专利名称：一种小功率光伏控制器输出短路保护电路的制作方法
一种小功率光伏控制器输出短路保护电路[技术领域]本发明涉及直流供电保护技术领域，具体的说是一种小功率光伏系统中的直流输出短路保护电路。为了解决能源短缺和环境恶化等方面的问题，包括中 国在内的多数国家都在大力发展光伏发电系统，将光伏发电系统作为未来主要的能源来源。光伏发电系统，因智能电网、输电电路建设费用巨大，目前已逐步转向为小型的户用光伏系统，单元功率控制在20Wp-500Wp，光伏发电系统与LED照明、直流供电系统，已逐步成为发展趋势，即光伏发出的直流电，储藏在直流储能单元中，并通过直流配电，直接给LED灯、直流风扇等设备直接供应直流电力。在小型户用光伏系统中，一般都是通过光伏充放电控制器直接供应给各用电设备，对输出短路一般都没有保护或采用空气开关、保险丝、快恢复保险丝，也有采用输出电流取样来关闭输出回路的方案，现行所有的方案，均不可靠，极易损坏输出开关电路。如何解决光伏控制器输出短路问题，是当前所有厂家都面临的难题。本发明的目的在于解决现有光伏控制器输出短路的问题，提供一种结构简单、保护性能稳定的保护电路。为实现上述目的，设计一种小功率光伏控制器输出短路保护电路，其特征在于直流电源的正端DC+连接电感LI和二极管Dl负极的抽头一端，电感LI另一端连接电解电容Cl正极，并抽头一端为直流输出端0UT+，二极管Dl正极一端与电解电容Cl负极相接并抽头一端为直流输出端0UT-，在二极管Dl正极和电解电容Cl负极之间抽头连接开关管Ql漏极，开关管Ql的相极上接有电阻Rl —端，并抽头一端连接二极管D2正极，电阻Rl另一端设有控制信号检测点，开关管Ql源极上设有电流取样电阻R3，电流取样电阻R3另一端连接直流电源的负端DC-并接地，在电阻R3和开关管Ql源极设有两个抽头线，第一个抽头线接有电阻R4 —端，电阻R4另一端连接电容C3 —端并抽头为电流检测信号点，电容C3另一端连接三极管Q2发射极并接地，第二个抽头线连接电阻R5 —端，电阻R5另一端连接三极管Q2基极，二极管D2负极连接三极管Q2集电极并抽头一端连接电阻R6，电阻R6另一端为电源检测信号点，通过该电路限制输出回路最大电流，提高光伏充电控制器的保护性能。直流输入端为蓄电池，通过DC+、DC_将直流电输入到由二极管D1、电感LI、电解电容Cl构成的电感及续流单元电路；开关管Q1、电阻Rl、R3、R5、R6、二极管D2、三极管Q2组成的电流检测及控制单元；电阻R4、电容C3为过载电流信号取样滤波电路中去。工作时，输出直流回路的负载电流，通过电流取样电阻R3，产生了一定的电压，Vi=I*R，使得正常工作时的Vi远小于三极管Q2的Vbe，Vbe —般约为0. 7V。当输出有短路时，流过电阻R3上的电流急剧增加，则使得Vi快速增加，当Vi>Vbe时，三极管Q2导通，则三极管Q2集电极的电压下降到O伏左右，此时二极管D2导通，并将开关管Ql的栅极电压拉低到接近0V，开关管Ql功率推出饱和导通，使得回路电流限制在I=Vbe/R3，从而保护了Ql0电感及续流单元电路的控制方法为当短路现象发生，扼制负载回路的电流快速增长，为三极管Q2的导通、保护功能赢得时间，使得在三极管Q2动作前，开关管Ql不被烧坏，因为电感上的电流不能特变，电感上的感应电压方程为VL=L(di/dt)，在开关管Ql导通时，发生输出短路时，回路电流应该为(Vin- VL) /R3，通过解微分方程，在短路时的极短时间内的电流是按照指数特性增长的，电感越大，电流增长的越缓慢，因为电感LI的扼制电流的能力，为三极管Q2、开关管Ql保护动作赢得了时间，使得保护稳定可靠。本发明与现有技术相比，利用电感越大，电流增长越缓慢的特性扼制输出回路中电流，保护开关单元，利用电流检测及控制单元对开关单元中的电流进行检测、取样，并反作用于开关单元，以保护开关单元内的功率器件，并提供缓冲时间，确保在过载保护电路动 作前，开关单元不被损坏。该保护电路结构简单、体积小，易于实施，保护性能安全可靠。图I为本发明的电原理图；图2为本发明流程示意图；下面结合附图
对本发明作进一步阐述，其构造及方法对本领域技术人员来说是可以实现的。本发明原理如图2所示，电路由直流单元、电感及续流单元、电流检测及控制单元、过载保护检测电路和开关单元六部分组成。直流单元指充电回路、蓄电池等，用来充电及存储能量；电感及续流单元内有电感、电容、二极管等元器件，用来平滑滤波及在输出回路有短路发生的情况下，抑制输出回路的电流快速增长，保护开关单元中的功率开关器件；开关单元主要是功率开关器件，用来开通、关闭直流输出；电流检测及控制单元内有电阻、二极管、三极管，用以电流取样、开关执行，对开关单元中的电流进行检测、取样，并反作用于开关单元，降低开关单元的饱和导通程度，保护开关单元内的功率器件，并为过载保护电路提供了一定的缓冲时间，确保在过载保护电路动作前，开关单元不被损坏。利用电流检测及控制单元检测开关单元中的电流，利用电感、二极管和三极管组成的电流检测及控制单元限制输出回路的最大电流，对设备进行保护，提高光伏充电控制器的短路保护性能。在实施例中，直流单元使用蓄电池；电感及续流单元由二极管D1、电感LI、电解电容Cl、电容C2构成；电流检测及控制单元由电阻R1、R2、R3、R5、R6、二极管D2、三极管Q2构成；过载保护检测电路由电阻R4、二极管C3构成；开关单元由开关管Ql构成。具体电路连接如图I所示,直流电源的正端DC+连接电感LI和二极管Dl负极的抽头一端，电感LI另一端连接电解电容Cl正极，并抽头一端为直流输出端0UT+，二极管Dl正极一端与电解电容Cl负极相接并抽头一端为直流输出端0UT-，在二极管Dl正极和电解电容Cl负极之间抽头连接开关管Ql漏极，开关管Ql的相极上接有电阻Rl —端，并抽头一端连接二极管D2正极，电阻Rl另一端设有控制信号检测点，开关管Ql源极上设有电流取样电阻R3，R3另一端连接直流电源的负端DC-并接地，在电阻R3和开关管Ql源极设有两个抽头线，第一个抽头线接有电阻R4 —端，电阻R4另一端连接电容C3 —端并抽头为电流检测信号点，电容C3另一端连接三极管Q2发射极并接地，第二个抽头线连接电阻R5 —端，电阻R5另一端连接三极管Q2基极，二极管D2负极连接三极管Q2集电极并抽头一端连接电阻R6，电阻R6另一端为电源检测信号点，通过该电路限制输出回路最大电流，提高光伏充电控制器的保护性能。 蓄电池通过DC+、DC_将直流电输入到由二极管D1、电感LI、电解电容Cl构成的电感及续流单元电路、开关管Q1、由电阻R1、R3、R5、R6、二极管D2、三极管Q2组成的电流检测及控制单元电路及由电阻R4、电容C3构成的过载电流保护电路中去。工作时，输出直流回路的负载电流，通过电流取样电阻R3，产生一定的电压Vi，Vi=I*R,正常工作时的Vi远小于三极管Q2的Vbe，Vbe 一般约为0. 7V。当输出有短路时，流过电阻R2、R3上的电流急剧增加，则使得Vi快速增加，当Vi>Vbe时，三极管Q2导通，三极管Q2集电极的电压下降到0伏左右，此时二极管D2导通，并将开关管Ql的栅极电压拉低到接近0V，开关管Ql功率推出饱和导通，使得回路电流限制在I=Vbe/(R3)，从而保护了开关管Ql。电感及续流单元电路中当短路现象发生时，扼制负载回路的电流快速增长，为三极管Q2的导通、保护功能赢得时间，使得在三极管Q2动作前，开关管Ql不被烧坏，因为电感上的电流不能特变，电感上的感应电压方程为VL=L(di/dt)，开关管Ql导通发生输出短路时，回路电流应该为(Vin- VL)/R3，通过解微分方程，在短路时的极短时间内的电流是按照指数特性增长的，电感越大，电流增长的越缓慢，利用电感LI的扼制电流的能力，为三极管Q2、开关管Ql保护动作赢得了时间，稳定可靠。本发明主要用在小型光伏发电系统中，输出电源为直流电，负载也都是直流用电的设备。
权利要求
1.一种小功率光伏控制器输出短路保护电路，其特征在于直流电源的正端DC+连接电感LI和二极管Dl负极的抽头一端，电感LI另一端连接电解电容Cl正极，并抽头一端为直流输出端OUT+，二极管Dl正极一端与电解电容Cl负极一端相接并抽头一端为直流输出端OUT-，在二极管Dl正极和电解电容Cl负极之间抽头连接开关管Ql漏极，开关管Ql的相极上接有电阻Rl —端，并抽头一端连接二极管D2正极，电阻Rl另一端设有控制信号检测点，开关管Ql源极上设有电流取样电 阻R3，R3另一端连接直流电源的负端DC-并接地，在电阻R3和开关管Ql源极设有两个抽头线，第一个抽头线接有电阻R4 —端，电阻R4另一端连接电容C3 —端并抽头为电流检测信号点，电容C3另一端连接三极管Q2发射极并接地，第二个抽头线连接电阻R5 —端，电阻R5另一端连接三极管Q2基极，二极管D2负极连接三极管Q2集电极并抽头一端连接电阻R6，电阻R6另一端为电源检测信号点，通过该电路限制输出回路最大电流，提高光伏充电控制器的保护性能。
2.—种小功率光伏控制器输出短路保护电路方法，其特征在于该方法为，直流输入端为蓄电池，通过DC+、DC-将直流电输入到由二极管D1、电感LI、电解电容Cl、电容C2构成的电感及续流单元电路；开关管Q1、电阻R1、R3、R5、R6、二极管D2、三极管Q2组成的电流检测及控制单元；电阻R4、电容C3为过载电流信号取样滤波电路中去， 工作时，输出直流回路的负载电流，通过并联电阻R2、R3的电流取样电阻，产生了一定的电压，Vi=I*R，使得正常工作时的Vi远小于三极管Q2的Vbe，Vbe —般约为0. 7V，当输出有短路时，流过电阻R2、R3上的电流急剧增加，则使得Vi快速增加，当Vi>Vbe时，三极管Q2导通，则三极管Q2集电极的电压下降到0伏左右，此时二极管D2导通，并将开关管Ql的栅极电压拉低到接近0V，开关管Ql功率推出饱和导通，使得回路电流限制在I=Vbe/R3，从而保护了 Ql。
3.如权利要求2所述的一种小功率光伏控制器输出短路保护电路方法，其特征在于电感及续流单元电路的方法为当短路现象发生，扼制负载回路的电流快速增长，为三极管Q2的导通、保护功能赢得时间，使得在三极管Q2动作前，开关管Ql不被烧坏，因为电感上的电流不能特变，电感上的感应电压方程为VL=L(di/dt)，在开关管Ql导通时，发生输出短路时，回路电流应该为(Vin- VL) / (R1//R2)，通过解微分方程，在短路时的极短时间内的电流是按照指数特性增长的，电感越大，电流增长的越缓慢，因为电感LI的扼制电流的能力，为三极管Q2、开关管Ql保护动作赢得了时间，使得保护稳定可靠。
全文摘要
本发明涉及直流供电保护技术领域，具体的说是一种小功率光伏系统中的直流输出短路保护电路，蓄电池通过DC+、DC-将直流电输入到由D1、L1、C1构成的电感及续流单元； Q1、R1、R3、R5、R6、D2、Q2组成的电流检测及控制单元；R4、C3为过载电流信号取样滤波电路中去。通过R3的电流取样电阻，产生一定的电压，正常工作时的Vi远小于三极管Q2的Vbe，当输出有短路时，流过电阻R2、R3上的电流急剧增加，当Vi>Vbe时，三极管Q2导通， Q2集电极的电压下降到0伏，二极管D2导通，开关管Q1的栅极电压拉低到接近0V，回路电流限制在I=Vbe/R3。本发明保护电路结构简单、体积小，易于实施，保护性能安全可靠。
文档编号H03K17/08GK102751969SQ20121023964
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者张强胜, 毛晓娟 申请人:上海先甲新能源科技有限公司