有线电力载波方式快速关断，本实用新型的光伏用快速关断接线盒无复杂的通讯协议及判断算法，电路元器件少，达到快速关断的同时，经济性好，可靠性高。
附图说明
17.图1为本实用新型一实施例的光伏用快速关断接线盒的结构示意图；
18.图2为本实用新型另一实施例的光伏用快速关断接线盒的结构示意图；
19.图3为本实用新型再一实施例的光伏用快速关断接线盒的结构示意图；
20.图4为本实用新型第四实施例的光伏用快速关断接线盒的结构示意图。
具体实施方式
21.为使对本实用新型的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
22.需要说明的是，当层、区域或组件被称描述为电“连接到”或“结合到”另一层、另一区域或另一组件时，所述层、区域或组件可“直接电连接或直接电结合”到所述另一层、另一区域或另一组件，或者“间接电连接或间接电结合”到所述另一层、另一区域或另一组件使得中间层、中间区域或中间组件介于其间。
23.请参见图1，本实用新型的一种光伏用快速关断接线盒，包括输入端正极pvin+、输入端负极pvin-、输出端正极pvout+和输出端负极pvout-。
24.输入端正极pvin+和输入端负极pvin-用以按极性与太阳能组件输出端电连接，输出端正极pvout+和输出端负极pvout-用以按极性与相邻组件串接后与逆变器等电连接，即该接线盒为组件级快速关断接线盒，输入端正极pvin+和输出端正极pvout+电连接，输入端负极pvin-和输出端负极pvout-电连接。
25.该接线盒还包括关断执行单元1、驱动变换单元2、变换控制单元3和外接电源。
26.关断执行单元1设置在输入端正极pvin+和输出端正极pvout+之间，以作为光伏接线盒正极母线的导通或关断的执行单元。
27.驱动变换单元2与关断执行单元1电连接，以控制关断执行单元1处于导通或断开状态，实现光伏组件输出的闭合或断开。
28.变换控制单元3的输出端与驱动变换单元2电连接，以实现隔离式dc/dc变换，经过整流滤波后，得到稳定的直流电压。
29.变换控制单元3的输入端与外接电源电连接，以由外接电源向变换控制单元3供电。
30.其中，当外接电源向变换控制单元3供电时，驱动变换单元2驱动关断执行单元1处于导通状态，当外接电源不向变换控制单元3供电时，变换控制单元3和驱动变换单元2不工作，关断执行单元1处于断开状态。
31.本实施例的光伏用快速关断接线盒，通过对外接电源是否向变换控制单元3供电的控制，即可实现快速连接和关断光伏组件输出，操作简单，有效消除了紧急情况下光伏发电系统的安全隐患；相较于驱动源来自于太阳能组件的关断结构，本实施例的光伏用快速关断接线盒，结构简单，成本低，且不受组件电压的影响，可在组件全范围输出电压工作，不会造成能源浪费。
32.优选地，该接线盒还包括旁路保护模块5，旁路保护模块5位于输出端正极pvout+和输出端负极pvout-之间，以用于光伏组件的旁路保护。
33.请参见图2，图2为本实用新型另一实施例的光伏用快速关断接线盒的结构示意图。与图1中实施例相比，在本实施例中，接线盒还包括降压输出单元4，降压输出单元4与关断执行单元1并联连接，当关断执行单元1处于断开状态时，降压输出单元4使输出电压保持在安全水平，例如，1v左右，同时，作为每片太阳能组件关断后输出电压基准，方便后台电压监控，确保关断动作执行，增加可靠性。
34.请参见图3，图3为本实用新型再一实施例的光伏用快速关断接线盒的结构示意图。在本实施例中，驱动变换单元2包括隔离变换模块21、整流滤波模块22和驱动模块23，隔
离变换模块21的输入端与变换控制单元3的输出端电连接，以实现隔离式dc/dc变换，隔离变换模块21的输出端与整流滤波模块22的输入端电连接，以得到稳定的直流电压，整流滤波模块22的输出端与驱动模块23的输入端电连接，驱动模块23的输出端与关断执行单元1电连接，以驱动关断执行单元1处于导通状态。
35.关断执行单元1包括一个mos管q8，mos管q8串接在输入端正极pvin+和输出端正极pvout+之间，隔离变换模块21包括同名端隔离变压器t2，隔离变压器t2包括一个初级绕组和一个次级绕组，整流滤波模块22包括一个整流滤波子模块，驱动模块23包括一个驱动子模块，初级绕组与变换控制单元3电连接，次级绕组与整流滤波子模块的输入端电连接，整流滤波子模块的输出端与驱动子模块的输入端电连接，驱动子模块的输出端与mos管q8电连接。
36.优选地，整流滤波子模块包括整流二极管d5和滤波电容c13，整流二极管d5的阳极端与次级绕组电连接，整流二极管d5的阴极端与滤波电容c13的一端电连接，滤波电容c13的另一端接地，整流二极管d5的阴极端还与驱动子模块电连接，次级绕组的脉冲电压通过整流二极管d5和滤波电容c13整流滤波后，向驱动子模块提供稳定的直流电压。滤波电容c13的接地端与mos管q8的源极电连接。
37.进一步地，驱动子模块包括驱动隔离二极管d8、驱动电阻r22和三极管q7，驱动隔离二极管d8的阳极端与整流二极管d5的阴极端电连接，驱动隔离二极管d8的阴极端与驱动电阻r22的一端电连接，驱动电阻r22的另一端与mos管q8的栅极电连接，驱动电阻r22的另一端还与三极管q7的发射极电连接，三极管q7的基极与驱动隔离二极管d8的阳极端电连接，三极管q7的集电极接地，以在外接电源供电时，驱动mos管q8导通，同时，驱动隔离二极管d8和三极管q7组成栅极快速放电电路，在切断外接电源供电时，能够加快mos管q8栅极放电速度，从而加快关断执行单元1的关断速度。
38.请继续参见图3，变换控制单元3包括主控芯片u2，u2为uc2844。
39.u2的8引脚与5v的vref基准电压连接；电阻r8、电容c4与vref基准电压串联，形成锯齿波，连接至4引脚，控制6引脚输出的频率；三极管q1基极与4引脚连接，集电极与vref基准电压连接，发射极与电阻r9、r28串接，在电阻r9上产生锯齿波，将锯齿波连接至3引脚，控制输出所需脉冲宽度；u2通过6引脚输出脉冲电压，通过隔离变压器t2初级耦合至次级输出；电阻r3与r4串联后得到vref基准电压分压，连接至2引脚，控制隔离式dc/dc次级输出电压。
40.在实际使用中，外接电源为dc 15v电压。变换控制单元3的dcin+、dcin-端连接至外接市电变换电源ac/dc输出端，ac/dc输出端为dc 15v电压。
41.当外接电源向变换控制单元3供电时，变换控制单元3控制与初级绕组串联的开关器件对输入直流进行斩波变换，将直流变换成脉冲交流，以实现初级绕组至次级绕组的能量耦合。次级的整流滤波模块，将次级绕组耦合过来的脉冲交流整流滤波成直流电压，以提供关断执行单元所需电压。
42.电容c10与隔离变压器t2初级侧串联，电容c10作为耦合电容器，为磁化电感提供复位电压，防止隔离电压器t2出现饱和，避免电路失效。
43.电阻r17作为负载，在切断外接电源供电时，能够加快滤波电容c13的放电速度。
44.电阻r23连接在mos管q8的栅极和源极之间，在驱动变换单元2不工作时，防止栅极
悬空，避免mos管q8误动作。
45.请参见图4，图4为本实用新型第四实施例的光伏用快速关断接线盒的结构示意图。在本实施例中，关断执行单元1包括两个mos管q5和q6，两个mos管q5和q6串接在输入端正极pvin+和输出端正极pvout+之间，隔离变换模块21包括反激变压器t1，反激变压器t1包括一个初级绕组和两个次级绕组，整流滤波模块22包括第一整流滤波子模块221和第二整流滤波子模块222，驱动模块23包括第一驱动子模块231和第二驱动子模块232，初级绕组与变换控制单元3电连接，两个次级绕组分别与第一整流滤波子模块221和第二整流滤波子模块222电连接，第一整流滤波子模块221的输出端与第一驱动子模块231的输入端电连接，第一驱动子模块231的输出端与mos管q5电连接，第二整流滤波子模块222的输出端与第二驱动子模块232的输入端电连接，第二驱动子模块232的输出端与mos管q6电连接。
46.优选地，第一整流滤波子模块221包括整流二极管d3和滤波电容c11，整流二极管d3的阳极端与次级绕组电连接，整流二极管d3的阴极端与滤波电容c11的一端电连接，滤波电容c11的另一端接地，整流二极管d3的阴极端还与第一驱动子模块231电连接，次级绕组的脉冲电压通过整流二极管d3和滤波电容c11整流滤波后，向第一驱动子模块231提供稳定的直流电压。滤波电容c11的接地端与mos管q5的源极电连接。
47.进一步地，第一驱动子模块231包括驱动隔离二极管d6、驱动电阻r18和三极管q3，驱动隔离二极管d6的阳极端与整流二极管d3的阴极端电连接，驱动隔离二极管d6的阴极端与驱动电阻r18的一端电连接，驱动电阻r18的另一端与mos管q5的栅极电连接，驱动电阻r18的另一端还与三极管q3的发射极电连接，三极管q3的基极与驱动隔离二极管d6的阳极端电连接，三极管q7的集电极接地，以在外接电源供电时，驱动mos管q5导通，同时，驱动隔离二极管d6和三极管q3组成栅极快速放电电路，在切断外接电源供电时，能够加快mos管q5栅极放电速度，从而加快关断执行单元1的关断速度。
48.同理，第二整流滤波子模块222包括整流二极管d2和滤波电容c12，整流二极管d2的阳极端与次级绕组电连接，整流二极管d2的阴极端与滤波电容c12的一端电连接，滤波电容c12的另一端接地，整流二极管d2的阴极端还与第二驱动子模块232电连接，次级绕组的脉冲电压通过整流二极管d2和滤波电容c12整流滤波后，向第二驱动子模块232提供稳定的直流电压。滤波电容c12的接地端与mos管q6的源极电连接。
49.第二驱动子模块232包括驱动隔离二极管d7、驱动电阻r19和三极管q4，驱动隔离二极管d7的阳极端与整流二极管d2的阴极端电连接，驱动隔离二极管d7的阴极端与驱动电阻r19的一端电连接，驱动电阻r19的另一端与mos管q6的栅极电连接，驱动电阻r19的另一端还与三极管q4的发射极电连接，三极管q4的基极与二极管d7的阳极端电连接，三极管q4的集电极接地，以在外接电源供电时，驱动mos管q6导通，同时，驱动隔离二极管d7和三极管q4组成栅极快速放电电路，在切断外接电源供电时，能够加快mos管q6栅极放电速度，从而加快关断执行单元1的关断速度。
50.本实施例的光伏用快速关断接线盒，通过对外接电源是否向变换控制单元3供电的控制，即可实现同时快速连接和关断两个光伏组件输出，操作简单，提升经济性。
51.在实际使用中，隔离变压器t1的次级绕组的数量也可以是3个、4个等等，只要整流滤波模块22的整流滤波子模块的数量、驱动模块23的驱动子模块的数量、以及关断执行单元1的mos管的数量与隔离变压器t1的次级绕组的数量相等，且次级绕组、整流滤波子模块、
驱动子模块、mos管一一对应地电连接，即可通过对外接电源是否向变换控制单元3供电的控制，实现同时快速连接和关断多个光伏组件输出，提升经济性。
52.请参见图3或图4，降压输出单元4包括稳压模块41和隔离模块42，稳压模块41用以输出稳定电压，隔离模块42用以防止正常输出时电压倒灌，稳压模块41的输入端与输入端正极pvin+电连接，稳压模块41的输出端与隔离模块42电连接，隔离模块42与输出端正极pvout+电连接。
53.优选地，稳压模块41包括串联稳压电路，隔离模块42包括隔离二极管（如图3中的d12、图4中的d10），串联稳压电路的输入端与输入端正极电pvin+电连接，串联稳压电路的输出端与隔离二极管的阳极端电连接，隔离二极管的阴极端与输出端正极pvout+电连接。
54.以图3为例，串联稳压电路包括电阻r26、r27、稳压二极管d11、三极管q10和电容c15，mos管q8关断后，降压输出单元4工作，光伏组件的输出电压通过电阻r26和r27加载到稳压二极管d11上，d11阴极端产生稳压的2.4v电压，以驱动三极管q10处于线性放大状态，q10发射极输出1.7v电压，经过隔离二极管d12后输出1.0v电压，实现关断后输出的电压基准信号，以确认组件关断执行成功。
55.电压基准计算公式为：vref=2.4v（d11阴极端电压）
‑ꢀ
0.7v（q10管压降）
‑ꢀ
0.7v（d12管压降）= 1v。
56.优选地，旁路保护模块5包括旁路二极管（如图3中的d13、图4中的d14），旁路二极管的阳极端与输出端负极pvout-电连接，旁路二极管的阴极端与输出端正极pvout+电连接。
57.使用过程：正常情况下，外接电源向变换控制单元3供电，驱动变换单元2驱动关断执行单元1处于导通状态，太阳能电池板组件电流从导通的关断执行单元1流过，输出端正极pvout+和输出端负极pvout-之间的电压等于电池组串电压。
58.当发生紧急情况时，切断外接电源供电，变换控制单元3和驱动变换单元2不工作，关断执行单元1处于断开状态，此时，稳压模块41的串联稳压电路输出稳压电压，并使输出电压保持在安全水平。
59.关断后，通过检测降压输出单元4的输出电压值，即可判断关断是否完成，通过声光类警告用户，避免电击伤害。
60.本实用新型的光伏用快速关断接线盒，通过对外接电源是否向变换控制单元供电的控制，即可实现快速连接和关断光伏组件输出，操作简单，有效消除了紧急情况下光伏发电系统的安全隐患；相较于驱动源来自于太阳能组件的关断结构，本实用新型的光伏用快速关断接线盒，结构简单，成本低，且不受组件电压的影响，可在组件全范围输出电压工作，不会造成能源浪费；相较于有线电力载波方式快速关断，本实用新型的光伏用快速关断接线盒无复杂的通讯协议及判断算法，电路元器件少，达到快速关断的同时，经济性好，可靠性高。
61.本实用新型已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本实用新型的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本实用新型的范围。相反地，在不脱离本实用新型的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本实用新型的专利保护范围。