专利名称：高频开关整流电源和太阳能混合配电柜中的功率控制模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种功率控制电路，特别涉及的是一种应用于在高频开
关整流电源和太阳能混合配电拒中，对太阳能电源供电部分采用的PWM模式功 率控制模块。
背景技术：
电力是国民经济发展的一个重要的动力基础，随着国家对电力系统建设投入 力度不断加强以及电力网络覆盖面积不断扩大，从而使供电质量也在不断的提高， 但是仍然存在一些地区，交流供电不稳定、交流电网供电质量差并且太阳能光伏 电源又不能完全满足要求的地区，为此一种高频开关整流电源和太阳能混合配电 拒应运而生，目前业已在市场上投放使用，其实质上是由太阳能电源供电和高频 开关整流供电集成在一起，实现两路不同的直流电压共同为用电设备和蓄电池组 供电的作用。请参阅图l所示，其为现有的高频开关整流电源和太阳能混合配电 拒的功能结构示意图；所述的高频开关整流电源和太阳能混合配电柜，由交流接 触器06、高频开关整流电源05、太阳能光伏电池板01及蓄电池组03组成，220V 交流电经交流接触器至高频开关电源05,把220V交流电转换成标称为48V的直 流后，输出到直流配电控制单元02，直流配电控制单元02对来自高频开关整流 电源05、太阳能光电池板01和蓄电池组03的48V直流电进行统一管理和控制， 实现太阳能和交流电的交互变换输出，为用电设备04供电并随时向蓄电池组03 充电。该系统通常可设置为太阳能主用模式和交流市电主用模式，正常情况下分 别由太阳能和交流市电供电，只有在发生电能不足时才切换到另一路供电方式。
混合供电系统多用于无人值守的直流供电站，对系统稳定性要求极高。在混 合机拒中，太阳能供电部分普遍釆用PWM方式进行调节和控制，请参阅图2所 示，其为现有的PWM太阳能控制器的功能结构简图，其包括PWM太阳能功率 的控制模块5、供电系统直流检测与控制模块4、交流检测与控制模块2、供电系 统主控制器1以及高频开关整流模块3,而PWM太阳能功率控制模块5是太阳能
4供电系统中的关键部件，如何在主控制器1的控制之下，根据其指令对太阳能电 池板转换的电能进行调节，如何使电池板的输出电压保持稳定，为用电负载提供
稳定、可靠的直流电能；如何同时对蓄电池组进行充、放电维护，以使蓄电池组 尽可能处于最佳状态，这对本领域技术人员来说都是急待解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的在于，提供一种高频开关整流电源和太阳能混合配电柜中 的功率控制模块，用以解决上述问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种高频开关整流电源和太阳能混合配 电拒中的功率控制模块，其用以完成高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中对 太阳能光伏电池的榆出电压调节、直流过压保护功能，其包括
功率开关部件，其与太阳能电池板相连；
PWM检测单元用以检测PWM驱动波，以判断电路工作正常与否，其与所述 的功率开关部件相连；
驱动电路用以进行电平隔离和转换，转换电平为所述功率开关部件提供驱动
PWM控制单元，其与所述的驱动电路相连，用以产生作为驱动电路输入信号 的PWM波；
PWM主控制单元与所述的PWM控制单元相连；
还包括一备用控制单元，设置于所述的驱动电路和所述PWM主控制单元之 间，用以进行过压保护，以及在所述PWM主控制单元发生故障时启用。
较佳的，所述的功率开关部件是由整流二极管与固态继电器串联组成。
较佳的，所述的PWM主控制单元其是由放大器，反馈电路以及CPU控制电 路组成，所述的反馈电路的一端与所述功率开关部件的固态继电器一端相串联， 其另一端与所述的放大器的第一输入端相连，所述放大器的第二输入端获得所述 的基准电压，所述的基准电压是由CPU控制电路设定的。
较佳的，所述的反馈电路是由分压电阻网络组成，对输出电压采样得到误差 信号。
较佳的，所述的PWM控制单元是由锯齿波发生器、PWM比较电路组成，所 述锯齿波发生器输入端与所述的PWM主控制单元的放大器输出端相连接，所述
5锯齿波发生器输出端同时与所述PWM比较电路的输入端相连接。
较佳的，所述的备用控制单元包括
一电源输入接口电路其与一电压变换电路相连，用以向备用控制单元供电， 所述的电源输入接口电路还分别与一第一比较电路和第二比较电路相连，所述的 第一比较电路与一计数电路相连，所述的第二比较电路以及计数电路的输出端分 别与一控制命令接口电路相连，所述的控制命令接口电路的一控制端通过所述的 驱动电路与所述的功率开关部件的固态继电器相连，所述的控制命令接口电路的 另一控制端与所述的CPU控制电路相连。
较佳的，所述的第二比较电路为一可调比较器。
较佳的，所述的第一比较电路为一定值比较器。
较佳的，所述的PWM主控制单元与PWM太阳能控制器的主控制器通过
RS485串口通信协议进行数据通信。
较佳的，还包括一个报警装置，其与所述的控制命令接口电路相连接。 与现有技术比较本实用新型的优点在于，能够有效的抵御突发状况，提高了
太阳能电源供应部分的稳定性，从而给增强了整个高频开关整流电源和太阳能混
合配电拒使用中的安全性。
图1为现有的高频开关整流电源和太阳能混合配电拒的功能结构示意图； 图2为现有的高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中PWM太阳能控制器结构 简图3为本实用新型高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控 制模块的功能结构图4为本实用新型高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控 制模块一较佳实施例的结构简图5为本实用新型高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控 制模块的备用控制单元的结构简图6为本实用新型高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控 制模块的备用控制单元的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图3所示，其为本实用新型高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中 的功率控制模块的功能结构图，其包括功率开关部件51、 PWM检测单元52、 驱动电路53、 PWM控制单元54以及PWM主控制单元56,其中所述的功率开关 部件51与所迷的太阳能电池^反6相连；所述的PWM检测单元53用以检测PWM 驱动波，以判断电路工作正常与否，其与所述的驱动电路53相连；所述的驱动电 路53用以进行电平隔离和转换，转换电平为所述功率开关部件51提供驱动信号， 其设置于所述的功率开关部件51与所述的PWM检测单元53之间；所述的PWM 控制单元54，其与所述的驱动电路52相连，用以产生作为驱动电路52输入信号 的PWM波；所述的PWM主控制单元56，其设定一基准电压来控制输出电压的 大小，对太阳能电池板6熔丝检测电路的检测结果进行判断，同时对PWM太阳 能控制器的主控制器1的工作状态进行检测，并根据检测结果作出相应的判断， 同时与PWM太阳能控制器的主控制器1进行通信，上传检测信息，接收PWM 太阳能控制器的主控制器1发布的指令或数据，所述的PWM主控制单元56与 PWM太阳能控制器的主控制器1通过RS485串口通信协议进行数据通信的，所 述的PWM主控制单元56与所述的PWM控制单元54相连，还包括一个备用控 制单元55设置于所述的驱动电路52和所述PWM主控制单元56之间， 一方面担 负正常工作时的过压保护，另一方面当所述PWM主控制单元56发生故障时，所 述的备用控制单元55启动，实现简单的电压控制，并且当输出电压高出备用控制 单元55的设定值时，备用控制单元55关闭输出，当直流电压降低到一设定值时， 备用控制单元55连通输出。
请参阅图4所示，其为本实用新型高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中 的功率控制模块一较佳实施例的结构筒图；其是对图3所示功能模块的细化，所 述的功率开关部件51是由固态继电器511与整流二极管512串联组成，所述固态 继电器511的控制端与所述的驱动电路52的输出端相连；所述的PWM主控制单 元56其是由放大器562,反馈电路563以及CPU控制电路561组成，所述的反 馈电路563是由分压电阻网络组成，对输出电压采样得到误差信号，所述的PWM 控制单元54是由锯齿波发生器542、 PWM比较电路541组成，所述CPU控制电
7路561产生基准电压以及所述的反馈电路563产生的误差信号通过所述的放大器 562输入至所述PWM比较电路541的一输入端，所述锯齿波发生器542产生一线 性锯齿波输入至所述PWM比较电路541的另一输入端，从而产生方波也就是 PWM波，所述的误差信号对输出电压进行调节和控制；一 PWM纟全测电路53的 输入端接收所述的PWM波，并进行检测，以判断PWM控制电路54工作正常与 否；所述的反馈电路563的一端与所述功率开关部件的固态继电器511的一端相 串联，其另一端与所述的放大器562的第一输入端相连，所述放大器562的第二 输入端获得所述的基准电压，所述的基准电压是由CPU控制电路561设定的；还 包括一备用控制单元55,其设置于所述的驱动电路52和所述CPU控制电路561 之间，其一方面用于PWM主控制单元56工作正常时的过压保护，另一方面在 PWM主控制单元56出现故障时进行的电压调整。
请参阅图5所示，其为本实用新型高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中 的功率控制模块的备用控制单元的结构简图；所迷的备用控制单元包括
一电源输入接口电路551其一方面与一电压变换电路552相连，用以向备用 控制单元55供电，另一方面所述的电源输入接口电路551分别与一第一比较电路 553和第二比较电路555相连，所述的第二比较电路555包括一可调比较器，所 述的第一比较电路553包括一定值比较器，所述的第一比较电路553与一计数电 路554相连，所述的第二比较电路555以及计数电路554的输出端分别与一控制 命令接口电路556相连，所述的控制命令接口电路556的一控制端通过所述的驱 动电路52与所述的功率开关部件的固态继电器511相连，所述的控制命令接口电 路556的另一控制端与所述的CPU控制电路561相连；还包括一个报警装置557, 其与所述的控制命令接口电路556相连接，当电压异常开关固态继电器时，在断 开状态下输出告警信号。
请参阅图6所示，其为本实用新型高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中 的功率控制模块的备用控制单元的工作流程图；其包括的步骤为
步骤a:检测PWM主控制单元工作是否正常，若正常执行步骤f,反之，则 执行下述步骤b;
步骤b:启用备用控制单元；
步骤c:检验输入的检测电压是否高于阈值ul,若高于执行下述步骤e,若低 于则执行下述步骤d;
8步骤d:检验输入的检测电压是否低于阈值u2,若高于执行下述步骤f,若低 于则执行下述步骤e;
步骤e:切断继电器的控制开关，进行t分钟的延时，执行上述步骤c; 步骤f:闭合继电器的控制开关。
请结合图5所示，对于步骤a所述的检测主控制电路工作是否正常，其是通 过备用控制单元55的控制命令接口电路556的一主控制器信号输入接口实现的， 当短路时不起动备用控制单元；如果反之，说明PWM主控制单元发生了故障(这 种故障可能是硬件的也可能是软件引起的)，则启用备用控制单元；对于步骤c 中检验输入的检测电压(其是由电源输入接口电路551输入的电压信号进行检测) 是否高于阈值ul,其是通过所述的第一比较电路的定值比较器来实现的，以阈值 ul为62V为例，当输入电压高于62V时，将输出开关动作，使继电器的开关打 开接地，不会对驱动电路52造成破坏，同时计数电路554开始计时，延时时间t 分钟为2分钟，2分钟以后重新对输入信号进行检测；若当输入电压低于62V时， 则进行步骤d,检验输入的检测电压是否低于阈值u2,其是通过所述的第二比较 电路553可调预设电压的可调比较器来实现的，其预设电压域为(51V， 55V)其 中u2属于(51V, 55V),当输入低于u2时，所述的可调比较器输出信号给所述 的控制命令接口电路的继电器开关闭合，此时PWM控制单元54的接口与所述的 驱动电路52的接口正常导通；若高于，则执行步骤e,如此循环工作直至输入正 常。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性的， 而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范 围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本实用新型的保护范围 内。
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权利要求1、一种高频开关整流电源和太阳能混合配电柜中的功率控制模块，其包括功率开关部件，其与太阳能电池板相连；PWM检测单元用以检测PWM驱动波，以判断电路工作正常与否，其与所述的功率开关部件相连；驱动电路用以进行电平隔离和转换，转换电平为所述功率开关部件提供驱动信号，其分别与所述的功率开关部件和所述的PWM检测单元相连接；PWM控制单元，其与所述的驱动电路相连，用以产生作为驱动电路输入信号的PWM波；PWM主控制单元与所述的PWM控制单元相连；其特征在于还包括一备用控制单元，设置于所述的驱动电路和所述PWM主控制单元之间，用以进行过压保护，以及在所述PWM主控制单元发生故障时启用。
2、 根据权利要求1所述的高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控制模块，其特征在于，所述的功率开关部件是由整流二极管与固态继电器串联组成。
3、 根据权利要求1所述的高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控制模块，其特征在于，所述的PWM主控制单元其是由放大器，反馈电路以及CPU控制电路组成，所述的反馈电路的一端与所述功率开关部件的固态继电器一端相串联，其另一端与所述的放大器的第一输入端相连，所述放大器的第二输入端获得所述的基准电压，所述的基准电压是由CPU控制电路设定的。
4、 根据权利要求3所述的高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控制模块，其特征在于，所述的反馈电路是由分压电阻网络组成，对输出电压采样得到误差信号。
5、 根据权利要求1或4所述的高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控制模块，其特征在于，所述的PWM控制单元是由锯齿波发生器、PWM比较电路组成，所述锯齿波发生器输入端与所述的PWM主控制单元的放大器输出端相连接，所述锯齿波发生器输出端同时与所述PWM比较电路的输入端相连接。
6、 根据权利要求1所述的高频开关整流电源和太阳能混合配电柜中的功率控制模块，其特征在于，所述的备用控制单元包括一电源输入接口电路其与一电压变换电路相连，用以向备用控制单元供电，所述的电源输入接口电路还分别与一第一比较电路和第二比较电路相连，所述的第一比较电路与一计数电路相连，所述的第二比较电路以及计数电路的输出端分别与一控制命令接口电路相连，所述的控制命令接口电路的一控制端通过所述的驱动电路与所述的功率开关部件的固态继电器相连，所述的控制命令接口电路的另一控制端与所述的CPU控制电路相连。
7、 根据权利要求6所述的高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控制模块，其特征在于，所述的第二比较电路为一可调比较器。
8、 根据权利要求6所述的高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控制模块，其特征在于，所述的第一比较电路为一定值比较器。
9、 根据权利要求1所述的高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控制模块，其特征在于，所述的PWM主控制单元与PWM太阳能控制器的主控制器通过RS485串口通信协议进行数据通信。
10、 根据权利要求6所述的高频开关整流电源和太阳能混合配电拒中的功率控制模块，其特征在于，还包括一个报警装置，其与所述的控制命令接口电路相连接。
专利摘要本实用新型为一种高频开关整流电源和太阳能混合配电柜中的功率控制模块，其用以完成太阳能光伏电池的输出电压调节、直流过压保护功能，所述的PWM太阳能功率控制模块，其包括功率开关部件、PWM检测单元其与所述的功率开关部件相连；驱动电路其设置于所述的功率开关部件与所述的PWM检测单元之间；PWM控制单元，其与所述的驱动电路相连；PWM主控制单元与所述的PWM控制单元相连，还包括一备用控制单元，设置于所述的驱动电路和所述CPU控制电路之间，用以进行过压保护，以及在所述PWM主控制单元发生故障时启用，从而能够有效的抵御突发状况，提高整个混合配电柜的稳定性和安全性。
文档编号H02J7/00GK201274412SQ200820108610
公开日2009年7月15日 申请日期2008年6月10日 优先权日2008年6月10日
发明者晓 李, 毛法兵, 潘耀杰, 赵志勇 申请人:北京意科通信技术有限责任公司