太阳能直流变换器、供电控制方法、空调供电系统与流程

本发明涉及太阳能供电技术领域，具体而言，涉及一种太阳能直流变换器、供电控制方法、空调供电系统。

背景技术：

目前，在太阳能功率变换装置中，几千瓦等级大都采用不隔离的功率变换方式。采用不隔离的太阳能功率变换器虽然成本、效率上有一定优势但存在对地泄漏电流问题，国内外学者先后从不同角度提出了多种解决系统对地泄漏电流的功率变换拓扑与控制策略，例如有源共模干扰抑制方案，通过电容等检出共模信号，然后经过射极跟随与放大反向后再串入共模回路以抵消共模干扰；以及三相四桥臂方案该方案增加了辅助桥臂，调制上不能使用零矢量，该方案容易使线电压畸变；此外还有h5、h6、heric、refu等拓扑。但这些方案大都增加了成本与系统复杂性。综合对比，有些方案成本反而比隔离方案高。

另外，根据电池板的摆放位置以及电池板特性的差异通常把电池板分成几组，从而形成电压或容量等参数不同的几组太阳能电源输入。因此需要多输入的直流变换器。目前行业上采用多个功率变换器分别对应多输入的太阳能电池电源，成本较高。

针对相关技术中多个太阳能电池板供电时，需要采用多个功率变换器分别对应多输入的太阳能电池电源，使得成本较高的问题，目前尚未提出有效地解决方案。

技术实现要素：

本发明提供了一种太阳能直流变换器、供电控制方法、空调供电系统，以至少解决现有技术中多个太阳能电池板供电时，需要采用多个功率变换器分别对应多输入的太阳能电池电源，使得成本较高的问题。

为解决上述技术问题，根据本公开实施例的一个方面，本发明提供了一种太阳能直流变换器，包括：

第一太阳能输出控制电路，输入端与第一太阳能电池板的输出端连接，用于控制第一太阳能电池板的输出；

第二太阳能输出控制电路，输入端与第二太阳能电池板的输出端连接，用于控制第二太阳能电池板的输出；

变压器隔离功率变换电路，输入端分别与第一太阳能输出控制电路的输出端和第二太阳能输出控制电路的输出端连接，输出端用于与负载连接，用以为负载供电。

进一步地，第一太阳能输出控制电路包括：

第一二极管，正极与第一太阳能电池板的正极连接，负极的第一端通过第一吸收回路与变压器电路第一输入端连接，负极第二端与变压器第二输入端连接，其中，第一吸收回路用于抑制电路中漏感产生的电压应力；

第一mos管，漏极与变压器电路第一输入端连接，源极与第一太阳能电池板的负极连接，用于控制第一太阳能电池板供电与否。

进一步地，第一吸收回路包括：

第一电阻，第一端与第一二极管的负极连接；

第一电容，第一端分别与第一电阻的第一端和第一二极管的负极连接，第二端与第一电阻的第二端连接；

第七二极管，负极分别与第一电阻的第二端和第一电容的第二端连接；正极分别与第一mos管的漏极和变压器电路第一输入端连接。

进一步地，第二太阳能输出控制电路包括：

第二二极管，正极与第二太阳能电池板的正极连接，负极的第一端通过第二吸收回路与变压器电路第二输入端连接，负极第二端与变压器第一输入端连接，其中，第二吸收回路用于抑制电路中漏感产生的电压应力；

第二mos管，漏极与变压器电路第二输入端连接，源极与第二太阳能电池板的负极连接，用于控制第二太阳能电池板供电与否。

进一步地，第二吸收回路包括：

第二电阻，第一端与第二二极管的负极连接；

第二电容，第一端分别与第二电阻的第一端和第二二极管的负极连接，第二端与第二电阻的第二端连接；

第八二极管，负极分别与第二电阻的第二端和第二电容的第二端连接；正极分别与第二mos管的漏极和变压器电路第二输入端连接。

进一步地，变压器隔离功率变换电路包括：

第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管组成的桥式整流电路，其中，第三二极管的正极与变压器第二输出端连接，负极与第四二极管的负极连接；第四二极管的正极与第六二极管的负极连接，并连接至变压器第一输出端；第五二极管的负极与第三二极管的正极连接，正极与第六二极管的正极连接，并连接至变压器隔离功率变换电路的第二输出端；

第一电感，第一端与第三二极管和第四二极管的负极连接，第二端与变压器隔离功率变换电路的第一输出端连接；

第三电容，第一端与变压器隔离功率变换电路的第一输出端连接，第二端与变压器隔离功率变换电路的第二输出端连接。

进一步地，变压器隔离功率变换电路包括：

第九二极管，负极与变压器第二输出端连接，正极与变压器隔离功率变换电路的第二输出端；

第十二极管，正极与第九二极管的正极连接，并连接至变压器隔离功率变换电路的第二输出端，负极与变压器第一输出端连接；

第二电感，第一端分别与变压器第二输出端和第九二极管的负极连接，第二端与变压器隔离功率变换电路的第一输出端；

第三电感，第一端分别与第十二极管负极和变压器第一输出端连接，第二端与第二电感的第二端连接；

第四电容，第一端与变压器隔离功率变换电路的第一输出端连接，第二端与变压器隔离功率变换电路的第二输出端连接。

根据本公开实施例的另一方面，提供了一种空调供电系统，包括上述的太阳能直流变换器、第一太阳能电池板、第二太阳能电池板以及空调机组，其中，第一太阳能电池板、第二太阳能电池板通过太阳能直流变换器为空调机组供电。

根据本公开实施例的另一方面，提供了一种通过上述太阳能直流变换器进行供电的供电控制方法，通过第一太阳能输出控制电路、第二太阳能输出控制电路分别控制第一太阳能电池板、第二太阳能电池板的输出通断，以实现第一太阳能电池板、第二太阳能电池板分时对负载进行供电。

进一步地，对第一太阳能电池板、第二太阳能电池板供电过程中进行独立的最大功率追踪控制。

在本发明中，对于具有不同电压太阳能电池组供电控制时，设置第一太阳能输出控制电路和第二太阳能输出控制电路，实现不同电压太阳能电池组的分时控制，同时，通过设置输入端分别与第一太阳能输出控制电路的输出端和第二太阳能输出控制电路的输出端连接的变压器隔离功率变换电路，完成一个变压器实现两个不同电压太阳能电池组的输入，这种结构的太阳能直流变换器有效地解决现有技术中多个太阳能电池板供电时，需要采用多个功率变换器分别对应多输入的太阳能电池电源，成本较高的问题，降低太阳能电源输入的设备成本。

附图说明

图1是根据本发明实施例的太阳能直流变换器的一种可选的结构框图；

图2是根据本发明实施例的太阳能直流变换器的一种可选的电路结构图；

图3是根据本发明实施例的太阳能直流变换器的另一种可选的电路结构图；以及

图4是根据本发明实施例的空调供电系统的一种可选的结构框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

下面结合附图对本发明提供的太阳能直流变换器进行说明。

图1示出太阳能直流变换器的一种可选的结构框图，如图1所示，该太阳能直流变换器包括如下部分：

第一太阳能输出控制电路101，输入端与第一太阳能电池板10的输出端连接，用于控制第一太阳能电池板10的输出；

第二太阳能输出控制电路102，输入端与第二太阳能电池板11的输出端连接，用于控制第二太阳能电池板11的输出；

变压器隔离功率变换电路103，输入端分别与第一太阳能输出控制电路的输出端和第二太阳能输出控制电路的输出端连接，输出端用于与负载连接，用以为负载20供电。

在上述实施方式中，对于具有不同电压太阳能电池组(第一太阳能电池板10、第二太阳能电池板11)供电控制时，设置第一太阳能输出控制电路101和第二太阳能输出控制电路102，对不同电压太阳能电池组的分时控制，并且，通过设置输入端分别与第一太阳能输出控制电路101的输出端和第二太阳能输出控制电路102的输出端连接的变压器隔离功率变换电路103，完成一个变压器即可实现两个不同电压太阳能电池组的输入，这种结构的太阳能直流变换器有效地解决现有技术中多个太阳能电池板供电时，需要采用多个功率变换器分别对应多输入的太阳能电池电源，成本较高的问题，降低太阳能电源输入的设备成本。

下面结合图2和图3对上述太阳能直流变换器的电路结构进行具体说明：

图2示出上述太阳能直流变换器的一种可选的电路连接图，如图2所示为包括s11和s21共两个太阳能电池板的供电方案，具体设置电路时，上述的第一太阳能输出控制电路101如图2所示，包括：

第一二极管d12，正极与第一太阳能电池板s11的正极连接，负极的第一端通过第一吸收回路与变压器电路第一输入端连接，负极第二端与变压器第二输入端连接，其中，优选地，上述第一吸收回路包括：第一电阻r11，第一端与第一二极管d12的负极连接；第一电容c11，第一端分别与第一电阻r11的第一端和第一二极管d12的负极连接，第二端与第一电阻r11的第二端连接,第七二极管d11，负极分别与第一电阻r11的第二端和第一电容c11的第二端连接；正极分别与第一mos管mos11的漏极和变压器电路第一输入端连接。该第一吸收回路用于抑制电路中漏感产生的电压应力；

第一mos管mos11，漏极与变压器电路第一输入端连接，源极与第一太阳能电池板s11的负极连接，用于控制第一太阳能电池板s11供电与否。

上述的第二太阳能输出控制电路102如图2所示，包括：

第二二极管d22，正极与第二太阳能电池板s21的正极连接，负极的第一端通过第二吸收回路与变压器电路第二输入端连接，负极第二端与变压器第一输入端连接，其中，优选地，第二吸收回路包括：第二电阻r21，第一端与第二二极管d22的负极连接；第二电容c21，第一端分别与第二电阻r21的第一端和第二二极管d22的负极连接，第二端与第二电阻r21的第二端连接；第八二极管d21，负极分别与第二电阻r21的第二端和第二电容c21的第二端连接；正极分别与第二mos管mos21的漏极和变压器电路第二输入端连接。第二吸收回路用于抑制电路中漏感产生的电压应力；

第二mos管mos21，漏极与变压器电路第二输入端连接，源极与第二太阳能电池板s21的负极连接，用于控制第二太阳能电池板供电与否。

上述的变压器隔离功率变换电路如图2所示，包括：

第三二极管d31、第四二极管d32、第五二极管d33、第六二极管d34组成的桥式整流电路，其中，第三二极管d31的正极与变压器第二输出端连接，负极与第四二极管d32的负极连接；第四二极管d32的正极与第六二极管d34的负极连接，并连接至变压器第一输出端；第五二极管d33的负极与第三二极管d31的正极连接，正极与第六二极管d34的正极连接，并连接至变压器隔离功率变换电路的第二输出端；

第一电感l31，第一端与第三二极管d31和第四二极管d32的负极连接，第二端与变压器隔离功率变换电路的第一输出端连接；

第三电容c31，第一端与变压器隔离功率变换电路的第一输出端连接，第二端与变压器隔离功率变换电路的第二输出端连接。

图2示出的直流变换器为双输入隔离型直流变换器，两个输入功率管采用分时导通的方式。为了抑制漏感产生的电压应力，两个变压器输入原边都设置了吸收电路。在系统母线电压较高时，变压器副边输出绕组采用桥式拓扑。

图2中功率管mos11导通时，太阳能电池s11的能量经过原边绕组np1、磁芯、副边绕组ns及整流二极管d31、d34、电感l31传输到负载rl。另一电源输入绕组np2虽然有感应电压，但由于只有吸收回路一路回路，基本不产生输出功率。

功率管mos11关断时，磁芯中的励磁能量、漏感中的能量以及副边电感的续流等因素，续流二级管的导通过程等存在一个动态过程。随着这个过程的结束，变换器进入副边电感续流阶段。此后另一路绕组电路的功率管mos21导通，其过程与前述相同。

根据副边电感电流的连续性，此变换器工作模式可分为电感电流不连续模式dcm,电感电流连续模式ccm以及临界导通模式crm。为了避免两路输入电源在变压器磁场中的相互耦合及磁复位问题给变换器控制带来的困难，方案中采用每个输入电源分时工作，副边电感电流不连续dcm的工作方式，即，在功率管导通之前副边电感续流电流已经下降到零(其中，优选地，在导通之前可通过电流检测元件检测副边电感电流值是否为零)。

在电感电流不连续dcm或临界导通的前提下，根据检测到的太阳能电池板电源电压及相应的电流可得到太阳能电池板的输出功率，在进行控制时，可以通过动态控制功率管的占空比使太阳能电池板的输出功率始终维持在最大值，具体来说，优选地，以一个时间段为单位，在此时间段内功率管占空比相同，检测太阳能电池板的平均电流与电压，得到功率。当此功率小于上一时间段的功率时，功率管的占空比调到上一时间段的占空比。当此功率大于上一时间段功率时，功率管的占空比按前一段的变化趋势再增加或减少一定开通时间段。由此往复实现太阳能电池板的输出功率始终在最高点，实现最大功率跟踪mppt。

图3示出上述太阳能直流变换器的另一种可选的电路连接图，如图3所示为包括s11和s21共两个太阳能电池板的供电方案，此处需要说明的是，为了方便比较图2和图3，部分元器件标号相同，在实际设置时，图2和图3中标号相同的元器件取值可以相同也可以不同。具体设置电路时，上述的第一太阳能输出控制电路101如图3所示，包括：

第一二极管d12，正极与第一太阳能电池板s11的正极连接，负极的第一端通过第一吸收回路与变压器电路第一输入端连接，负极第二端与变压器第二输入端连接，其中，优选地，上述第一吸收回路包括：第一电阻r11，第一端与第一二极管d12的负极连接；第一电容c11，第一端分别与第一电阻r11的第一端和第一二极管d12的负极连接，第二端与第一电阻r11的第二端连接,第七二极管d11，负极分别与第一电阻r11的第二端和第一电容c11的第二端连接；正极分别与第一mos管mos11的漏极和变压器电路第一输入端连接。该第一吸收回路用于抑制电路中漏感产生的电压应力；

第一mos管mos11，漏极与变压器电路第一输入端连接，源极与第一太阳能电池板s11的负极连接，用于控制第一太阳能电池板s11供电与否。

上述的第二太阳能输出控制电路102如图3所示，包括：

第二二极管d22，正极与第二太阳能电池板s21的正极连接，负极的第一端通过第二吸收回路与变压器电路第二输入端连接，负极第二端与变压器第一输入端连接，其中，优选地，第二吸收回路包括：第二电阻r21，第一端与第二二极管d22的负极连接；第二电容c21，第一端分别与第二电阻r21的第一端和第二二极管d22的负极连接，第二端与第二电阻r21的第二端连接；第八二极管d21，负极分别与第二电阻r21的第二端和第二电容c21的第二端连接；正极分别与第二mos管mos21的漏极和变压器电路第二输入端连接。第二吸收回路用于抑制电路中漏感产生的电压应力；

第二mos管mos21，漏极与变压器电路第二输入端连接，源极与第二太阳能电池板s21的负极连接，用于控制第二太阳能电池板供电与否。

上述的变压器隔离功率变换电路如图3所示，包括：

第九二极管d31，负极与变压器第二输出端连接，正极与变压器隔离功率变换电路的第二输出端；

第十二极管d32，正极与第九二极管d31的正极连接，并连接至变压器隔离功率变换电路的第二输出端，负极与变压器第一输出端连接；

第二电感l31，第一端分别与变压器第二输出端和第九二极管d31的负极连接，第二端与变压器隔离功率变换电路的第一输出端；

第三电感l32，第一端分别与第十二极管d32负极和变压器第一输出端连接，第二端与第二电感l31的第二端连接；

第四电容c31，第一端与变压器隔离功率变换电路的第一输出端连接，第二端与变压器隔离功率变换电路的第二输出端连接。

图3所示电路结构中，变压器原边元器件和图2相同，副边结构不相同，图2的双输入隔离型直流变换器主要针对输出电压较高的情况下使用，图3的双输入隔离型直流变换器主要针对输出电流较大的情况下使用。

在副边输出电流较大时可以采用如图3所示的方案拓扑。图3中，高频变压器原边电路拓扑和图2相同，副边拓扑采用两个副边电感的方式，此方式可以实现原边相应导通功率管的电流减半。控制上还是采用电感电流不连续导通方式(其中，功率管mos11的导通对应于副边电感l31的不连续导通，功率管mos21的导通对应于副边电感l32的不连续导通)。其余的最大功率跟踪控制和图2相同，此处不再赘述。

在上述实施例中，对于具有不同电压太阳能电池组供电控制时，设置第一太阳能输出控制电路和第二太阳能输出控制电路，实现不同电压太阳能电池组的分时控制，同时，通过设置输入端分别与第一太阳能输出控制电路的输出端和第二太阳能输出控制电路的输出端连接的变压器隔离功率变换电路，完成一个变压器实现两个不同电压太阳能电池组的输入，这种结构的太阳能直流变换器有效地解决现有技术中多个太阳能电池板供电时，需要采用多个功率变换器分别对应多输入的太阳能电池电源，成本较高的问题，降低太阳能电源输入的设备成本。

实施例2

基于上述实施例1中提供的太阳能直流变换器，本发明可选的实施例2还提供了一种空调供电系统，具体来说，图4示出该空调供电系统的一种可选的结构框图，如图4所示，该空调供电系统包括：太阳能直流变换器40、第一太阳能电池板10、第二太阳能电池板11以及空调机组41，第一太阳能电池板10、第二太阳能电池板11通过太阳能直流变换器40为空调机组42供电。其中，太阳能直流变换器结构如上述实施例1中所描述，此处不再赘述。

由于太阳能电池板摆放位置不同导致的输出电压不同，因此不能并联给空调系统供电，必须分开供电，普通的太阳能变换器采用两个功率变换器处理两组太阳能电池板，本实施例中采用一个功率变换器实现了两组电池板的供电。且两组电池板之间实现了隔离减少了相互干扰，对电磁兼容有利。且一个变压器实现了两组隔离的太阳能电池板输入节省了成本。

实施例3

基于上述实施例1中提供的太阳能直流变换器，本发明可选的实施例3还提供了一种通过太阳能直流变换器进行供电的供电控制方法，其中，太阳能直流变换器结构如上述实施例1中所描述，此处不再赘述。在通过太阳能直流变换器进行供电的控制中，通过第一太阳能输出控制电路、第二太阳能输出控制电路分别控制第一太阳能电池板、第二太阳能电池板的输出通断，以实现第一太阳能电池板、第二太阳能电池板分时对负载进行供电。

此外，对第一太阳能电池板、第二太阳能电池板供电过程中进行独立的最大功率追踪控制。具体地，在电感电流不连续dcm或临界导通的前提下，根据检测到的太阳能电池板电源电压及相应的电流可得到太阳能电池板的输出功率，在进行控制时，可以通过动态控制功率管的占空比使太阳能电池板的输出功率始终维持在最大值，具体来说，优选地，以一个时间段为单位，在此时间段内功率管占空比相同，检测太阳能电池板的平均电流与电压，得到功率。当此功率小于上一时间段的功率时，功率管的占空比调到上一时间段的占空比。当此功率大于上一时间段功率时，功率管的占空比按前一段的变化趋势再增加或减少一定开通时间段。由此往复实现太阳能电池板的输出功率始终在最高点，实现最大功率跟踪mppt。

从以上描述中可以看出，在本发明提供的实施例中，对于具有不同电压太阳能电池组供电控制时，设置第一太阳能输出控制电路和第二太阳能输出控制电路，实现不同电压太阳能电池组的分时控制，同时，通过设置输入端分别与第一太阳能输出控制电路的输出端和第二太阳能输出控制电路的输出端连接的变压器隔离功率变换电路，完成一个变压器实现两个不同电压太阳能电池组的输入，这种结构的太阳能直流变换器有效地解决现有技术中多个太阳能电池板供电时，需要采用多个功率变换器分别对应多输入的太阳能电池电源，成本较高的问题，降低太阳能电源输入的设备成本。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。