专利名称：具有功率适配功能的太阳能稳压变换电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流-直流稳压变换装置，特别是一种具有功率适配功能的太阳能稳压变换电源。
作为一种可再生能源，太阳能越来越受到人们的重视，特别是在日照充足地区，太阳能的应用越来越普及。在通信领域，太阳能的应用也逐渐增多。现在通常采用多级、分组接点式投入、撤出的控制方式。完成对太阳能光伏电池电压的控制和调节(如
图1)，以保证通信设备处于正常供电要求范围。这种方式虽然简单实用，但它存在一些不可克服的问题。例如它可能会将雷击直接引入到通信设备，它提供的电压只能保证在一定范围内而不能稳定，它给蓄电池和通信设备的寿命也会带来一些不利的影响，它只能使用太阳能光伏电池工作范围中一小部分功率段等等。为了保证满足负载的功率需要，因此必须配置较大的电池方阵。
本实用新型的目的是提供一种具有功率适配功能和隔离功能的太阳能稳压变换电源。
所述太阳能稳压变换电源包括一个预稳压电路，一个二次变换电路，其特征是该稳压变换电源还包括一个功率适配电路(6)；其中预稳压电路(4)的输入端与太阳能电池组(1)的输出端相连，预稳压电路的输出端与二次变换电路(5)的输入端相连，该输出端还同时与功率适配电路(6)的信号输入端相连，功率适配电路的输出端与预稳压电路的控制端相连。前述预稳压电路(4)是一个由二极管D和电容器C以及电感线圈L和开关管M构成的升压电路；电感线圈L的一端与太阳能电池组(1)的输出端相连，另一端与二极管D的一端相连，二极管D的另一端上接有电容器C，电容器的另一端与太阳能电池组的另一输出端相连，开关管M的一端接在电感线圈与二极管相连的节点上，其另一端与电容器的另一端一起接在太阳能电池的另一端上，开关管的控制端与功率适配电路的输出端相连；二次变换电路(5)是一种全桥变换电路，其原边经桥式整流电路(7)与预稳压电路的输出端相连；功率适配电路(6)是一种由脉冲发生器(8)、触发器(9)以及逻辑芯片(10)构成的具占空比箝位功能的反馈电路，该电路脉冲发生器的控制信号输入端与前述预稳压电路的输出端相连，(8)的输出端与触发器(9)及逻辑芯片(10)的输入端相连，触发器的输出端与逻辑芯片的输入端相连，逻辑芯片的输出端与前述预稳压电路中的开关管M的控制端相连。
本实用新型采用了变压器将太阳能电池和通信设备及蓄电池完全隔离，可避免太阳能电池把雷击引及到通信设备中。同时，通过变换器也实现了将太阳能电池不稳定的直流电压变换为稳定的直流电压。这一效果是由加在预稳压电路中的功率适配电路来实现的。首先它提高了系统的可靠性，有了这部分电路，变换器可工作在全电压范围，而不需要频繁的投入和切除。如在48V，太阳能电池最高电压为80V，则变换器可工作在0-100V范围内；由于太阳能电池的能量受光的照度的影响较大，在清晨蓄电池放电较深，要求的充电电流较大，有了功率适配电路后，变换器开始用小电流给蓄电池充电，随着光照的增强，充电电池也逐渐加大，这极大地改善了变换器和蓄电池的工作条件。另外，有了这部分电路可以最大限度地利用太阳能。在光照度较低的时候虽然太阳能电池提供的能量不足以供给负载使用，但它总能或多或少地给负载提供部分能量，不让这部分能量浪费，这样在配置太阳能电池时可适当降低其容量，从而节省投资。
图1是现有技术对太阳能光伏电池电压的控制和调节原理图。
图2是本实用新型原理框图。
图3是本实用新型功率适配电路电路图。
图4是本实用新型电路图。
图中1-太阳能电池组，2-电源变换器，3-蓄电池负载，4-预稳压电路，5-二次变换电路，6-功率适配电路，7-全桥变换电路，8-脉冲发生器，9-触发器，10-逻辑芯片，V0-来自太阳能电池组的输入电压，V1-预稳压电路输出电压，I1-预稳压级电路输出电流，V0-变换器输出电压，I0-变换器输出电流，D1-脉冲发生器输出脉冲电平，D2-触发器输出脉冲电平。
变换器由两级构成。第一级为预稳定部分，它主要是将变化范围很宽的太阳能电池电压经过该部分电路预稳压后变成一固定电压。只要太阳能电池提供的能量可以足够给负载供电，该电压就一直保持恒定。第二级为变换部分；通过变压器，将前级的固定电压变换成稳定的直流电压。变换器主要有三种工作状态。一种状态为稳压状态，在太阳光充足，而负载功率小于变换器容量范围的情况下，变换器处于稳压工作状态，这时变换器的输出电压保持在预先整定的稳压值。另一种状态为限流状态，在太阳光充足而负载功率超出变换器容量范围时(如蓄电池深放电后)，变换器将处于限流状态，这时变换器满电流输出，输出电压即蓄电池电压，随着充电的不断进行，这个输出电压也将不断提高。第三种状态为功率适配状态，这也是该变换器最有特色的工作状态。在光照不强的时候，可能太阳能电池提供的能量不能满足负载的要求，因而其电压会降低。当电压降低到一定程度后，变换器的输出电压就不可能恒定，而将随输入电压的降低而降低，这时变换器就从稳压区或限流区脱离出来而进入功率适配状态。太阳能电池能提供多少能量，变换器就输出多少能量(该能量要除以转换效率，才为实际输出能量)。
功率适配电路主要是采用了占空比箝位技术如图3，当光照不够使太阳能电池电压跌落到一定值后，占空比不再增加。后级电压将随着输入电压的跌落而降低，变换器的输出电流也跟着降低，而变换器电流的降低反过来又使输入电压升高，一直到它们达到一种动态平衡。变换器的输出电压跟随蓄电池电压，其输出电流取决于太阳能电池的能量，太阳能电池能量越高，输出电流也越大，从而使变换器的输出功率跟随太阳能电池的功率。
占空比箝拉技术的基本原理如图3所示。其中脉冲发生器输出脉冲的占空比随输入电压，输出电流的变化而变化。输入电压降低，占空比增加，输出电流增加，占空比增加。在满载正常输入电压范围内，预稳压电路工作的占空比由脉冲发生器输出脉冲的占空比决定。当输入电压过低时，预稳压电路工作的占空比就由触发器决定，触发器产生一个固定占空比的脉冲，它决定了预稳压电路的最大占空比，从而实现对占空比的箝位。
电源变换器三种工作状态在电路图图4中的信号变换流程是这样1、正常状态输入电压高时信号流程V2↑→V1↑→D1↓→V1↓→V1平衡，V0平衡；2、正常状态输入电压底时信号流程V2↓→V1↓→D1↑→V1→V1↑平衡，↑V0平衡；3、非正常状态电压过低时信号流程V2↓→V1↓(由触发器箝位使占空比恒定)→V0↓、I0↓→I1↓、V1↑→V0↑、I0↑(但达不到原预定值)，此时功率平衡，使功率输出最为充分，利用率最高。
权利要求1.一种具有功率适配功能的太阳能稳压变换电源，包括一个预稳压电路(4)、一个二次变换电路(5)，其特征是该稳压变换电源还包括一个功率适配电路(6)；其中预稳压电路(4)的输入端与太阳能电池组(1)的输出端相连，输出端与二次变换电路(5)的输入端相连，该输出端还同时与功率适配电路(6)信号输入端相连。
2.如权利要求1所述的太阳能稳压变换电源，其特征是前述预稳压电路(4)是一个由二极管D和电容器C以及电感线圈L和开关管M构成的升压电路；电感线圈L的一端与太阳能电池组(1)的输出端相连，另一端与二极管D的一端相连，二极管D的另一端上接有电容器C，电容器的另一端与太阳能电池组的另一输出端相连，开关管M的一端接在电感线圈与二极管相连的节点上，其另一端与电容器的另一端一起接在太阳能电池的另一端上，开关管的控制端与功率适配电路的输出端相连；二次变换电路(5)是一种全桥变换电路，其原边经桥式整流电路(7)与预稳压电路的输出端相连；功率适配电路(6)是一种由脉冲发生器(8)、触发器(9)以及逻辑芯片(10)构成的具占空比箝位功能的反馈电路，该电路脉冲发生器的控制信号输入端与前述预稳压电路的输出端相连，(8)的输出端与触发器(9)及逻辑芯片(10)的输入端相连，触发器的输出端与逻辑芯片的输入端相连，逻辑芯片的输出端与前述稳电路中的开关管M的控制端相连。
专利摘要本实用新型所述电源变换器由预稳压电路(4)、二次变换电路(5)以及功率适配电路(6)组成;其中预稳压电路的输入端与太阳能电池组(1)的输出端相连,输出端与二次变换电路(5)输入端相连,该输出端还同时与功率适配电路(6)的信号输入端相连。本实用新型具有隔离和功率适配功能,大大提高了太阳能利用率,并可降低太阳能电池组容量,节省投资,极大地改善了供电品质和蓄电池工作条件,使不稳定的太阳能电池变换为稳定的直流电压。
文档编号H02N6/00GK2396566SQ99245199
公开日2000年9月13日 申请日期1999年10月29日 优先权日1999年10月29日
发明者周鹏飞, 王文渊 申请人:武汉洲际通信电源集团有限责任公司