一种光伏UPS离网逆变器系统的制作方法

本实用新型涉及光伏逆变电源领域，特别涉及一种光伏UPS离网逆变器系统。

背景技术：

人类社会的每一次变革发展，都离不开新能源的使用，能源对科技发展以及人们的生活水平的提高起着极其重要的作用。在传统能源中，以煤炭、石油。天然气等化石能源为主，虽然传统能源的使用促进了工业发展，但同时也引发了一系列的生态环境恶化。化石能源的资源有限，在不合理的使用下，终究会耗尽。因此，为满足能源需求的可持续发展，对新能源的研究已引起高度的重视。

在科技与互联网高速发展的时代，需要大量不间断工作的互联网服务器设施和工业设施。如计算机网络系统，电力电子设备如电磁阀以及压力变送器等，这些设备的共同特点是需要稳定的、不间断的电力供应。这些设备的稳定工作对电网的稳定性提出非常高的要求。电网电压不稳定，临时停电等紧急情况的出现都会造成大量设备的停止工作，甚至对设备造成损坏，对企业和社会造成极大的损失。

传统的UPS（Uninterruptible Power System，即不间断电源）电源在电网不稳定时及时接入用电设备，由于蓄电池与电网的切换时间非常短，这样便可实现对用电设备暂时的不间断供电且保护重要设备不受损坏。当用电设备较多且电网故障时间较长时，蓄电池容量有限进而供电时间大大缩短，势必会造成设备停机。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种光伏UPS离网逆变器系统，可保证用电设备在电网故障时间较长时具有充足的电能供电，不会造成停机。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种光伏UPS离网逆变器系统，包括太阳能电池板、EMI滤波器、用于跟踪太阳能电池板的最大功率点的BUCK降压电路、蓄电池、用于进行同步整流的同步整流电路、用于将整流后的直流电逆变为交流电的全桥拓扑电路、EMC滤波器、用于向所述同步整流电路提供第一驱动信号的驱动电路模块、用于向全桥拓扑电路提供第二驱动信号的DSP控制器、以及用于驱动所述全桥拓扑电路的全桥开关管驱动模块；

所述太阳能电池板、EMI滤波器、BUCK降压电路、蓄电池、同步整流电路、全桥拓扑电路和EMC滤波器依次连接，所述EMC滤波器还分别连接负载和电网，所述驱动电路模块连接所述同步整流电路，所述DSP控制器的EPWM模块通过所述全桥开关管驱动模块连接所述全桥拓扑电路。

进一步地，所述BUCK降压电路包括第一开关管、第一二极管、第一电感、第一电容和第二二极管，所述第一开关管的漏极连接EMI滤波器和太阳能电池板的正极，所述第一开关管的源极通过第一电感连接所述第二二极管的正极和第一电容的一端，也连接所述第一二极管的负极，所述第一二极管的正极连接EMI滤波器和太阳能电池板的负极、第一电容的另一端、蓄电池的负极和同步整流电路，所述蓄电池的正极连接第二二极管的负极，也连接所述同步整流电路。

进一步地，所述同步整流电路包括由第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管组成的第一电桥、变压器、以及由第六开关管、第七开关管、第八开关管和第九开关管组成的第二电桥，所述第一电桥连接所述变压器的原边，还连接所述蓄电池的正极和负极、第二二极管的负极和第一电容的另一端，所述第二电桥连接所述变压器的副边，也连接所述全桥拓扑电路。

进一步地，所述全桥拓扑电路包括第二电感、第二电容、由第十开关管、第十一开关管、第十二开关管和第十三开关管组成的第三电桥、第三电感和第三电容，所述第二电感的一端连接所述第二电桥，所述第二电感的另一端连接第三电桥和第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接第二电桥，也连接第三电桥，所述第三电桥还通过所述第三电感连接第三电容的一端、EMC滤波器和负载的一端，所述负载的另一端连接EMC滤波器和第三电桥，所述第三电容的另一端也连接所述EMC滤波器和第三电桥。

优选的，所述光伏UPS离网逆变器系统还包括过压保护模块、过流保护模块、过热保护模块、交流端电流采样模块、蓄电池电压采样模块、母线电压采样模块、电网检测模块和负载检测模块，所述过压保护模块、过流保护模块和过热保护模块均与所述DSP控制器的GPIO模块连接，所述交流端电流采样模块、蓄电池电压采样模块、母线电压采样模块、电网检测模块和负载检测模块均与所述DSP控制器的ADC模块连接，所述电网检测模块还与所述DSP控制器的ECAP模块连接，所述电网检测模块连接电网，所述负载检测模块连接负载。

优选的，所述DSP控制器的GPIO模块还连接有LCD显示模块，所述DSP控制器的UART模块还连接有串口通信模块。

具体的，所述DSP控制器的型号为TMS320F2808。

相较于现有技术，本实用新型提供的光伏UPS离网逆变器系统，通过增加太阳能为蓄电池的充电功能，在不增加成本的情况下，用户可根据不同的工作要求选择离网逆变器的工作模式，用户自主选择性高，LCD显示与PC上位机可以实时监控通信，提高系统的安全响应速度，而且具有易于设计实现，功能模块化，外部设备接入复杂度低，成本低，适合推广应用的优点。

附图说明

图1为本实用新型所提供的光伏UPS离网逆变器的原理框图。

图2为本实用新型所提供的光伏UPS离网逆变器中，所述BUCK降压电路、同步整流电路和全桥拓扑电路的电路原理图。

图3为本实用新型所提供的光伏UPS离网逆变器系统的工作流程图。

具体实施方式

本实用新型提供一种光伏UPS离网逆变器系统，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本发明提供的光伏UPS离网逆变器系统，包括太阳能电池板10、EMI滤波器20、用于跟踪太阳能电池板的最大功率点的BUCK降压电路30、蓄电池40、用于进行同步整流的同步整流电路50、用于将整流后的直流电逆变为交流电的全桥拓扑电路60、EMC滤波器70、用于向所述同步整流电路50提供第一驱动信号的驱动电路模块80、用于向全桥拓扑电路60提供第二驱动信号的DSP控制器90、以及用于驱动所述全桥拓扑电路60的全桥开关管驱动模块100。

具体来说，所述太阳能电池板10提供的电流经EMI滤波器20滤波后，传递至BUCK降压电路30中，所述BUCK降压电路30对太阳能电池板10进行最大功率点跟踪后，直接给所述蓄电池40供电，或者是直接输入到同步整流电路50中进行同步整流后，经全桥拓扑电路60进行逆变为交流电后给负载供电。

具体实施时，所述太阳能电池板10、EMI滤波器20、BUCK降压电路30、蓄电池40、同步整流电路50、全桥拓扑电路60和EMC滤波器70依次连接，所述EMC滤波器70还分别连接负载1和电网2，所述驱动电路模块80连接所述同步整流电路50，所述DSP控制器90的EPWM模块通过所述全桥开关管驱动模块100连接所述全桥拓扑电路60。

请参阅图2，所述BUCK降压电路30包括第一开关管Q1、第一二极管D1、第一电感L1、第一电容C1和第二二极管D2；所述第一开关管Q1的漏极连接EMI滤波器20和太阳能电池板10的正极，所述第一开关管Q2的源极通过第一电感L1连接所述第二二极管D2的正极和第一电容C1的一端，也连接所述第一二极管D1的负极，所述第一二极管D1的正极连接EMI滤波器20和太阳能电池板10的负极、第一电容C1的另一端、蓄电池40的负极和同步整流电路50（具体连接第一电桥），所述蓄电池40的正极连接第二二极管D2的负极，也连接所述同步整流电路50（具体连接第一电桥）。

所述EMI滤波器包括第二二极管D2、第四电容C4、第五电容C5和第一电阻R1，所述第二二极管D2的负极和第四电容C4的一端均连接所述太阳能电池板10的正极，所述第二二极管D2的正极和第四电容C4的另一端均连接所述太阳能电池板10的负极，所述第五电容C5和第一电阻R1的一端均连接所述太阳能电池板10的正极，也连接所述第一开关管Q1的漏极，所述第五电容C5和第一电阻R1的另一端均接地。

具体实施时，所述第一开关管采用PMOS管。

请继续参阅图2，所述同步整流电路50包括由第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第五开关管Q5组成的第一电桥、变压器T、以及由第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8和第九开关管Q9组成的第二电桥，所述第一电桥连接所述变压器T的原边，还连接所述蓄电池40的正极和负极、第二二极管D2的负极和第一电容C1的另一端，所述第二电桥连接所述变压器T的副边，也连接所述全桥拓扑电路60（具体连接第二电感L2）。

具体来说，同步整流电路50采用SG3525芯片提供第一驱动信号，并将第一驱动信号利用光耦隔离进行放大处理，增加驱动能力，具体采用A3120光耦进行光耦隔离驱动。

第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8和第九开关管Q9均采用PMOS管。

请继续参阅图2，所述全桥拓扑电路60包括第二电感L2、第二电容C2、由第第十开关管Q10、第十一开关管Q11、第十二开关管Q12和第十三开关管Q13组成的第三电桥、第三电感L3和第三电容C3，所述第二电感L2的一端连接所述第二电桥，所述第二电感L2的另一端连接第三电桥和第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端连接第二电桥，也连接第三电桥，所述第三电桥还通过所述第三电感L3连接第三电容C3的一端、EMC滤波器70和负载1的一端，所述负载1的另一端连接EMC滤波器70和第三电桥，所述第三电容C3的另一端也连接所述EMC滤波器70和第三电桥。

所述EMC滤波器70包括第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8，所述第六电容C6的一端连接所述负载1的一端、第七电容C7的一端和第二电感L2的一端，所述第六电容C6的另一端连接负载1的另一端、第八电容C8的一端和第三电桥，所述第七电容C7和第八电容C8的另一端均接地。

具体来说，所述第十开关管Q10、第十一开关管Q11、第十二开关管Q12和第十三开关管均采用NMOS管，由DSP控制器90输出频率二位20KHz的第二驱动信号驱动，采用单极性调制方法，上桥臂为工频开关管，频率为50Hz，下桥臂为高频开关管，频率为20KHz。

请继续参阅图1，所述光伏UPS离网逆变器系统还包括过压保护模块110、过流保护模块120、过热保护模块130、交流端电流采样模块140、蓄电池电压采样模块150、母线电压采样模块160、电网检测模块170和负载检测模块180，所述过压保护模块110、过流保护模块120和过热保护模块130均与所述DSP控制器90的GPIO模块连接，所述交流端电流采样模块140、蓄电池电压采样模块150、母线电压采样模块160、电网检测模块170和负载检测模块180均与所述DSP控制器90的ADC模块连接，所述电网检测模块170还与所述DSP控制器90的ECAP模块连接，所述电网检测模块170连接电网2，所述负载检测模块180连接负载1。

具体来说，所述过压保护模块110、过流保护模块120和过热保护模块130均起保护作用，通过与DSP控制器40连接，可避免逆变器系统中电器元件发生损坏，所述交流端电流采样模块140、蓄电池电压采样模块150和母线电压采样模块160用于进行电压和电流采样，并通过DSP控制器90的ADC模块将电压和电流等模拟信号转换为数字信号，从而进一步在监控界面显示，实现对逆变器相关数据的实时监控，所述电网检测模块170通过与DSP控制器90的ADC模块连接，可实时监测电网电压，所述电网检测模块170通过与DSP控制器90的ECAP模块连接，可实现监测电网频率，所述负载检测模块180用于检测负载电压和电流。

请继续参阅图1，所述所述DSP控制器90的GPIO模块还连接有LCD显示模块190，所述DSP控制器90的UART模块还连接有串口通信模块200，本实施例中，LCD显示模块190采用一LCD液晶屏，所述串口通信模块采用RS232串口通信，通过LCD液晶屏进行系统人机交互显示，再加上采用RS232串口通信模块，可以实现电脑监控终端上位机对逆变器进行集中式监控。

优选的，本实施例中，所述DSP控制器40的型号为TMS320F2808。

请继续参阅图1，本实用新型提供的光伏UPS离网逆变器系统还包括辅助电源模块210，所述辅助电源模块采用UC3845反激式辅助电源，用于为系统各芯片提供稳定的±15V及5V的直流电压。

具体实施时，请参阅图3，基于上述光伏UPS离网逆变器系统，本实用新型还相应提供一种光伏UPS离网逆变器的工作方法，所述逆变器采用DSP控制器，所述逆变器工作模式包括充电模式和供电模式，供电模式用于逆变器为负载供电，充电模式用于为蓄电池充电。其中供电模式包括电网供电模式和电池供电模式，充电模式包括太阳能充电模式，电网充电模式。充电模式与供电模式可同时进行。

当逆变器初次启动时，逆变器检测电网是否正常稳定，若电网正常稳定，则利用电网对负载进行供电，同时检测蓄电池电量是否充足，若电量充足则不需要同时开启充电模式，反之则同时开启充电模式。

若逆变检测电网不正常，则开启电池供电模式，在该模式下检测电池电量是否充足，若不充足则开启太阳能充电模式。

具体的，当逆变器初次开机时，首先检测电网电压以及频率是否正常，若一切正常，则开启继电器对负载进行供电，同时检测电池电量是否充足，若蓄电池电量充足，则不同时进行充电；若电池电量不充足，优先采用太阳能电板对蓄电池同时进行充电，若检测到太阳能电板未接入或者发电量过低，则开启电网电压充电模式。因此在电网供电模式下，可以同时利用太阳能或者电网对蓄电池进行充电。

若逆变器开机时检测到电网电压以及频率不正常，则采用电池供电模式，由蓄电池为负载端进行供电，同时检测电池电量是否充足，若蓄电池电量充足，则不同时进行充电，若电池电量不充足，则开启太阳能充电模式。

综上所述，本实用新型提供的光伏UPS离网逆变器系统，通过增加太阳能为蓄电池的充电功能，在不增加成本的情况下，用户可根据不同的工作要求选择离网逆变器的工作模式，用户自主选择性高，LCD显示与PC上位机可以实时监控通信，提高系统的安全响应速度；而且具有易于设计实现，功能模块化，外部设备接入复杂度低，成本低，适合推广应用的优点。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。