一种光伏逆变器的开关电源的制作方法

本实用新型实施例涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏逆变器的开关电源。

背景技术：

在光伏逆变器领域，针对光伏逆变器的输出电流采样电路，一般的供电电源都是直接通过辅助变压器输出绕组(一般都是±12V)给光伏逆变器的输出电流采样电路包括的器件例如电流霍尔元件供电，但是对于功率较高的器件(一般功率在50KW以上产品)，由于输出电流较大，在某些特殊情况下逆变器会出现过载状态，这时候若仍然用±12V的供电方案会存在以下两个问题：1)电流采样电路的输出电流超出霍尔元件的电流限值，无法满足特殊状况下过载电流正常检测的功能。2)光伏逆变器的输出电流采样电路的瞬时功率时响应特性差。

所以一般针对功率等级较高的产品，通常的做法是提高供电电源给霍尔元件的供电电压，保证整个负载区间的采样精度。常规的做法是修改辅助变压器输出电压(一般设计在±15V)。但用这种方案也有缺陷，由于升高供电电源电压会造成系统功耗增加，降低系统效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种光伏逆变器的开关电源，可以同时为功率较高的器件和功率较低的器件提供电源信号。

本实用新型实施例提供了一种光伏逆变器的开关电源，包括：

电压转换模块，所述电压转换模块的第一输入端与光伏直流电源的第一端电连接，所述电压转换模块的第二输入端与所述光伏直流电源的第二端电连接，所述电压转换模块的正极输出端用于输出第一正电压，所述电压转换模块的负极输出端用于输出第一负电压；

正向升压模块，所述正向升压模块的电源信号输入端与所述电压转换模块的正极输出端电连接，所述正向升压模块的电源信号输出端用于输出绝对值大于所述第一正电压的绝对值的第二正电压；

反向升压模块，所述反向升压模块的电源信号输入端与所述电压转换模块的正极输出端电连接，所述反向升压模块的电源信号输出端用于输出绝对值大于所述第一负电压的绝对值第二负电压。

可选的，所述电压转换模块包括初级绕组、第一次级绕组、第二次级绕组和第三次级绕组，所述第二次级绕组的第一端和所述第三次级绕组的第一端为同名端，所述第二次级绕组的第二端和所述第三次级绕组的第二端为同名端；

所述第一次级绕组和所述第二次级绕组串联连接。

可选的，所述电压转换模块还包括晶体管、第一控制芯片、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一极性电容、第二极性电容和第三极性电容；

所述初级绕组的第一端与所述晶体管的漏极电连接，所述晶体管的源极与第一接地端电连接；

所述晶体管的控制端与所述第一控制芯片的输出端电连接；

所述晶体管的源极与所述光伏直流电源的第一端电连接，所述初级绕组的第二端与所述光伏直流电源的第二端电连接，所述第一次级绕组的第一端与所述第一二极管的阴极电连接，所述第一二极管的阳极与所述第一极性电容的负极电连接，所述第一极性电容的正极和所述第一次级绕组的第二端电连接，且与第二接地端电连接；

所述第一次级绕组的第二端与所述第二次级绕组的第一端电连接，所述第二次级绕组的第二端与所述第二二极管的阳极电连接，所述第二二极管的阴极与所述第二极性电容的正极电连接，所述第二极性电容的负极与所述次级绕组的第一端电连接，所述第二极性电容的正极作为所述电压转换模块的正极输出端，所述第一极性电容的负极作为所述电压转换模块的负极输出端；

所述第三次级绕组的第一端与所述第一接地端电连接，所述第三次级绕组的第一端与所述第三极性电容的负极电连接，所述第三极性电容的正极与所述第三二极管的阴极电连接，所述第三二极管的阳极与所述第三次级绕组的第二端电连接，所述第三极性电容的正极与所述第一控制芯片的电源信号输入端电连接。

可选的，所述正向升压模块包括第一电感、第四二极管、第二控制芯片和第四极性电容；

所述第二控制芯片的驱动管集电极端与所述第一电感的第一端电连接，所述第二控制芯片的驱动管集电极端与所述电压转换模块的正极输出端电连接；

所述第二控制芯片的电源信号输入端与所述电压转换模块的正极输出端电连接；

所述第一电感的第二端与所述第二控制芯片的开关管集电极端电连接；

所述第一电感的第二端和所述第二控制芯片的开关管集电极端分别与所述第四二极管的阳极电连接，所述第四二极管的阴极与所述第四极性电容的正极电连接，作为所述正向升压模块的电源信号输出端；

所述第四极性电容的负极与第二接地端电连接。

可选的，所述正向升压模块还包括第一限流电阻、第二限流电阻、第一分压电阻和第二分压电阻；

所述第二控制芯片的驱动管集电极与所述第一限流电阻的第一端电连接，所述第一限流电阻的第二端与所述第二限流电阻的第一端电连接，所述第二限流电阻的第二端与所述电压转换模块的正极输出端电连接；

所述第二控制芯片的峰值电流检测端与所述第一限流电阻的第二端电连接；

所述第一分压电阻的第一端与所述第四二极管的阴极电连接，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端电连接，所述第二分压电阻的第二端与所述第二接地端电连接；

所述第一分压电阻的第二端与所述第二控制芯片的比较器反相输入端电连接。

可选的，所述正向升压模块还包括第一无极性电容；

所述第一无极性电容的第一电极与所述第二控制芯片的定时电容端电连接，所述第一无极性电容的第二电极与所述第二接地端电连接；

所述第二控制芯片的接地端与所述第二接地端电连接。

可选的，所述反向升压模块包括第二电感、第五二极管、第三控制芯片和第五极性电容；

所述第三控制芯片的驱动管集电极端与所述第三控制芯片的开关管集电极电连接；

所述第三控制芯片的驱动管集电极端与所述电压转换模块的正极输出端电连接；

所述第三控制芯片的电源信号输入端与所述电压转换模块的正极输出端电连接；

所述第二电感的第一端与所述第三控制芯片的开关管发射极端电连接；

所述第二电感的第二端与第三接地端电连接；

所述第五二极管的阴极与所述第二电感的第一端电连接，所述第五二极管的阳极与所述第五极性电容的负极电连接，作为所述反向升压模块的电源信号输出端；所述第五极性电容的正极与所述第三接地端电连接。

可选的，所述反向升压模块还包括第三限流电阻、第三分压电阻和第四分压电阻；

所述第三控制芯片的驱动管集电极与所述第三限流电阻的第一端电连接，所述第三限流电阻的第二端与所述电压转换模块的正极输出端电连接；

所述第三控制芯片峰值电流电测端与所述第三限流电阻的第一端电连接；

所述第三分压电阻的第一端与所述第五二极管的阳极电连接，所述第三分压电阻的第二端与所述第四分压电阻的第一端电连接，所述第四分压电阻的第二端与所述第三接地端电连接；

所述第三分压电阻的第二端与所述第三控制芯片的比较器反相输入端电连接。

可选的，所述反向升压模块还包括第二无极性电容；

所述第二无极性电容的第一电极与所述第三控制芯片的定时电容端电连接，所述第二无极性电容的第二电极与所述第三分压电阻的第一端电连接，

所述第三控制芯片的接地端与所述第二无极性电容的第二电极电连接。

本实用新型实施例提供了一种光伏逆变器的开关电源，通过电压转换模块、正向升压模块和反向升压模块可以同时为功率较高的器件和功率较低的器件提供电源信号。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种光伏逆变器的开关电源的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型实施例提供了一种光伏逆变器的开关电源的电路结构，其主要用作但并不局限于逆变器中的电学元件，常见的控制模块的驱动元件和传感器件均可以使用本实用新型实施例提供的光伏逆变器的开关电源为其提供电源。

图1为本实用新型实施例提供的一种光伏逆变器的开关电源电路图。参见图1，该光伏逆变器的开关电源包括：电压转换模块100，电压转换模块100的第一输入端与光伏直流电源200的第一端电连接，电压转换模块100的第二输入端与光伏直流电源200的第二端电连接，电压转换模块100的正极输出端用于输出第一正电压，电压转换模块100的负极输出端用于输出第一负电压；示例性的，第一正电压为+12V，第一负电压为-12V。正向升压模块300，正向升压模块300的电源信号输入端与电压转换模块的正极输出端电连接，正向升压模块的电源信号输出端用于输出绝对值大于第一正电压的绝对值的第二正电压；反向升压模块400，反向升压模块400的电源信号输入端与电压转换模块100的正极输出端电连接，反向升压模块400的电源信号输出端用于输出绝对值大于第一负电压的绝对值第二负电压。示例性的，第二正电压为+15V，第二负电压为-15V。

现有技术中为光伏逆变器提供电源信号的光伏逆变器的开关电源，一般的供电电源都是直接通过辅助变压器输出绕组(一般都是±12V)给光伏逆变器的输出电流采样电路包括的器件例如电流霍尔元件供电，但是对于功率较高的器件(一般功率在50KW以上产品)，由于输出电流较大，在某些特殊情况下逆变器会出现过载状态，一般针对功率等级较高的产品，通常的做法是提高供电电源给霍尔元件的供电电压，保证整个负载区间的采样精度。常规的做法是修改辅助变压器输出电压(一般设计在±15V)。但用这种方案的缺陷是由于升高供电电源电压会造成系统功耗增加，降低系统效率。本实用新型实施例提供了一种光伏逆变器的开关电源，通过电压转换模块、正向升压模块和反向升压模块可以同时为功率较高的器件和功率较低的器件提供电源信号，示例性的，既可以提供±12V的电源信号，也可以提供±15V的电源信号。示例性的，当光伏逆变器的开关电源专门为输出电流霍尔器件供电，这样就拓宽了霍尔器件的负载区间，保证产品在偶发的瞬态过载时仍能线性的采样输出电流，确保逆变器正常运行，同时辅助电源输出±12V继续为系统其他控制模块供电。这样既能保证电流采样功能正常，同时兼顾降低系统的功耗，提升系统的效率。

可选的，电压转换模块100包括初级绕组101、第一次级绕组102、第二次级绕组103和第三次级绕组104，第二次级绕组103的第一端和第三次级绕组104的第一端为同名端，第二次级绕组103的第二端和第三次级绕组104的第二端为同名端；第一次级绕组102和第二次级绕组103串联连接。第三次级绕组输出的电流和第二次级绕组输出的电流相等。可选的，电压转换模块100还包括晶体管105、第一控制芯片106、第一二极管107、第二二极管108、第三二极管109、第一极性电容110、第二极性电容111和第三极性电容112；初级绕组101的第一端与晶体管105的漏极电连接，晶体管105的源极与第一接地端113电连接；晶体管105的控制端与第一控制芯片106的输出端1061电连接；晶体管105的源极与光伏直流电源200的第一端电连接，初级绕组101的第二端与光伏直流电源200的第二端电连接，第一次级绕组102的第一端与第一二极管107的阴极电连接，第一二极管107的阳极与第一极性电容110的负极(-)电连接，第一极性电容110的正极(+)和第一次级绕组102的第二端电连接，且与第二接地端114电连接；第一次级绕组102的第二端与第二次级绕组103的第一端电连接，第二次级绕组103的第二端与第二二极管108的阳极电连接，第二二极管108的阴极与第二极性电容111的正极电连接，第二极性电容111的负极与第二次级绕组103的第一端电连接，第二极性电容111的正极作为电压转换模块100的正极输出端，第一极性电容110的负极作为电压转换模块100的负极输出端；第三次级绕组104的第一端与第一接地端113电连接，第三次级绕组104的第一端与第三极性电容112的负极电连接，第三极性电容112的正极与第三二极管109的阴极电连接，第三二极管109的阳极与第三次级绕组104的第二端电连接，第三极性电容104的正极与第一控制芯片106的电源信号输入端1062电连接。

需要说明的是，本实施例中，电压转换模块100为反激式变压器，反激式变压器在控制开关晶体管105接通期间不向第一次级绕组、第二次级绕组和第三次级绕组提供功率输出，仅在控制开关晶体管105关断期间才把存储能量转化成反电动势向第一次级绕组、第二次级绕组和第三次级绕组提供功率输出提供输出；其中，第二次级绕组103的第一端和第三次级绕组104的第一端为同名端，第二次级绕组103的第二端和第三次级绕组104的第二端为同名端；第一次级绕组102和第二次级绕组103串联连接。第三次级绕组输出的电流和第二次级绕组输出的电流相等。第三次级绕组的输出端为第一控制芯片106提供电源信号。示例性的，第一控制芯片可以为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)芯片，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，在本实施例中，可以控制晶体管105的导通或者关断。

可选的，正向升压模块300包括第一电感301、第四二极管302、第二控制芯片303和第四极性电容304；第二控制芯片303的驱动管集电极端3031与第一电感301的第一端电连接，第二控制芯片303的驱动管集电极端3031与电压转换模块100的正极输出端电连接；第二控制芯片303的电源信号输入端3032与电压转换模块100的正极输出端电连接；第一电感301的第二端与第二控制芯片303的开关管集电极端3033电连接；第一电感301的第二端和第二控制芯片的303开关管集电极端3033分别与第四二极管302的阳极电连接，第四二极管302的阴极与第四极性电容304的正极电连接，作为正向升压模块300的电源信号输出端；第四极性电容304的负极与第二接地端114电连接。可选的，正向升压模块300还包括第一限流电阻305、第二限流电阻306、第一分压电阻307和第二分压电阻308；第二控制芯片303的驱动管集电极3031与第一限流电阻305的第一端电连接，第一限流电阻305的第二端与第二限流电阻306的第一端电连接，第二限流电阻306的第二端与电压转换模块100的正极输出端电连接；第二控制芯片303的峰值电流检测端3034与第一限流电阻305的第二端电连接；第一分压电阻307的第一端与第四二极管302的阴极电连接，第一分压电阻307的第二端与第二分压电阻308的第一端电连接，第二分压电阻308的第二端与第二接地端114电连接；第一分压电阻307的第二端与第二控制芯片303的比较器反相输入端3035电连接。可选的，正向升压模块300还包括第一无极性电容309；第一无极性电容309的第一电极与第二控制芯片303的定时电容端3036电连接，第一无极性电容309的第二电极与第二接地端114电连接；第二控制芯片303的接地端3037与第二接地端114电连接。可选的，第二控制芯片303的开关管发射极端3038与第二接地端114电连接。

在本实施例中，第二控制芯片303示例性的可以为有源主控PWM芯片，型号可以选择TI MC33063A芯片，这款芯片同时兼容升压和升降压拓扑。有源主控PWM芯片的内部结构示例性的包括三极管Q1和Q2，时钟振荡器OSC、比较器、基准电源、RS触发器和与非门。基准电源的第一端为比较器的正极输入端提供基准电压，基准电源的第二端作为第二控制芯片303的接地端3037。比较器反向输入端3035的电压作为比较器的负极输入端提供电压。比较器的输出端为与非门的第一输入端提供电信号。定时电容端3036的电容信号为时钟振荡器提供电容信号，峰值电流检测端3034的电流值与时钟振荡器的电源信号输入端，时钟振荡器的电信号输出端为与非门的第二输入端提供电信号，同时为RS触发器的R端提供电信号，RS触发器的S端接入与非门的逻辑信号输出端电连接，RS的振动器的Q端与三极管Q2的控制端电连接，三极管Q2集电极作为第二控制芯片的驱动管集电极端，三极管Q2的发射极与三极管Q1的控制端电连接，三极管Q1的集电极作为第二控制芯片的开关管集电极端3033，三极管Q1的发射极作为第二控制芯片的开关管发射极端3038。

需要说明的是，第一电感301、第四二极管302、第二控制芯片303和第四极性电容304构成升压斩波电路(Boost Chopper)。当第二控制芯片303内的开关管导通时，第一电感301用于存储能量，而第四极性电容304的正极可以为负载提供第二正电压，示例性的为+15V。当第二控制芯片303内的开关管不导通时，电压转换模块100的正极输出端和第一电感301同时为与第四极性电容304正极电连接的负载提供第二正向电压，因而第四极性电容正极可以输出与电压转换模块的正极输出端数值高的电压值。第二控制芯片303内的开关管的关断与导通的频率称为芯片的工作频率。通过控制第一无极性电容309的电容容量可以控制第二控制芯片303的工作频率。通过控制第一分压电阻307和第二分压电阻308的阻值可以控制比较器反相输入端3035输入的电压值，以控制第二控制芯片的开关管的导通或者关断。通过控制第二限流电阻的阻值可以控制峰值电流检测端3034的最大输入电流，以控制第二控制芯片的工作频率。通过第一限流电阻来限制流过第二控制芯片内部的晶体管集电极电流。

可选的，反向升压模块400包括第二电感401、第五二极管402、第三控制芯片403和第五极性电容404；第三控制芯片403的驱动管集电极端4031与第三控制芯片403的开关管集电极4032电连接；第三控制芯片403的驱动管集电极端4031与电压转换模块100的正极输出端电连接；第三控制芯片403的电源信号输入端4033与电压转换模块100的正极输出端电连接；第二电感401的第一端与第三控制芯片403的开关管发射极端4034电连接；第二电感401的第二端与第三接地端405电连接；第五二极管402的阴极与第二电感401的第一端电连接，第五二极管402的阳极与第五极性电容404的负极电连接，作为反向升压模块400的电源信号输出端；第五极性电容404的正极与第三接地端405电连接。可选的，反向升压模块400还包括第三限流电阻406、第三分压电阻407和第四分压电阻408；第三控制芯片403的驱动管集电极4031与第三限流电阻406的第一端电连接，第三限流电阻406的第二端与电压转换模块100的正极输出端电连接；第三控制芯片峰值电流电测端4035与第三限流电阻406的第一端电连接；第三分压电阻407的第一端与第五二极管402的阳极电连接，第三分压电阻407的第二端与第四分压电阻408的第一端电连接，第四分压电阻408的第二端与第三接地端405电连接；第三分压电阻407的第二端与第三控制芯片403的比较器反相输入端4036电连接。可选的，反向升压模块400还包括第二无极性电容409；第二无极性电容409的第一电极与第三控制芯片403的定时电容端4037电连接，第二无极性电容409的第二电极与第三分压电阻407的第一端电连接，第三控制芯片403的接地端4038与第二无极性电容409的第二电极电连接。

示例性的，第三控制芯片403示例性的可以为有源主控PWM芯片，型号可以选择TI MC33063A芯片。

当芯片内部的开关管导通时，第二电感存储能量，第五极性电容的负极向与该负极店电连接的负载提供能量。当第三控制芯片内部的开关管断开时，二极管导通，第二电感向与第五极性电容负极电连接的负载和第二极性电容提供电源信号-15V。通过控制第二无极性电容409的电容容量可以控制第三控制芯片403的工作频率。通过控制第三分压电阻407和第四分压电阻408的阻值可以控制比较器反相输入端4036输入的电压值，以控制第三控制芯片的开关管的导通或者关断。通过控制第三电流电阻406的阻值可以控制峰值电流检测端4035的最大输入电流，以控制第二控制芯片的工作频率。

第一电感和第二电感采用镍锌铁氧体贴片元件设计，具有体积小感量高的特点。

本实用新型的技术方案不仅可以解决大功率逆变器输出电流采样问题，而且同时兼顾整个系统降低功耗的优势。由于选用功能强大的PWM控制芯片，所以可以简化外围电路设计，且因为选用器件采用贴片零件所以不会造成新增电路带来的体积和成本问题。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。