一种光伏逆变器用高压BUS缓启动电路的制作方法

本实用新型涉及电路技术领域，特别涉及一种光伏逆变器用高压BUS缓启动电路。

背景技术：

随着经济的发展、社会的进步，人们对能源需求越来越大，但是一方面在某些国家或地区，因为地理环境、政治动乱、战争、经济生产力落后等等原因，造成那些国家或地区没电或缺电，另一方面因为火电需要燃烧煤、石油等化石燃料，化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险，而且燃烧将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，使地球环境逐渐恶化。因此随着近年来太阳能事业迅猛发展起来，那些地方的市场对光伏逆变器需求也越来越多。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种光伏逆变器用高压BUS缓启动电路。所述技术方案如下：

一方面，一种光伏逆变器用高压BUS缓启动电路，包括太阳能MPPT控制电路、DC-DC电路、AC整流电路和MCU控制单元；AC整流电路与DC-DC电路连接，MCU控制单元分别与DC-DC电路和太阳能MPPT控制电路连接，太阳能MPPT控制电路和DC-DC电路再分别连接BUS母线。

进一步的，太阳能MPPT控制电路包括：第一电感、第一共模电感、第一霍尔传感器、第一二极管、第一场效应管和第一单片机；

太阳能输入接入第一共模电感，经过第一共模电感连接第一霍尔传感器的6脚，第一霍尔传感器的5脚连接第一场效应管的漏极和第一二极管阳极，第一二极管阴极连接BUS+母线，第一场效应管的源极连接BUS-母线，第一场效应管的栅极连接第一单片机的54脚，太阳能负极PV-通过第一共模电感与BUS-母线相连。

进一步的，DC-DC电路具体包括：电池升压DC-DC电路、辅助电源DC-DC电路和BUS预充电缓启动电路；电池升压DC-DC电路连接辅助电源DC-DC电路，辅助电源DC-DC电路分别与AC整流电路、MCU控制单元、BUS预充电缓启动电路和连接BUS母线连接，BUS预充电缓启动电路与MCU控制单元和BUS母线连接。

进一步的，电池升压DC-DC电路包括：第一电阻、第一稳压二极管、第二电阻、第一三极管、第二三极管、第十五二极管、第三电阻、第一集成电路、第四电阻、第一电容、第五电阻、第二场效应管、第六电阻、第二变压器、第二二极管、第二电容、第三二极管和第三电容；

电池接入分别连接到第一电阻、第二电阻和第二变压器的1脚，第一电阻另一端连接到第一三极管的基极和第一稳压二极管的阴极，第二电阻另一端连接第一三极管的集电极，第一三极管的射极连接到第十五二极管的阴极和第二三极管的射极，第二三极管的基极连接到第三电阻，第二三极管的集电极连接第一集成电路的7脚，第一集成电路的4脚和8脚连接到第四电阻的两端，第一集成电路的4脚连接到第一电容，第一集成电路的6脚连接到第五电阻，第五电阻另一端连接到第二场效应管的栅极，第二场效应管的漏极连接到第二变压器的3脚，第二场效应管的源极连接到第六电阻和第一集成电路的3脚，第二变压器的5脚连接到第二二极管阳极，第二二极管阴极连接到第二电容的正极和电压-A网络上，第二变压器的6脚连接到第二电容的负极和BUS-母线上，第二变压器的8脚连接到第三二极管阳极，第三二极管阴极连接到第十五二极管阳极、第三电容的正极和第一集成电路的2脚，第二变压器的9脚连接到第三电容的负极。

进一步的，辅助电源DC-DC电路包括：第四二极管、第五二极管、第三三极管、第七电阻、第八电阻、第二稳压二极管、第六二极管、第九电阻、第三集成电路、第四电容、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第三场效应管、第十三电阻、第七二极管、第三变压器、第八二极管、第五电容、第十二极管、第六电容、第四集成电路、第十一二极管、第二十电阻和第七电容；

从电压A网络输入连接第七二极管阳极，第七二极管阴极连接第三变压器的1脚、第七电阻、第八电阻和第十四二极管阴极、第一继电器的2脚和第十二二极管的阳极，第七电阻另一端连接第三三极管集电极，第八电阻另一端连接第二稳压二极管阴极，第二稳压二极管阳极连接第六二极管阳极，第六二极管阴极连接第三三极管的基极，第三三极管的射极连接第四二极管的阴极和第三集成电路的7脚，第四二极管的阳极连接第五二极管阳极和第三变压器的5脚，第五二极管阴极连接第二集成电路的7脚，第三集成电路的4脚和8脚分别连接到第九电阻的两端，第三集成电路的4脚连接第四电容，第三集成电路的6脚连接第二十电阻，第二十电阻另一端连接第三场效应管的栅极，第三场效应管的漏极连接第三变压器的3脚，第三场效应管的源极连接第十三电阻和第十二电阻，第十二电阻另一端连接第三集成电路的3脚，第三变压器的8脚连接第十一二极管阳极，第十一二极管阴极连接第七电容正极和第十一电阻，第十一电阻另一端连接第十电阻和第三集成电路的2脚，第三变压器的9脚连接第十二极管阳极，第十二极管阴极连接第六电容正极和第四集成电路的1脚，第四集成电路的3脚输出+3.3V，第三变压器的11脚连接第六电容负极、第五电容正极和第四集成电路的2脚接地，第三变压器的12脚连接第八二极管阴极，第八二极管阳极连接第五电容负极。

进一步的，BUS预充电缓启动电路包括：第十二二极管、第一变压器、第四场效应管、第二集成电路、第十六电阻、第十七电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十八电阻、第八电容、第一光耦、第十九电阻、第九二极管、第十三二极管、第一继电器和第四三极管；

第十二二极管阴极连接第一变压器的1脚，第一变压器的8脚连接第九二极管的阳极，第十二二极管阳极连接第一继电器的2脚，第九二极管的阴极连接第十三二极管的阳极和BUS+母线上，第十三二极管的阴极连接第一继电器的1脚，第一继电器的5脚接12伏，第一继电器的4脚接第四三极管的射极，第一变压器的9脚连接BUS-母线上，第一变压器的3脚连接第四场效应管的漏极，第四场效应管的源极连接到第十七电阻和第十四电阻，第十四电阻另一端连接第二集成电路的3脚，第四场效应管的栅极连接第十六电阻，第十六电阻另一端连接所述第二集成电路的6脚，第二集成电路的4脚和8脚连接第十八电阻两端，第二集成电路的4脚还连接第八电容，第二集成电路的8脚还连接第十五电阻，第十五电阻另一端连接第一光耦的4脚和第二集成电路的2脚，第一光耦的1脚连接第十九电阻，第十九电阻的另一端连接+12伏，第一光耦的2脚连接第一单片机的7脚和第四三极管的基极。

进一步的，AC整流电路包括：第一接入端子、第一保险丝、第一负温度系数热敏电阻、第一整流桥、第九电容和第十四二极管；

市电从第一接入端子接入，第一接入端子的3脚连接第一保险丝，第一保险丝另一端连接第一负温度热敏电阻，第一负温度热敏电阻另一端连接第一整流桥的2脚，第一接入端子的1脚连接第一整流桥的3脚，第一整流桥的4脚连接第十四二极管的阳极和第九电容正极，第一整流桥的1脚连接第九电容负极和BUS-母线。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路，在光伏逆变器启动时，通过高压BUS缓启动电路对大容量的BUS电容进行预充电处理，从而避免BUS上的大电容在机器启动瞬间对光伏逆变器主电路造成冲击，延长机器的使用寿命；并且通过高压BUS缓启动电路转换，使市电电压和太阳能电压可在更宽的电压范围有效的对BUS电容进行预充电处理，兼容多种供电源供电情况，特别是在无电池的情况下也可以开机工作，且适应较宽的输入电压范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路实施例中电池升压DC-DC电路的电路图；

图3是本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路实施例中辅助电源DC-DC电路的电路图。

图4是本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路实施例中AC整流电路及BUS预充电缓启动电路的电路图；

图5是本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路实施例中太阳能MPPT控制电路的电路图。

图6是本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路实施例中MCU控制单元的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例

如图1所示，本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路，包括太阳能MPPT控制电路100、DC-DC电路200、AC整流电路300和MCU控制单元400；AC整流电路300与DC-DC电路200连接，MCU控制单元400分别与DC-DC电路200和太阳能MPPT控制电路100连接，太阳能MPPT控制电路100和DC-DC电路200再分别连接BUS母线500。

DC-DC电路200具体包括：电池升压DC-DC电路201(图2)、辅助电源DC-DC电路202(图3)和BUS预充电缓启动电路203(图4)；电池升压DC-DC电路201连接辅助电源DC-DC电路202，辅助电源DC-DC电路202分别与AC整流电路300、MCU控制单元400、BUS预充电缓启动电路203、BUS母线500连接，BUS预充电缓启动电路203分别与MCU控制单元400和BUS母线500连接。

如图5和6所示，太阳能MPPT控制电路100包括：第一电感L1、第一共模电感L2、第一霍尔传感器HTC1、第一二极管D2、第一场效应管Q1和第一单片机U8。

太阳能输入接入第一共模电感L2，经过第一共模电感L2连接第一霍尔传感器HTC1的6脚，第一霍尔传感器HTC1的5脚连接第一场效应管Q1的漏极和第一二极管D2阳极，第一二极管D2阴极连接BUS+母线，第一场效应管Q1的源极连接BUS-母线，第一场效应管Q1的源极连接第一单片机U8的54脚，太阳能负极PV-通过第一共模电感L2与BUS-母线相连。

如图2所示，电池升压DC-DC电路201包括：第一电阻R252、第一稳压二极管ZD9、第二电阻R255、第一三极管Q31、第二三极管Q8、第十五二极管D63、第三电阻R250、第一集成电路U16、第四电阻R267、第一电容C117、第五电阻R245、第二场效应管Q7、第六电阻R205、第二变压器TX2、第二二极管D65、第二电容C69、第三二极管D73和第三电容C88。

电池接入分别连接到第一电阻R252、第二电阻R255和第二变压器TX2的1脚，第一电阻R252另一端连接到第一三极管Q31的基极和第一稳压二极管ZD9的阴极，第二电阻R255另一端连接第一三极管Q31的集电极，第一三极管Q31的射极连接到第十五二极管D63的阴极和第二三极管Q8的射极，第二三极管Q8的基极连接到第三电阻R250，第二三极管Q8的集电极连接第一集成电路U16的7脚，第一集成电路U16的4脚和8脚连接到第四电阻R267的两端，第一集成电路U16的4脚连接到第一电容C117，第一集成电路U16的6脚连接到第五电阻R245，第五电阻R245另一端连接到第二场效应管Q7的栅极，第二场效应管Q7的漏极连接到第二变压器TX2的3脚，第二场效应管Q7的源极连接到第六电阻R205和第一集成电路U16的3脚，第二变压器TX2的5脚连接到第二二极管D65阳极，第二二极管D65阴极连接到第二电容C69的正极和电压-A网络上，第二变压器TX2的6脚连接到第二电容C69的负极和BUS-母线上，第二变压器TX2的8脚连接到第三二极管D73阳极，第三二极管D73阴极连接到第十五二极管D63阳极、第三电容C88的正极和第一集成电路U16的2脚，第二变压器TX2的9脚连接到第三电容C88的负极。

如图3所示，辅助电源DC-DC电路202包括：第四二极管D53、第五二极管D57、第三三极管Q6、第七电阻R211、第八电阻R197、第二稳压二极管ZD13、第六二极管D84、第九电阻R208、第三集成电路U10、第四电容C62、第十电阻R18、第十一电阻R19、第十二电阻R225、第三场效应管Q36、第十三电阻R215、第七二极管D72、第三变压器TX9、第八二极管D67、第五电容C116、第十二极管D70、第六电容C78、第四集成电路U15、第十一二极管D54、第二十电阻R259和第七电容C79。

从电压A网络输入连接第七二极管D72阳极，第七二极管D72阴极连接第三变压器TX9的1脚、第七电阻R211、第八电阻R197和图4中的第十四二极管D14阴极、第一继电器RY1的2脚和第十二二极管D12的阳极，第七电阻R211另一端连接第三三极管Q6集电极，第八电阻R197另一端连接第二稳压二极管ZD13阴极，第二稳压二极管ZD13阳极连接第六二极管D84阳极，第六二极管D84阴极连接第三三极管Q6的基极，第三三极管Q6的射极连接第四二极管D53的阴极和第三集成电路U10的7脚，第四二极管D53的阳极连接第五二极管D57阳极和第三变压器TX9的5脚，第五二极管D57阴极连接图4中第二集成电路U2的7脚，第三集成电路U10的4脚和8脚分别连接到第九电阻R208的两端，第三集成电路U10的4脚连接第四电容C62，第三集成电路U10的6脚连接第二十电阻R259，第二十电阻R259另一端连接第三场效应管Q36的栅极，第三场效应管Q36的漏极连接第三变压器TX9的3脚，第三场效应管Q36的源极连接第十三电阻R215和第十二电阻R225，第十二电阻R225另一端连接第三集成电路U10的3脚，第三变压器TX9的8脚连接第十一二极管D54阳极，第十一二极管D54阴极连接第七电容C79正极和第十一电阻R19，第十一电阻R19另一端连接第十电阻R18和第三集成电路U10的2脚，第三变压器TX9的9脚连接第十二极管D70阳极，第十二极管D70阴极连接第六电容C78正极和第四集成电路U15的1脚，第四集成电路U15的3脚输出+3.3V，第三变压器TX9的11脚连接第六电容C78负极、第五电容C116正极和第四集成电路U15的2脚接地，第三变压器TX9的12脚连接第八二极管D67阴极，第八二极管D67阳极连接第五电容C116负极。

如图4所示，BUS预充电缓启动电路203包括：第十二二极管D12、第一变压器TX1、第四场效应管Q5、第二集成电路U2、第十六电阻R34、第十七电阻R56、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十八电阻R20、第八电容C10、第一光耦U1、第十九电阻R22和第九二极管D9、第十三二极管D15、第一继电器RY1和第四三极管Q4。

第十二二极管D12阴极连接第一变压器TX1的1脚，第一变压器TX1的8脚连接第九二极管D9的阳极，第十二二极管D12阳极连接第一继电器的2脚，第九二极管D9的阴极连接第十三二极管D15的阳极和BUS+母线上，第十三二极管D15的阴极连接第一继电器RY1的1脚，第一继电器RY1的5脚接12伏，第一继电器RY1的4脚连接第四三极管Q4的射极，第一变压器TX1的9脚连接BUS-母线上，第一变压器TX1的3脚连接第四场效应管Q5的漏极，第四场效应管Q5的源极连接到第十七电阻R56和第十四电阻R14，第十四电阻R14另一端连接第二集成电路U2的3脚，第四场效应管Q5的栅极连接第十六电阻R34，第十六电阻R34另一端连接所述第二集成电路U2的6脚，第二集成电路U2的4脚和8脚连接第十八电阻R20两端，第二集成电路U2的4脚还连接第八电容C10，第二集成电路U2的8脚还连接第十五电阻R15，第十五电阻R15另一端连接第一光耦U1的4脚和第二集成电路U2的2脚，第一光耦U1的1脚连接第十九电阻R22，第十九电阻R22的另一端连接+12伏，第一光耦U1的2脚连接第一单片机U8的7脚和第四三极管Q4的基极。

如图4所示，AC整流电路300包括：第一接入端子CN3、第一保险丝F1、第一负温度系数热敏电阻NTC1、第一整流桥BR1、第九电容C32和第十四二极管D14。

市电从第一接入端子CN3接入，第一接入端子CN3的3脚连接第一保险丝F1，第一保险丝F1另一端连接第一负温度热敏电阻NTC1，第一负温度热敏电阻NTC1另一端连接第一整流桥BR1的2脚，第一接入端子CN3的1脚连接第一整流桥BR1的3脚，第一整流桥BR1的4脚连接第十四二极管D14的阳极和第九电容C32正极，第一整流桥BR1的1脚连接第九电容C32负极和BUS-母线。

电池供电方式的高压BUS电压预充电缓启动具体实施过程如下：

接入电池后，电池电压经过由第一三极管Q31、第二电阻R255、第一电阻R252、第一稳压二极管ZD9组成的稳压扩流电路，将输入电池电压稳压扩流后输出稳定的12V供电电源。当按下开机键后，SW-ON接地第八三级管Q8导通，此时第一集成电路U16得电开始工作，通过第二变压器TX2的FB标号位置的反馈绕组反馈输出电压，从而形成稳定的隔离直流电压A。

然后，隔离直流电压A通过开启辅助电源DC-DC部分的第三集成电路U10的供电，使图3的辅助电源的工作起来。其中一路标号为SCC+12V的辅电供电给图4中BUS预充电缓启动部分的第二集成电路U2供电。但是因为第二集成电路U2的2脚所连接的第一光耦U1没有得到图6中第一单片机U8给出的控制信号BUS.OFF置低，所以第二集成电路U2的2脚所连接的第一光耦U1的3、4脚没有导通接地，第二集成电路U2没有启动工作，BUS电容没有启动预充电缓。只有当图3的辅助电源工作后，图6的第一单片机U8得电后进行一系列参数的检测后，确定机器为刚开机需要对BUS电容进行预充电缓启动动作时，第一单片机U8发出指令使控制信号BUS.OFF置低，第二集成电路U2的2脚所连接的第一光耦U1的3、4脚导通接地，第二集成电路U2启动工作对BUS电容进行预充电缓启动。当图6的第一单片机U8检测到BUS电容电压达到设置电压时，又发出指令使控制信号BUS.OFF置高，使第二集成电路U2停止工作，停止对BUS电容充电，然后光伏逆变器才逆变工作起来。由于提前给大容量的BUS电容充电，所以避免了主逆变回路启动瞬间产生瞬间大电流应力冲击，保护主逆变回路。

市电供电方式的高压BUS电压预充电缓启动具体实施过程如下：

首先，当接入市电后，市电从图4中第一接入端子CN3进入，经过第一保险丝F1、第一负温度热敏电阻NTC1、第一整流桥BR1和第九电容C32后，由交流电转换为直流电，经过第十四二极管D14的防反后，产生高压的直流电压A-1。

然后，高压的直流电压A-1通过启动瞬间导通图3中的第六三级管Q6，使第三集成电路U10得电工作。在图3的辅助电源的工作起来后，其中一路标号为SCC+12V的辅电给图4BUS预充电缓启动电路203中的第二集成电路U2供电。由于第二集成电路U2没有得到图6的第一单片机U8输出的控制信号BUS.OFF置低，所以第一光耦U1的3、4脚没有短路接地。第二集成电路U2的2脚没有置低，第二集成电路U2没有启动工作，BUS电容没有启动预充电缓。

最后，只有当图3的辅助电源工作后，图6的第一单片机U8得电后进行一系列参数的检测后，确定机器为刚开机需要对BUS电容进行预充电缓启动动作时，第一单片机U8发出指令使控制信号BUS.OFF置低，使第一光耦U1的1、2脚产生压降，使1、2脚之间的发光二极管点亮，从而使第一光耦U1的3、4脚导通接地。第二集成电路U2的2脚接地置低后，第二集成电路U2启动工作对BUS电容进行预充电缓启动。当图6的第一单片机U8检测到BUS电容电压达到设置电压时，又发出指令使控制信号BUS.OFF置高，使第二集成电路U2停止工作，停止对BUS电容充电。由于提前给大容量的BUS电容充电，所以避免了市电给电池充电时后级回路启动瞬间产生瞬间大的冲击，保护后级场效应管。

此外，由于高压BUS电压预充电缓启动电路是一个输入范围很宽的反激式开关电路，所以直流电压A-1电压范围很宽，市电范围可达到90-280vac。

太阳能供电方式的高压BUS电压预充电缓启动具体实施过程如下：

如图5所示，当接入太阳能后，太阳能高压直流电通过第一电感L1、第一二极管D2给BUS电容充电。由于第一电感L1与BUS电容是串联关系且第一电感L1电感量较大，所以第一电感L1起到扼流圈的作用，防止电流瞬间突变过大。

当BUS电容充到一定电压值时，BUS电压通过图4的第十三二极管D15、第一负温度系数热敏电阻NTC1、第一继电器RY1传到高压直流电压A-1上。高压的直流电压A-1通过瞬间导通图3中的第六三级管Q6，使第三集成电路U10得电工作。经变压器第九TX9的5、6脚绕组反馈供电和第三变压器TX9的8、11脚绕组的+12V输出电压反馈，辅助电源稳定工作起来后，其中一路标号为SCC+12V的辅电给图4BUS预充电缓启动电路203中的第二集成电路U2供电。当第二集成电路U2得到图6的第一单片机U8控制输出的BUS.OFF置低信号后，第一光耦U1的1、2脚产生压降，使1、2脚之间的发光二极管点亮，从而使第一光耦U1的3、4脚导通接地，第二集成电路U2的2脚接地置低后，第二集成电路U2启动工作对BUS电容进行预充电缓启动。当图6的第一单片机U8检测到BUS电容电压达到设置电压时，又发出指令使控制信号BUS.OFF置高，停止对BUS电容充电。太阳能电压范围在120-450VDC内。

本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路，不紧可以在光伏逆变器启动时通过高压BUS缓启动电路避免BUS上的大电容在机器启动瞬间对光伏逆变器主电路造成冲击；还可以兼容电池、市电、太阳能三种供电源任何搭配情况下的正常启动，在无电池的状态下也能正常工作。

本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路具有过压，过充，过流保护等功能。为避免启动后BUS电压一直成为前级的DC-DC和AC-DC电路的负载，所以没有把电池电压和市电电压直接通过DC-DC电路或AC-DC电路直接加到BUS电容上进行BUS电压的预充电，而是特意加了一级隔离直流电压A，通过MCU的检测控制，保证只在开机瞬间通过隔离直流电压A对BUS电容进行预充电处理，当BUS电压达到设定值时，停止预充电，从而使DC-DC电路或AC-DC电路只作为辅助电源轻负载供电源。

本实用新型的光伏逆变器用高压BUS缓启动电路，在光伏逆变器启动时，通过高压BUS缓启动电路对大容量的BUS电容进行预充电处理，从而避免BUS上的大电容在机器启动瞬间对光伏逆变器主电路造成冲击，延长机器的使用寿命；并且通过高压BUS缓启动电路转换，使市电电压和太阳能电压可在更宽的电压范围有效的对BUS电容进行预充电处理，兼容多种供电源供电情况，特别是在无电池的情况下也可以开机工作，且适应较宽的输入电压范围。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

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