一种用于检测光伏组串的直流电子负载的制作方法

技术领域:

本实用新型涉及光伏领域，尤其涉及用于检测光伏组串的直流电子负载。

背景技术：
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在电源产品测试时，电子负载通常用来吸收电源的功率，其中包括dc-dc适配器、锂电池、燃料电池、太阳能板等。电子负载是一种能以手控或程控方式吸收电能的仪器，起到可变电流吸收器或分路电压调节器作用，当它吸收可变电流时将维持某一固定电压。

光伏组串是在光伏发电系统中，将多个光伏组件以串联方式连接，形成具有所需直流输出电压的最小单元。光伏组串具有低电流、高电压输出特性，能满足如此高电压的电子负载型号非常有限。因此，设计一种适用于检测光伏组串的电子负载非常有必要。

技术实现要素：
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本实用新型目的在于提供一种直流电子负载，旨在利用开关电容模块的成倍降压特性达到适应于检测光伏组串的目的。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于检测光伏组串的直流电子负载，包括：输入电容模块，开关电容模块，可变耗能电阻模块。所述输入电容模块、开关电容模块、可变耗能电阻模块之间级联。

进一步根据本实用新型所述的直流电子负载，所述开关电容模块由n个相同的子模块级联，该子模块由3个电容与8个mosfet组成，待测直流电源输入端正极接mosfetm1源极，mosfetm1漏极接电容c2一端，电容c2另一端接mosfetm2漏极，mosfetm2源极接输入端负极，mosfetm3源极接电容c2一端，mosfetm4源极接电容c2另一端和mosfetm2漏极，mosfetm3漏极接mosfetm4漏极和电容c3一端，电容c3另一端接mosfetm2源极，电容c3一端接mosfetm5源极，mosfetm5漏极接电容c4一端，电容c4另一端接mosfetm6漏极，mosfetm6源极接电容c3另一端，mosfetm7源极接电容c4一端，mosfetm8源极接电容c4另一端和mosfetm6漏极，mosfetm7漏极接mosfetm8漏极和输出端正极，输出端负极接mosfetm6源极,该子模块可实现输入端与输出端电压的4倍变比，n个相同的子模块能实现4ⁿ变比，n个模块中第一个子模块的输入端作为开关电容模块整体的输入端，第n个子模块的输出端作为开关电容模块的输出端，开关电容模块输入端与输出电容模块输出端相连，输入电容模块输入端正极与待测光伏组串输出端正极相连，输入电容模块输入端负极与待测光伏组串输出端负极相连，开关电容模块中对于所有mosfet的控制均由控制器提供信号，控制器与各mosfet的栅极电气连接。

进一步根据本实用新型所述的直流电子负载，所述可变耗能电阻模块输入端正极与开关电容模块输出端正极相连，可变耗能电阻模块输入端负极与开关电容模块输出端负极相连，作为光伏组串能量消耗终端，且可以工作在定电压，定电流，定功率，定电阻状态下。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：

该负载针对光伏组串输出电压高且输出电流相对较小的特点，通过开关电容模块的降压作用，起到先降压后控制的作用，可直接连接光伏组串以检测其输出电压电流数据。

附图说明

图1是光伏组串结构示意图；

图2是光伏组串i-v输出曲线；

图3是本实用新型的总体结构框图；

图4是本实用新型的开关电容子模块电路图；

图5是本实用新型的开关电容子模块电路工作状态1图；

图6是本实用新型的开关电容子模块电路工作状态2图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。光伏组串结构示意图如图1所示，其i-v输出特性如图2所示。结合图1和图2可知，在若干个光伏组件串联之后，组串的输出电流与组件相同，而输出电压为组件的叠加，目前市场上的光伏组串一般为22至24块组件串联，因此其输出电压可以达到1000v左右，目前传统的能耗式直流电子负载虽然可以实现大功率的检测，但对待测电源的电压一般都限制在500v以内，专门用于高电压场合的直流电子负载较少。

开关电容电路具有成倍降压的特点，且电路拓扑结构简单、控制方便，将开关电容与耗能模块相结合，即能够实现先降压后控制耗能的目的，使得光伏组串这种高电压电源的检测成为可能。

如图3所示，本实用新型所述直流电子负载包括3个模块：输入电容模块，开关电容模块，可变耗能电阻模块。所述输入电容模块、开关电容模块和可变电阻模块之间级联。

本实用新型所述输入电容模块起到防止输入端电压突变的作用。

由于可变耗能电阻模块不易直接对高电压直流电源进行控制，所以先用开关电容模块对待测电源进行降压。所述开关电容模块的子模块降压原理如下：

pin＝pout(1)

由公式(1)可得输入端输入功率与输出端输出功率相等；

p＝ui(2)

再由公式(2)得输入端电压与输出端电压的比值为输入端电压与输出端电压的反比；

q＝it(3)

又因为公式(3)，电荷为单位时间内流过的电流，得到输入端电压与输出端电压之比等于单位时间内流过电荷的反比，如公式(4)所示。

如图4所示，根据mosfet的导通与开断将该子模块分为2种工作状态:

状态(1):

状态(1)电路如图5所示。mosfetm1,m4,m5,m8同时导通，mosfetm2,m3,m6,m7同时关断，记输入端流入的电荷为qin，此时c2充电qin，c3放电qin，c4充电2倍qin，得输出端流入2倍qin；

由于电容只起到存储和释放电荷的作用，并不消耗电能，因此，状态2中各电容的充放电情况与状态1相反，且电荷量相同；

状态(2):

状态(2)电路如图6所示。mosfetm1,m4,m5,m8同时关断，mosfetm2,m3,m6,m7同时导通，c2放电qin，c3充电qin，c4放电2倍qin，得输出端流入2倍qin。

综上所述，两个状态下输出端合计流入4倍qin，由于输入端电压与输出端电压之比等于单位时间内流入电荷的反比，因此输入端与输出端电压成1/4倍变比，状态(1)与状态(2)一个控制周期内互补。该子模块能对输入端起到降压作用，根据需要选择合适的n个子模块级联，能起到了降压4ⁿ倍的作用。

可变耗能电阻模块的作用是消耗光伏组串的电能，并控制输入端，达到定电压、定电流、定功率以及定电阻的模式，在光伏电站中，对光伏组串检测有着广泛的应用，除了利用检测数据故障诊断外，还可以利用检测数据判断组件内各电池的工作性能，这些均可以利用本文所提直流电子负载实现。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。