具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统的制作方法

本发明涉及太阳能空调领域，特别涉及一种具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统。

背景技术：

太阳能空调系统由太阳能电池、控制器、蓄电池和变频空调器等部分组成。现有的太阳能空调系统存在如下缺陷：控制器防雷保护措施不力，影响系统安全性能；蓄电池的多个单体蓄电池之间的容量和自放电不可避免的存在不一致的情形，影响蓄电池寿命。

同时，传统的太阳能控制电路采用蓄电池单电源供电、低电压断开的方式。这种方式会出现一个死循环：如果蓄电池的供电电压低于断开功能的设定电压，太阳能控制电路就会断开，并且太阳能控制电路自己无法自动恢复，原因在于太阳能控制电路只有在蓄电池电压足够高可以工作时，太阳能才能将输出的光能通过太阳能控制电路给蓄电池充电，太阳能控制器断开后即使太阳能输出有电，但蓄电池电压不够，太阳能控制器低电压断开，所以这部分电能无法充到蓄电池里面，由于太阳能电能无法充到蓄电池，这样蓄电池电压就不会上升，太阳能控制器就不会重新启动。

在通常的H桥逆变电路的设计应用中，四个桥臂采用相同的功率开关管(采用IGBT管或MOS管)，不论是采用IGBT管组成的H桥逆变电路，或是采用MOS管组成的H桥逆变电路，在实际应用中都存在一些问题。存在的问题如下：1、采用IGBT管时，由于IGBT管导通压降的非线性特性使得IGBT管的导通压降并不会随着导通电流的增加而显著增加，在满负荷工作时，逆变转换效率较高；反之，由于IGBT管导通压降的非线性特性使得IGBT管的导通压降并不会随着导通电流的减小而显著减小，在轻负荷时，逆变转换效率相对较低。另一方面是由于IGBT管的开关频率低，因此由IGBT管组成的H桥逆变电路的频率特性不理想。2、采用MOS管时，频率特性提高了，但由于MOS管的导通压降是线性的，使得MOS管的导通压降会随着导通电流的增加而显著增加，在满负荷工作时，逆变转换效率较低；反之，MOS管的导通压降也会随着导通电流的减小而显著减小，在轻负荷时，逆变转换效率相对较高。3、逆变效率会随前级直流源功率变化而变化。采用IGBT管组成的H桥逆变电路，逆变效率会随前级直流源功率的增大而增大；采用MOS管组成的H桥逆变电路，逆变效率会随前级直流源功率的增大而减小。在光伏发电逆变器或风能发电逆变器中，此电路的缺点显现的更突出。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可以有效防雷、提高系统安全性能、具有较好的自启动能力、避免出现死循环状态、不论负载是在轻载工作下还是在满载工作下都有较高的效率的具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统，包括太阳能电池、太阳能控制器、蓄电池和变频空调器，所述太阳能控制器包括充电电路、控制电路、防雷电路和放电电路，所述变频空调器包括逆变电路和压缩机，所述太阳能电池与所述充电电路连接，所述充电电路通过所述控制电路与所述放电电路连接，所述充电电路和放电电路还均与所述蓄电池连接，所述控制电路通过所述防雷电路与所述蓄电池连接，所述放电电路还通过所述逆变电路与所述压缩机连接；

所述控制电路包括太阳能控制端口、第三十一二极管、第三十二二极管、第三十三二极管、第三十四稳压管、第三十五二极管、第三十六二极管、第三十七稳压管、第三十一电阻、第三十二电阻、第三十三电阻、第三十一电容、第三十三电容、第三十一MOS管、集成稳压芯片和第三十一电感，所述太阳能端口的第一引脚和第二引脚均与所述太阳能电池的正极连接，所述太阳能端口的第三引脚和第四引脚均与所述太阳能电池的负极连接，所述太阳能端口的第二引脚还分别与所述第三十一二极管的阳极和第三十二二极管的阳极连接，所述第三十二二极管的阴极和第三十三二极管的阳极均与所述蓄电池的正极连接，所述第三十一二极管的阴极分别与所述第三十三二极管的阴极、第三十四稳压管的阴极、第三十三电阻的一端、第三十一电容的正极和集成稳压芯片的第一引脚连接，所述第三十四稳压管的阳极分别与所述第三十一电阻的一端和第三十二电阻的一端连接，所述第三十一MOS管的栅极与所述第三十二电阻的另一端连接，所述第三十一MOS管的源极分别与所述第三十一电阻的另一端、第三十五二极管的阳极和第三十六二极管的阳极连接，所述第三十五二极管的阴极与所述太阳能端口的第四引脚连接，所述第三十六二极管的阴极接地，所述第三十一MOS管的漏极分别与所述第三十三电阻的另一端和集成稳压芯片的第五引脚连接，所述第三十一电容的负极接地，所述集成稳压芯片的第三引脚接地，所述集成稳压芯片的第二引脚分别与所述第三十一电感的一端和第三十七稳压管的阴极连接，所述第三十七稳压管的阳极接地，所述第三十一电感的另一端通过所述第三十三电容接地，所述集成稳压芯片的第四引脚连接所述直流电源；

所述逆变电路包括第五十一IGBT管、第五十二IGBT管、第五十三MOS管、第五十四MOS管、第五十一二极管、第五十二二极管、第五十三二极管、第五十四二极管、第五十一电阻、第五十二电阻、第一交流电、第二交流电和交流源，所述第五十一IGBT管的集电极通过所述第五十一电阻与所述直流电源连接，所述第五十一二极管的阳极与所述第五十一IGBT管的发射极连接，所述第五十一二极管的阴极与所述直流电源连接，所述第五十二IGBT管的集电极通过所述第五十二电阻与所述直流电源连接，所述第五十二二极管的阳极与所述第五十二IGBT管的发射极连接，所述第五十二二极管的阴极与所述直流电源连接，所述第五十一IGBT管的发射极还分别与所述第一交流电的一端和第五十三MOS管的漏极连接，所述第五十三MOS管的源极接地，所述第五十三二极管的阳极接地，所述第五十三二极管的阴极与所述第五十三MOS管的漏极连接，所述第五十二IGBT管的发射极分别与所述第二交流电的一端和第五十四MOS管的漏极连接，所述第一交流电的另一端通过所述交流源与所述第二交流电的另一端连接，所述第五十四MOS管的源极接地，所述第五十四二极管的阳极接地，所述第五十四二极管的阴极与所述第五十四MOS管的漏极连接。

在本发明所述的具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统中，所述逆变电路还包括第五十三电阻和第五十四电阻，所述第五十三电阻的一端与所述第五十一IGBT管的发射极连接，所述第五十三电阻的另一端与所述第五十三MOS管的漏极连接，所述第五十四电阻的一端与所述第五十二IGBT管的发射极连接，所述第五十四电阻的另一端与所述第五十四MOS管的漏极连接。

在本发明所述的具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统中，所述逆变电路还包括第五十五电阻和第五十六电阻，所述第五十五电阻的一端与所述第五十三MOS管的源极连接，所述第五十五电阻的另一端接地，所述第五十六电阻的一端与所述第五十四MOS管的源极连接，所述第五十六电阻的另一端接地。

在本发明所述的具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统中，所述第五十一IGBT管和第五十二IGBT管均为N型IGBT管。

在本发明所述的具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统中，所述第五十三MOS管和第五十四MOS管均为P沟道MOS管。

实施本发明的具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统，具有以下有益效果：由于设有防雷电路，这样就可以有效防雷，提高系统安全性能；另外，控制电路具有良好的自启动能力，避免了现有技术中常出现的死循环状态，逆变电路相对于现有的H桥逆变电路，不论负载是在轻载工作还是在满载的工作情况下，都有较高的效率，具有明显的节能效果；所以其可以有效防雷、提高系统安全性能、具有较好的自启动能力、避免出现死循环状态、不论负载是在轻载工作下还是在满载工作下都有较高的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中控制电路的电路原理图；

图3为所述实施例中逆变电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统实施例中，该具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统的结构示意图如图1所示。图1中，该具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统包括太阳能电池PV、太阳能控制器1、蓄电池BAT和变频空调器2，其中，太阳能控制器1包括充电电路11、控制电路12、防雷电路14和放电电路13，变频空调器2包括逆变电路21和压缩机22，太阳能电池PV与充电电路11连接，充电电路11通过控制电路12与放电电路13连接，充电电路11和放电电路13还均与蓄电池BAT连接，控制电路12通过防雷电路14与蓄电池BAT连接，放电电路13还通过逆变电路21与压缩机22连接。太阳能电池PV是将太阳的辐射转换为电能，或送往蓄电池BAT中存储起来，或推动变频空调器2工作。太阳能控制器1的作用是控制整个具有控制和H桥逆变的太阳能空调系统的工作状态，并对蓄电池BAT起到过充电保护和过放电保护的作用。蓄电池BAT的作用是在有光照时将太阳能电池PV所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。变频空调器2作为交流源，可以方便地调速。

太阳能控制器1通过其防雷电路14可以有效防雷，增强系统的防雷能力，提高系统的安全性能，蓄电池BAT在不损失太阳能转换能量的前提下，提高了蓄电池组3的充电效率及太阳能电源的实际使用效率，蓄电池BAT进行充电的同时又可以保证蓄电池BAT的活性，避免了蓄电池BAT发生沉积，从而较大程度的延长了蓄电池BAT的寿命。

图2为本实施例中控制电路的电路原理图。图2中，控制电路12包括太阳能控制端口XS1、第三十一二极管D31、第三十二二极管D32、第三十三二极管D33、第三十四稳压管D34、第三十五二极管D35、第三十六二极管D36、第三十七稳压管D37、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十一电容C31、第三十三电容C33、第三十一MOS管Q31、集成稳压芯片U31和第三十一电感L31，其中，第三十一二极管D31和第三十三二极管D33未防反二极管，第三十二二极管D32为可控硅整流管，第三十二电阻R32为限流电阻，用于进行过流保护。本实施例中，第三十一MOS管Q31为N沟道MOS管，当然，在本实施例的一些情况下，第三十一MOS管Q31也可以为P沟道MOS管，但这时控制电路的结构要相应发生变化。

本实施例中，太阳能端口XS1的第一引脚和第二引脚均与太阳能电池的正极PV+连接，太阳能端口XS1的第三引脚和第四引脚均与太阳能电池PV-的负极连接，太阳能端口XS1的第二引脚还分别与第三十一二极管D31的阳极和第三十二二极管D32的阳极连接，第三十二二极管D32的阴极和第三十三二极管D33的阳极均与蓄电池的正极BAT+连接，第三十一二极管D31的阴极分别与第三十三二极管D32的阴极、第三十四稳压管D34的阴极、第三十三电阻R33的一端、第三十一电容C31的正极和集成稳压芯片U31的第一引脚连接，第三十四稳压管D34的阳极分别与第三十一电阻R31的一端和第三十二电阻R32的一端连接。第三十一电容C31可以增加电路的稳定性，消除电源波动。

本实施例中，第三十一MOS管Q31的栅极与第三十二电阻R32的另一端连接，第三十一MOS管Q31的源极分别与第三十一电阻R31的另一端、第三十五二极管D35的阳极和第三十六二极管D36的阳极连接，第三十五二极管D35的阴极与太阳能端口XS1的第四引脚连接，第三十六二极管D36的阴极接地，第三十一MOS管Q31的漏极分别与第三十三电阻R33的另一端和集成稳压芯片U31的第五引脚连接，第三十一电容C31的负极接地，集成稳压芯片U6的第三引脚接地，集成稳压芯片U31的第二引脚分别与第三十一电感L31的一端和第三十七稳压管D37的阴极连接，第三十七稳压管D37的阳极接地，第三十一电感L31的另一端通过第三十三电容C33接地，集成稳压芯片U31的第四引脚连接直流电源VDD。

太阳能电池的正极PV+经过第三十二二极管D32输出到蓄电池正极BAT+，太阳能电池的正极PV+经过第三十一二极管D31、蓄电池正极BAT+经过第三十三二极管D33连接到第三十四稳压管D34的阴极，经过第三十四稳压管D34和第三十一电阻R31后分别到达接地端GND和太阳能电池的负极PV-，为了防止电流逆向，在第三十一电阻R31接地和连接至太阳能电池的负极PV-之前分别设有第三十五二极管D35、第三十六二极管D36，太阳能电池的正极PV+和蓄电池的正极BAT+分别通过第三十一二极管D31和第三十三二极管D33后都连接到集成稳压芯片U31的第一引脚为其提供工作电源。

集成稳压芯片U31的第五引脚为低电平时，系统进行工作；集成稳压芯片U31的第五引脚为高电平时，系统不工作；第三十一MOS管Q31的栅极和源极之间电压大于VDD时(例如：当VDD等于5V时，即Vgs>5V)，第三十一MOS管Q31导通，此时第三十一MOS管Q31的漏极与源极导通，集成稳压芯片U31的第五引脚接地，为低电平，系统处于工作状态；第三十一MOS管Q31的栅极和源极之间电压小于VDD时(例如：当VDD等于5V时，即Vgs<5V)，第三十一MOS管Q31截止，第三十一MOS管Q31截止的漏极与源极截止，集成稳压芯片U31的第五引脚为高电平，系统处于不工作状态。第三十四稳压管D34在合理反向电流范围内自身电压恒定。本发明可以有效防雷、提高系统安全性能、蓄电池进行充电的同时又可以保证蓄电池的活性、能延长蓄电池的寿命、能提高对蓄电池的充电效率、延长蓄电池的用电时间、具有较好的自启动能力、避免出现死循环状态。

本实施例中，控制电路12还包括第三十二电容C32，第三十二电容C32的一端与第三十一MOS管Q31的漏极连接，第三十二电容C32的另一端与集成稳压芯片U31的第五引脚连接。第三十二电容C32用于防止第三十一MOS管Q31和集成稳压芯片U31之间的干扰。

本实施例中，控制电路12还包括第三十四电阻R34，第三十四电阻R34的一端与第三十一二极管D31的阴极连接，第三十四电阻R34的另一端与集成稳压芯片U31的第一引脚连接。本实施例中，控制电路12还包括第三十五电阻R35，第三十五电阻R35的一端与集成稳压芯片U31的第四引脚连接，第三十五电阻R35的另一端与直流电源VDD连接。第三十四电阻R34和第三十五电阻R35均为限流电阻，用于进行过流保护。

本实施例中，控制电路12还包括第三十六电阻R36，第三十六电阻R36的一端与集成稳压芯片U31的第二引脚连接，第三十六电阻R36的另一端与第三十一电感L31的一端连接。第三十六电阻R36限流电阻，用于进行过流保护。

图3是本实施例中逆变电路的电路原理图。图3中，该逆变电路21包括第五十一IGBT管Q51、第五十二IGBT管Q52、第五十三MOS管Q53、第五十四MOS管Q54、第五十一二极管D51、第五十二二极管D52、第五十三二极管D53、第五十四二极管D54、第五十一电阻R51、第五十二电阻R52、第一交流电AC1、第二交流电AC2和交流源。其中，第五十一IGBT管和第五十二IGBT管Q52为上半桥的功率开关元件，第五十三MOS管Q53和第五十四MOS管Q54为下半桥的功率开关元件。第五十一电阻R51和第五十二电阻R52均为限流电阻，用于进行过流保护，提高系统的安全性能。

本实施例中，第五十一IGBT管Q51的集电极通过第五十一电阻R51与直流电源VDD连接，第五十一二极管D51的阳极与第五十一IGBT管Q51的发射极连接，第五十一二极管D51的阴极与直流电源VDD连接，第五十一二极管D51是第五十一IGBT管Q51的保护二极管。第五十二IGBT管Q52的集电极通过第五十二电阻R52与直流电源VDD连接，第五十二二极管D52的阳极与第五十二IGBT管Q52的发射极连接，第五十二二极管D52的阴极与直流电源VDD连接，第五十二二极管D52是第五十二IGBT管Q52的保护二极管。

本实施例中，第五十一IGBT管Q51的发射极还分别与第一交流电AC1的一端和第五十三MOS管Q53的漏极连接，第五十三MOS管Q53的源极接地，第五十三二极管D53的阳极接地，第五十三二极管D53的阴极与第五十三MOS管Q53的漏极连接，第五十三二极管D53是第五十三MOS管Q53的保护二极管。第五十二IGBT管Q52的发射极分别与第二交流电AC2的一端和第五十四MOS管Q54的漏极连接，第一交流电AC1的另一端通过交流源与第二交流电AC2的另一端连接，第五十四MOS管Q54的源极接地，第五十四二极管D54的阳极接地，第五十四二极管D54的阴极与第五十四MOS管Q54的漏极连接。第五十四二极管D54是第五十四MOS管Q54的保护二极管。

当控制电路12的PWM控制信号控制第五十一IGBT管Q51导通、第五十二IGBT管Q52关断，同时控制电路12的SPWM控制信号控制第五十四MOS管Q54导通、第五十三MOS管Q53关断时，电流方向由直流电源VDD经第五十一IGBT管Q51、第一交流电AC1、交流源、第二交流电AC2、第五十四MOS管Q54到接地GND；当控制电路12的PWM控制信号控制第五十二IGBT管Q52导通、第五十一IGBT管Q51关断；同时SPWM控制信号控制第五十三MOS管Q53导通、第五十四MOS管Q54关断时，电流方向由直流电源VDD经第五十二IGBT管Q52、第二交流电AC2、交流源、第一交流电AC1、第五十三MOS管Q53到接地GND；在一个循环周期内，交流源上流过的电流是交流。逆变出的交流电的幅值由SPWM控制信号的频率和占空比决定。

本发明中上臂的第五十一IGBT管Q51和第五十二IGBT管Q52只工作在50Hz，而传统技术中，上下对臂管子工作在同一频率，本发明而同现有技术相比大大降低了管子的开关频率，因此减少了逆变器对电网的电磁干扰和污染。

在工作控制方式上，逆变电路21采用双频率(一路高频和一路低频)控制方式。上半桥的第五十一IGBT管Q51和第五十二IGBT管Q52只作为电流极性控制器件，由第一PWM控制信号控制逆变出的正弦交流电的极性，工作在工频50Hz；下半桥的第五十三MOS管Q53和第五十四MOS管Q54进行SPWM高频切换，由第二SPWM控制信号控制逆变电路输出的正弦交流电的幅值，其工作频率在20kHz～40KHz。

本实施例中，逆变电路21还包括第五十三电阻R53和第五十四电阻R54，第五十三电阻R53的一端与第五十一IGBT管Q51的发射极连接，第五十三电阻R53的另一端与第五十三MOS管Q53的漏极连接，第五十四电阻R54的一端与第五十二IGBT管Q52的发射极连接，第五十四电阻R54的另一端与第五十四MOS管Q54的漏极连接。第五十三电阻R53和第五十四电阻R54均为限流电阻，用于进行过流保护，进一步提升系统的安全性能。

本实施例中，该逆变电路21还包括第五十五电阻R55和第五十六电阻R56，第五十五电阻R55的一端与第五十三MOS管Q53的源极连接，第五十五电阻R55的另一端接地，第五十六电阻R56的一端与第五十四MOS管Q54的源极连接，第五十六电阻R56的另一端接地。第五十五电阻R55和第五十六电阻R56均为限流电阻，用于进行过流保护，更进一步提升系统的安全性能。

本实施例中，第五十一IGBT管Q51和第五十二IGBT管Q52均为N型IGBT管。第五十三MOS管Q53和第五十四MOS管Q54均为P沟道MOS管。当然，在本实施例的一些情况下，第五十一IGBT管Q51和第五十二IGBT管Q52也可以为P型IGBT管，第五十三MOS管Q53和第五十四MOS管Q54也可以为N沟道MOS管，但这时逆变电路21的电路结构也要相应发生变化。

总之，本发明由于设有防雷电路14，这样就可以有效防雷，提高系统安全性能；另外，控制电路12具有良好的自启动能力，避免了现有技术中常出现的死循环状态。逆变电路21的上半桥的五十一IGBT管Q51和第五十二IGBT管Q52只作为电流极性控制器件，其开关频率只有50Hz，充分利用了IGBT管的大电流低导通压降的特性，避开了IGBT管高频特性差的弱点，从而降低总损耗和逆变器的输出电磁干扰。由下半桥的第五十三MOS管Q53和第五十四MOS管Q54控制逆变电路21输出的正弦交流电的幅值，其开关频率工作在30KHz左右，充分利用了MOS管的高频特性和导通压降是线性的特性，以适应交流负载的变化及前级直流源功率的变化。同现有技术相比大大降低了管子的开关频率，因此减少了逆变器对电网的电磁干扰和污染。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。