供电装置及系统的制作方法

本发明涉及电力系统技术领域，尤其是涉及一种供电装置及系统。

背景技术：

对于目前需要隔离变压的太阳能系统，多采用单独的太阳能充电控制器与单独的变压电路组合在一起的方式，存在体积大，成本高等特点。如果独立的太阳能充电控制器为mppt型(最大功率点跟踪，maximumpowerpointtracking)，则成本极其高昂；如独立的太阳能充电控制器为脉冲宽度调制型，则充电效率低；如果该太阳能系统采用常规电感复用电路的方式进行充电控制和变压，可能存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种供电装置及系统，以缓解了现有技术中的蓄电功能和变压功能需要单独利用充电控制器和变压电路实现的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种供电装置，包括：控制器、驱动电路和变压单元；其中，驱动电路与控制器连接，变压单元与驱动电路连接；驱动电路还与蓄电池连接；驱动电路包括光电池接口，用于与外部光电池连接；驱动电路还包括多个开关器件，控制器用于向多个开关器件发送驱动信号，控制多个开关器件的导通状态，使开关器件与变压单元构成蓄电池的充放电回路，以对蓄电池的充放电状态进行切换。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，开关器件包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管；第一场效应管和第二场效应管分别连接至蓄电池的两端；第三场效应管和第四场效应管分别连接至光电池接口。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管为n沟道场效应管。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，第一场效应管的栅极、第二场效应管的栅极、第三场效应管的栅极和第四场效应管的栅极均与控制器连接；第一场效应管的漏极、第三场效应管的漏极与变压单元的初级线圈的一端连接；第二场效应管的漏极、第四场效应管的漏极与变压单元的初级线圈的另一端连接；第三场效应管的源极、第四场效应管的源极与光电池接口连接；第一场效应管的源极、第二场效应管的源极与蓄电池连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，供电装置还包括支撑电容，支撑电容与蓄电池并联。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，变压单元包括变压器；变压器的次级线圈与负载连接；变压器的初级线圈包括串联连接的第一初级线圈和第二初级线圈；蓄电池的正极连接在第一初级线圈和第二初级线圈的连接通路上，蓄电池的负极与第一场效应管的源极、第二场效应管的源极共同接地连接。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，变压单元还包括电子开关；变压器的次级线圈经电子开关与负载连接；控制器还用于向电子开关发送控制信号，控制电子开关的导通状态，以对负载的供电状态进行控制电。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，供电装置还包括多个与控制器连接的电压采集单元；电压采集单元用于采集外部光电池、蓄电池和负载两端的端电压，并将端电压发送至控制器，以对外部光电池、蓄电池和负载两端的电信号进行监控。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，供电装置还包括保护电路；保护电路包括二极管和滤波电容；二极管的阳极与外部光电池的高压端连接，二极管的阴极与光电池接口连接；滤波电容与外部光电池并联，对外部光电池的输出电信号进行滤波。

第二方面，本发明实施例还提供一种供电系统，该供电系统包括第一方面所述的供电装置，还包括外部光电池和蓄电池；外部光电池和蓄电池均与供电装置连接。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了一种供电装置及系统，包括控制器、驱动电路、变压单元和蓄电池；将驱动电路与控制器连接，变压单元和蓄电池均与驱动电路连接；驱动电路经光电池接口与外部光电池连接；驱动电路还包括多个开关器件，控制器向多个开关器件发送驱动信号，控制多个开关器件的导通状态，使开关器件与变压单元构成蓄电池的充放电回路，以对蓄电池的充放电状态进行切换。这种利用驱动电路对蓄电池进行充放电工作的复合方式，使得装置简单，易于控制。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种供电装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种供电装置的电路图；

图3为本发明实施例提供的一种充电过程中供电装置的电路简化图；

图4为本发明实施例提供的一种变压过程中供电装置的电路简化图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

目前需要隔离变压的太阳能系统，多采用单独的太阳能充电控制器与单独的变压电路组合在一起的方式，存在体积大，成本高等特点。基于此，本发明实施例提供的一种供电装置以及系统，可以利用驱动电路对蓄电池进行充放电工作，使得装置简单，易于控制。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种供电装置进行详细介绍。

实施例一：

参考图1所述的一种供电装置的结构示意图，该供电装置包括控制器10、驱动电路20和变压单元40；

具体实现时，驱动电路与控制器连接，变压单元与驱动电路连接；驱动电路还与蓄电池连接(未在图1中绘出)；该驱动电路包括光电池接口(未在图1中绘出)，该驱动电路通常用于与外部光电池(未在图1中绘出)连接；该驱动电路还可以与其他供电电池连接，以将其他供电电池所提供的电量传输至蓄电池中。驱动电路还包括多个开关器件102，控制器用于向多个开关器件发送驱动信号，控制多个开关器件的导通状态，使开关器件与变压单元构成蓄电池充放电回路，以对蓄电池的充放电状态进行切换。

其中，该控制器可以控制多个开关器件的通断，使得开关器件与变压单元共同组成蓄电池的充电电路，对蓄电池进行充电，或者还可以通过控制开关器件的通断，使得开关器件与变压单元共同组成蓄电池的放电电路。在蓄电池的充电电路中，外部光电池的电信号利用变压单元的磁特性，对蓄电池进行充电工作；在蓄电池的放电电路中，变压单元对蓄电池的直流电进行升压或降压输出。

本发明实施例提供了一种供电装置，该供电装置将驱动电路与控制器连接，变压单元和蓄电池均与驱动电路连接；驱动电路经光电池接口与外部光电池连接；驱动电路还包括多个开关器件，控制器向多个开关器件发送驱动信号，控制多个开关器件的导通状态，使开关器件与变压单元构成蓄电池的充放电回路，以对蓄电池的充放电状态进行切换。这种利用驱动电路对蓄电池进行充放电工作的复合方式，使得装置简单，易于控制。

进一步，该开关器件包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管；第一场效应管和第二场效应管分别连接至蓄电池的两端；第三场效应管和第四场效应管分别连接至光电池接口。

具体实现时，第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管均为n沟道场效应管。其中，第一场效应管的栅极、第二场效应管的栅极、第三场效应管的栅极和第四场效应管的栅极均与控制器连接；第一场效应管的漏极、第三场效应管的漏极与变压单元的初级线圈的一端连接；第二场效应管的漏极、第四场效应管的漏极与变压单元的初级线圈的另一端连接；第三场效应管的源极、第四场效应管的源极与光电池接口连接；第一场效应管的源极、第二场效应管的源极与蓄电池连接。

为了便于理解，图2示出了一种供电装置的电路图，其中，该供电装置的电路图绘出了第一场效应管q1、第二场效应管q2、第三场效应管q3和第四场效应管q4，外部光电池202，以及光电池接口206。外部光电池输出的电压值为pv+，经光电池接口输出至驱动电路。蓄电池的电压值用e1表示。

进一步，供电装置还包括支撑电容c2，支撑电容与蓄电池并联。具体地，当外部光电池向蓄电池充电时，通过该支撑电容可以对充电过程中的电压信号起到滤波作用，这样输入到蓄电池的电压就变得相对平稳；此外，由于负载和蓄电池是通过导体(电线)连接的，有一定的相对距离，在蓄电池放电过程时，该支撑电容起到存储及释放蓄电池的能量和母线支撑的作用，使得升压前的母线电压(初级线圈处的电压)平稳，以避免出现因为负载工作原因而导致电压波动震荡的问题。

变压单元包括变压器t；变压器的次级线圈t3与负载连接；变压器的初级线圈包括串联连接的第一初级线圈t1和第二初级线圈t2；其中，t1、t2和t3的同名端用黑实点绘出。蓄电池的正极连接在第一初级线圈和第二初级线圈的连接通路上，蓄电池的负极与第一场效应管的源极、第二场效应管的源极共同接地连接。

进一步，变压单元还包括电子开关，如图2所示的电子开关k；该电子开关可以为继电器开关。其中，变压器的次级线圈经电子开关与负载连接；控制器还用于向电子开关发送控制信号，控制电子开关的导通状态，以对负载的供电状态进行控制电。图2所绘制的电子开关k连接有整流电路210，该整流电路后连接负载212，该电子开关也可放于整流电路之后。该电子开关与负载之间还可以连接有变压电路和/或滤波电路等附加电路，以对变压器次级线圈输出的电压进行变压和/或滤波。具体电子开关器件的类型，以及电子开关与负载之间所连接的附加电路的电路类型，可以根据实际需要进行设定，本发明实施例对此不进行限制。

供电装置还包括多个与控制器连接的电压采集单元；如图2所示的电压采样单元208，该电压采集单元通常用于采集外部光电池、蓄电池和负载两端的端电压，并将端电压发送至控制器，以对外部光电池、蓄电池和负载两端的电信号进行监控。

为了防止蓄电池经驱动电路加载到变压单元上，进行变压的过程中电流经q3和/或q4返流至外部光电池，供电装置还包括保护电路；如图2所示的保护电路204，该保护电路包括二极管d1和滤波电容c1；二极管的阳极与外部光电池的高压端连接，二极管的阴极与光电池接口连接；该二极管可以防止电流经经q3和/或q4返流至外部光电池；滤波电容与外部光电池并联，对外部光电池的输出电信号进行滤波。d1还可以为晶闸管、场效应管等具有上述防止电流经经q3和/或q4返流至外部光电池功能的电子器件，对此本发明实施例不进行限制。

基于图2所示的供电装置，图3示出了一种充电过程中供电装置的电路简化图，当外部光电池向蓄电池进行充电时，控制器向q1和q2的栅极输入低电平驱动信号，q1和q2正向不导通，此时q1和q2等效为图3所示的单向导通的二极管q1和q2，此时，该供电装置等效为两相降压式变换电路，q1和q2可以作为该降压式变换电路的续流二极管，变压器次级线圈连接的电子开关为断开状态。为了便于分析电路，由于变压器次级线圈部分没有电流信号，因此，变压器次级线圈部分未绘出。具体实现时，控制器可以利用预编译的控制算法控制q3和q4交互导通，实现将pv+的电信号传递至蓄电池，对蓄电池进行充电的过程，具体地，当q3导通时，电流流向如实线箭头所示，当q4导通时，电流流向如虚线箭头所示。进一步，上述预编译的控制算法可以选用mppt算法(最大功率点跟踪，maximumpowerpointtracking)，采用该mppt算法，即可实现mppt控制的控制效果。具体控制算法可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不进行限制。

基于图2所示的供电装置，图4示出了一种变压过程中供电装置的电路简化图，当对蓄电池进行变压时，变压器次级线圈连接的电子开关为闭合导通状态，控制器向q3和q4的栅极输入低电平驱动信号，q3和q4正向不导通，即驱动电路与外部光电池视为断开状态，为了便于理解，图4所示的电路简化图中，未绘出q3和q4部分。此时，该供电装置可以视为普通的推挽变压电路，控制器通过控制q1和q2的交互导通，来实现将蓄电池的直流电压以交流电的形式加载至变压器初级线圈上，并经变压器次级线圈感应后输出至负载中。具体实现时，当q1导通时，蓄电池的电信号从蓄电池的正极经t1和q1流入蓄电池的负极(如实线箭头所示)，此时，t3的同名端为低电压值；当q2导通时，蓄电池的电信号从蓄电池的正极经t2和q2流入蓄电池的负极(如虚线箭头所示)，此时，t3的同名端为高电压值。此外，由于变压器初级线圈和次级线圈的匝数会影响输出至负载两端的电压大小，因此，可以根据实际情况控制或切换变压器的线圈匝数，来实现对该供电装置的升压或降压功能控制，本发明实施例对该供电装置的功能不进行限制。

值得说明的是，图2所示的第一场效应管q1、第二场效应管q2、第三场效应管q3和第四场效应管q4、电子开关k、二极管d1、滤波电容c1和支撑电容c2等电路器件可以是单个器件，也可以为实现相同功能的多个并联器件组成的电路器件。例如，q1和q2的两端并联外加二极管，所外加二极管可以等效为q1和q2的体二极管。

本发明实施例可以利用变压器的磁特性实现降压式变换电路中的电感的功能，利用场效应管的体内二极管实现降压式变换电路中的续流二极管的功能，也利用变压器的初级线圈和次级线圈实现蓄电池的变压功能，这种通过一个电路实现两种功能的方式，极大地降低了原有降压式变换电路和变压放电电路分开工作的成本，同时极大地减小了产品的体积。通过变压器隔离了输入与输出，增加了安全性。

实施例二：

基于实施例一所述的供电装置的基础上，本发明实施例还提供了一种供电系统，该供电系统包括实施例一所述的供电装置，还包括外部光电池和蓄电池；其中，外部光电池和蓄电池均与供电装置连接。

本发明实施例提供的供电系统，与上述实施例提供的供电装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

最后应说明的是：

附图中的流程图和结构框图显示了根据本发明的多个实施例的方法、装置和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露装置和系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。