专利名称：高效太阳能电能转换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可将太阳能电池板或/和蓄电池的直流低压电转变成交流电的装置。
传统的太阳能转换装置使用普通的硅钢片制作，既耗材、又笨重、而且效率低，使有限的太阳能电池板和蓄电池的电能无谓地浪费掉。随着高频器件的发展，人们开始用新器件制作高频太阳能变换器，这种变换器通常有太阳能电池板、储存太阳能电池板生成的电能的蓄电池、一个将太阳能电池板或/和蓄电池的直流低压转变成264V高压的前级和一个将前级的电压转变成220V50HZ交流电压的后级，前级要使用专用的脉宽集成控制器ST3845，后级要使用专用的斩波集成控制器BD2001N。然而在一般情况下，这些专用器件都不易获得，而且上述高频太阳能变换器的前级与后级之间是直接连接的，无法随需要方便快速地组成多种输出功率的太阳能变换器。
本实用新型的任务是提供一种常规元件制作、可方便地组成多种输出功率的高效的太阳能电能转换装置。
本实用新型的任务是这样完成的本实用新型也有太阳能电池板、用于储存太阳能电池板生成的电能的蓄电池、至少一个将太阳能电池板或/和蓄电池的直流低压通过高频变换转变成264V高压的前级和一个将前级的高压转变成220V50HZ交流电压的后级，前级和后级中使用的元件为NE555集成电路、场效应管、可控硅、三极管、电阻器、电容器等常规元件，前级与后级之间有接口连接；前级包括一个将蓄电池的直流低压转变成高频脉冲电压的高频脉冲发生驱动电路、一个接于高频脉冲发生驱动电路之后将其送来的低压高频脉冲电流进行功率放大和升压的功率放大升压电路、一个接于功率放大升压电路之后将其送出的高频高压进行整流成264V50HZ电压的整流缓冲输出电路和一个从功率放大升压电路接收短路信号使高频脉冲发生驱动电路关闭的欠压过流过热保护电路，功率放大升压电路接于高频脉冲发生驱动电路和整流缓冲输出电路之间，后级包括一个从高频脉冲发生驱动电路输入信号推动斩波电路工作的斩波驱动电路、一个将整流缓冲输出电路输出的264V高压转变成220V50HZ交流电压的桥式斩波电路和一个调整斩波后的脉冲宽度使输出电压稳定的串联稳压电路，桥式斩波电路接于斩波驱动电路和串联稳压电路之间。
由于本实用新型利用NE555集成电路、场效应管、可控硅、三极管、电阻器、电容器等常规元件组成各个电路，前级与后级之间有接口连接，因而具有电路简单、功耗低、效率高的优点，后级的稳压电路能输出峰值264V有效值220V的稳定交流电压，而且装置的体积小、重量轻，可利用简单的功率扩展法通过前后级之间的接口将多个前级并联后再与后级连接，从而生成十瓦至数十千瓦等多种输出功率的系列高效太阳能变换器。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型结构框图。图2是用本实用新型的多个前级和一个后级组成大功率变换器的示意图。图3是本实用新型一个实施例的电原理图。
由图1可见，本实用新型由太阳能电池板1、蓄电池2、前级3和后级4组成，由图3可见，本实用新型的前级3包括高频脉冲发生驱动电路、功率放大升压电路、整流缓冲输出电路和欠压过流过热保护电路；后级包括斩波驱动电路、桥式斩波电路和串联稳压电路。其中，高频脉冲发生驱动电路主要由集成电路IC2、三极管BG1、BG2、二极管D3、变压器B1及电阻器R7、R8、R9、R10、电容器C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12等外围元件组成，IC2为常用的NE555时基集成电路电路，在此用作自激谐多谐振荡器，R8、C9决定振荡频率，一般调至33KC，4脚为优先置零端，低电位时，3脚置零，高电位时正常工作，3脚输出33KC脉冲方波。三极管BG1、BG2接成射极输出口；当3脚高电位时BG1导通，BG2截止，电源经BG1的C、E极、B1的初级向C11、C12充电；当3脚低电位时BG2导通，BG1截止，C11、C12所充的电经B1初级、BG2的E、C极放电，B1初级流过的是33KC交流方波电流。B1变压比2.2，初级约6V的交流方波经B1升压输出相位相反的两组13V方波电压送到后面的功率放大升压电路驱动功率放大管。这种高频脉冲发生驱动电路比通常的正负两组直流电压直接耦合的驱动电路简单，而且不会因为电路故障造成功放管误导通；与通常的改变高频脉宽的驱动电路比较，本驱动电路在功放管关断时由于栅极加有反压，可大大降低管耗。
功率放大升压电路主要由场效应管VT1、VT2、二极管D5、D6、变压器B2及电阻器R11、R12、R15、R16电容器C14、C15等外围元件组成，高频脉冲发生驱动电路的变压器B1输出相位相反的两组13V交流方波电压分别驱动场效应管VT1、VT2作推挽功放，VT1的栅极为正时导通，同时VT2的栅极为负截止；VT1的栅极为负时截止，同时VT2的栅极为正导通，栅极G回路中的R11、R12用于消除可能产生的寄生振荡，串在栅极G回路中的R13、R14用来限制电流的上升、下降速率。由于本级工作于低电压、大电流状态，故选用60V200A的功率场效应管，其通态电阻小于0.006欧，ID达50安时管耗15瓦，电源电压12伏时输出功率600瓦，此时效率大于或等于97％。
整流缓冲输出电路主要由桥式整流器DA、可控硅VTH1、电阻器R20、R21、R22、R23、电容器C16、C17等元件组成，低压大电流经B2升压至264V后经DA桥整，正极输出至滤波电容正极经保护电阻R20至D点输出。负极输出经R23、可控硅VTH1等送至S点。加入电路可减小因负载冷态或滤波电容充电在启动时引起的过流对过流保护电路的影响。加入此电路后装置可带100％的负载启动，150％负载至短路都能可靠保护，无元件损坏。
欠压过流过热保护电路主要由三极管BG3、集成电路IC1、变压器B4、桥式整流器DD、温控开关K2、二极管D4及电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R17、R18电容器C1、C2、C3、C4、C5、C13等外围元件组成，IC1采用NE555并接成双稳态电路，6脚的电位高于8V时触发置零，2脚电位低于4V时触发置1。BG3为电源电压检测管，在电源电压11V时经R1、R2、R3分压，供给基极略大于发射极稳压电压5V加基极压降0.7V共5.7V的电压时，BG3导通，C极电压小于8V，D2截止。C2、C3用来旁路高频干扰信号。B4为检流变压器，它将流过L41的电流变化升压100倍经DD桥整、C13滤波成为0-10V的直流变化电压，经R17、R18分压输出、经隔离二极管D4送至IC1的6脚，调整R18使输出电压值在额定电流时小于8V。K2是一个安装在VT1、VT2的散热器上的温控开关。当合上开关K时，IC1的2脚由于C4的作用电压不能突变，IC1置1，3脚高电位，IC2、IC3正常工作。2脚经C4充电逐步升至4V。6脚如无触发信号则正常工作。当发生欠压如电源电压降至10.5V，则BG3基极电压小于5.7V，BG3截止，C极电位大于8V，D2导通，触发6脚，IC1置0，3脚输出低电位，IC2、IC3停止工作，整机功率管全部截止。当发生过热时，温控开关K2打开，BG3无基极电压截止，作用同上；当发生高压输出过流时，则D4输送到6脚的电压大于8V，触发IC1置0，作用同前述。触发后，必须打开开关K并等待C4放电至小于4V后才能启动。
斩波驱动电路主要由集成电路IC3、三极管BG4、BG5、变压器B3及电阻器R24、R25、电容器C18、C19、C20等外围外围元件组成，其工作原理与高频脉冲发生驱动电路相同。改变C18、R25使3脚输出的脉冲方波为50HZ，B3输出的四组交流12V方波电压驱动VT3、VT4、VT5、VT6等四只高压场效应管组成的桥式斩波电路。正半周时，L31、L34同相，VT3、VT6的栅极加正电压导通；L32、L33反相位，VT4、VT6的栅极加负电压截止，B点正，A点负。负半周时，L31、L34同相，VT3、VT6的栅极加负电压截止；L32、L33反相位，VT4、VT5的栅极加正电压导通，B点负，A点正。B点直接作为输出的一端，A点经过串联稳压电路至C点输出。
串联稳压电路主要由可控硅VTH2、VTH3、桥式整流器DK、DL、二极管D7、D8、D9、D10、D11、D14、D15、D16、三极管BG6及电阻器R30、R31、R32、R33、R34、R35、R36电容器C21、C22、C23等元件组成，它起脉宽调制稳压的作用。当A点为正时通过R30、R31向C21充正电，当这一正电压升至触发二极管D11的触发电压时，D11导通，经D11触发VTH3导通，正电流经D8、VTH3流向负载。改变C21、R30、R31的充电时间常数即可改变VTH3的导通延迟时间。当A点为负时通过R30、R31向C21充负电，当这一负电压升至触发二极管D11的触发电压时，D11导通，经D11触发VTH2导通，负电流经D7、VTH2流向负载。改变C21、R30、R31的充电时间常数即可改变VTH2的导通延迟时间。VTH2、VTH3导通延迟时间越长，输出的正负脉冲越窄，电压有效值越低。D14、D15为P521光耦合器件，BG6为输出电压检测管，R35用于调节输出电压的稳定值。
由上可见，前级和后级中使用的元件为常规元件，前级与后级之间通过插接器或接线柱等接口连接。可根据功率需要选择元器件、特别是选择VT1至VT6及B2的参数。在本实用新型的电路中，由于驱动部份均采用交流耦合，因而电源开关都设在前级电源电路中，断开开关后整个电路的消耗电流小于3mA，远小于蓄电池的自放电电流。图3所示的太阳能转换装置的输出功率可从几十瓦到500瓦；当需要大于500瓦的输出时，可如图2所示，用几个前级和一个后级连接；当需要2千瓦到11千瓦的输出时，还可按本实用新型的原理适当改变后级的电路；当串联的电瓶电压达到264V时，可不要前级，只需在后级插入欠压过流保护电路，稳压电路中可控硅加一级增流可控硅，VT3-VT6改用大功率IGBT器件，输出功率可达数十千瓦。
权利要求1，一种高效太阳能电能转换装置，包括太阳能电池板、储存太阳能电池板生成的电能的蓄电池、至少一个将太阳能电池板或/和蓄电池的直流低压通过高频变换转变成264V高压的前级和一个将前级的高压转变成220V50HZ交流电压的后级，其特征是前级和后级中使用的元件为常规元件，前级与后级之间有接口连接，前级包括将蓄电池的直流低压转变成高频脉冲电压的高频脉冲发生驱动电路、将高频脉冲发生驱动电路送来的低压高频脉冲电流进行功率放大和升压的功率放大升压电路、将功率放大升压电路送出的高频高压进行整流成264V50HZ电压的整流缓冲输出电路和可从功率放大升压电路接收短路信号使高频脉冲发生驱动电路关闭的欠压过流过热保护电路，功率放大升压电路接于高频脉冲发生驱动电路和整流缓冲输出电路之间，后级包括从高频脉冲发生驱动电路输入信号推动斩波电路工作的斩波驱动电路、将整流缓冲输出电路输出的264V高压转变成220V50HZ交流电压的桥式斩波电路和调整斩波后的脉冲宽度使输出电压稳定的串联稳压电路，桥式斩波电路接于斩波驱动电路和串联稳压电路之间。
2，按权利要求1所述的高效太阳能电能转换装置，其特征是高频脉冲发生驱动电路主要由集成电路IC2、三极管BG1、BG2、二极管D3、变压器B1及其外围元件组成，IC2为常用的NE555时基集成电路，在此用作自激谐多谐振荡器，功率放大升压电路主要由场效应管VT1、VT2、二极管D5、D6、变压器B2及其外围元件组成，整流缓冲输出电路主要由桥式整流器DA、可控硅VTH1、电阻器、电容器等元件组成，欠压过流过热保护电路主要由三极管BG3、集成电路IC1、变压器B4、桥式整流器DD、温控开关K2等元件组成，IC1采用NE555并接成双稳态电路，斩波驱动电路主要由集成电路IC3、三极管BG4、BG5、变压器B3及其外围元件组成，VT3、VT4、VT5、VT6等四只高压场效应管组成桥式斩波电路，串联稳压电路主要由可控硅VTH2、VTH3、桥式整流器DK、DL、二极管D7、D8、D9、D10、D11、D14、D15、D16、三极管BG6及其外围元件组成。
专利摘要本实用新型属将太阳能电池板或/蓄电池的直流低压电转变成交流电的装置，包括太阳能电池板、蓄电池、至少一个将太阳能电池板或/和蓄电池的直流低压转变成264V高压的前级和一个将前级的高压转变成220V50HZ交流电压的后级，前级和后级中使用的元件为常规元件，前级与后级之间有接口连接，可通过接口用多个前级与一个后级相连，从而方便地得到不同输出功率的太阳能电能转换器。
文档编号H02J7/35GK2528144SQ0127131
公开日2002年12月25日 申请日期2001年12月24日 优先权日2001年12月24日
发明者张煌仁, 肖定忠 申请人:张煌仁, 肖定忠