具有充电和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，特别涉及一种具有充电和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。

另外，当出现连续的几个阴雨天时，蓄电池的电力不足以维持被供电设备工作的需要，这将会影响被供电设备的正常工作，要解决该问题，可以加大蓄电池和太阳能电池板的容量，这样就不可避免需要敷设电源线，就会带来大量施工和高额成本，其成本会大幅度上升。另外，电磁干扰也会影响太阳能空调系统，其使用时可靠性不高。

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、安装方便、成本较低、可靠性较高、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充电和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：构造一种具有充电和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；

所述充电电路包括第二十一二极管、第二十二二极管、第二十三发光二极管、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第二十六电阻、第二十七电阻、第二十八电阻、第二十一热敏电阻、第二十二热敏电阻、第二十一三极管、第二十一电容、第二十二电容和第二十一充电管理芯片，所述第二十一二极管的阳极与所述太阳能电池的正极连接，所述第二十一二极管的阴极分别与所述第二十一电容的一端、第二十电阻的一端、第二十一电阻的一端、第二十三电阻的一端、第二十一热敏电阻的一端连接，所述第二十一电容的另一端接地并与所述充电管理芯片的第六引脚连接，所述第二十电阻的另一端与所述充电管理芯片的第三引脚连接，所述第二十一电阻的另一端分别与所述第二十二电阻的一端和充电管理芯片的第八引脚连接，所述第二十二电阻的另一端与所述充电管理芯片的第一引脚连接，所述第二十三电阻的另一端分别与所述第二十四电阻的一端和第二十一三极管的发射极连接，所述第二十四电阻的另一端与所述充电管理芯片的第一引脚连接，所述第二十一三极管的基极通过所述第二十五电阻与所述充电管理芯片的第七引脚连接，所述第二十一三极管的集电极通过所述第二十六电阻与所述第二十二二极管的阳极连接，所述第二十二二极管的阴极分别与所述充电管理芯片的第二引脚、第二十二电容的一端和蓄电池的正极连接，所述第二十二电容的另一端接地，所述第二十一热敏电阻的另一端分别与所述第二十八电阻的一端和第二十二热敏电阻的一端连接，所述第二十八电阻的另一端与所述充电管理芯片的第四引脚连接，所述第二十二热敏电阻的另一端接地，所述充电管理芯片的第五引脚通过所述第二十七电阻与所述第二十三发光二极管的阳极连接，所述第二十三发光二极管的阴极接地；

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充电和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充电和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充电和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充电和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。

实施本发明的具有充电和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，太阳能电池将太阳能转换为电能，充电管理芯片对整个充电电路进行管理，保证空调能量需要，同时可以避免敷设电源线带来的大量施工和高额成本，还能减少电磁干扰对系统的影响，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、安装方便、成本较低、可靠性较高、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为本发明具有充电和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为所述实施例中充电电路的电路原理图；

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。

在本发明具有充电和H桥逆变的太阳能空调系统实施例中，该具有充电和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，该具有充电和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充电和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为本实施例中充电电路的电路原理图，图2中，充电电路11包括第二十一二极管D21、第二十二二极管D22、第二十三发光二极管LED23、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十一热敏电阻RT21、第二十二热敏电阻RT22、第二十一三极管Q21、第二十一电容C21、第二十二电容C22和第二十一充电管理芯片U21，其中，第二十电阻R20、第二十四电阻R24、第二十六电阻R26和第二十八电阻R28均为限流电阻，用于进行过流保护，提高系统的安全性能。

其中，第二十一二极管D21的阳极与太阳能电池的正极PV+连接，第二十一二极管D21的阴极分别与第二十一电容C21的一端、第二十电阻R20的一端、第二十一电阻R21的一端、第二十三电阻R23的一端、第二十一热敏电阻RT21的一端连接，第二十一电容C21的另一端接地并与充电管理芯片U21的第六引脚连接，第二十电阻R20的另一端与充电管理芯片U21的第三引脚连接，第二十一电阻R21的另一端分别与第二十二电阻R22的一端和充电管理芯片U21的第八引脚连接，第二十二电阻R22的另一端与充电管理芯片U21的第一引脚连接，第二十三电阻R23的另一端分别与第二十四电阻R24的一端和第二十一三极管Q21的发射极连接，第二十四电阻R24的另一端与充电管理芯片U21的第一引脚连接。

本实施例中，第二十一三极管Q21的基极通过第二十五电阻R25与充电管理芯片U21的第七引脚连接，第二十一三极管Q21的集电极通过第二十六电阻R26与第二十二二极管D22的阳极连接，第二十二二极管D22的阴极分别与充电管理芯片U21的第二引脚、第二十二电容C22的一端和蓄电池的正极BAT+连接，第二十二电容C22的另一端接地，第二十一热敏电阻RT21的另一端分别与第二十八电阻R28的一端和第二十二热敏电阻RT22的一端连接，第二十八电阻R28的另一端与充电管理芯片U21的第四引脚连接，第二十二热敏电阻RT22的另一端接地，充电管理芯片U21的第五引脚通过第二十七电阻R27与第二十三发光二极管LED23的阳极连接，第二十三发光二极管LED23的阴极接地。

本实施例中，充电管理芯片U21的第一引脚为充电电流感测输入，第二引脚为蓄电池电压输入，第三引脚为工作电源输入，第四引脚为温度感测输入，第五引脚为充电状态输出，第六引脚为工作电源地输入，第七引脚为充电控制输出，第八引脚为充电速率补偿输入。太阳能电池板PV为该充电电路11提供充电电压，第二十一二极管D21用于反向截止，防止充电电路11反向送电，第二十一电容C21是充电管理芯片U21的滤波电容，第二十二电容C22是输出充电电压的滤波电容，第二十二二极管D21用于反向截止，防止因为第二十一三极管Q21存在漏电流而导致蓄电池BAT的电量损耗。

本实施例中，充电管理芯片U21的第一引脚能够检测第二十三电阻R23的压降，从而控制充电电流大小，第二引脚用于检测充电电压和电池电压，第三引脚和第六引脚用于接入工作电源，第四引脚可以通过第二十一热敏电阻RT11和第二十二热敏电阻RT22检测蓄电池BAT的温度，防止在蓄电池BAT的温度过高时充电，由于该充电电路11不需检测蓄电池BAT的温度，故将第二十一热敏电阻RT11和第二十二热敏电阻RT22设为相同阻值，第五引脚为充电状态输出，在充电时第二十三发光二极管LED23亮，充满后第二十三发光二极管LED23灭，第七引脚通过第二十五电阻R25控制第二十一三极管Q21通过的电流大小，从而起到控制充电电流的作用，第八引脚通过检测第二十一电阻R21和第二十二电阻R22之间的分压，以补偿蓄电池BAT的内部阻抗和电路中的压降，从而提高充电速率。

该充电电路11能够利用太阳能电池PV向蓄电池BAT补充电能，其中太阳能电池PV把太阳能转化为电能，充电管理芯片U21对整个充电电路11进行管理，保证空调的能量需要，同时可避免敷设电源线带来的大量施工和高额成本，还可减少电磁干扰对该具有充电控制的太阳能空调系统的影响。因此该充电电路11具有安装方便、成本低廉和使用可靠的优点。

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，充电电路11具有安装方便、成本低廉和使用可靠的优点。

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。