太阳能输入防反接电路和太阳能设备的制作方法

1.本实用新型属于太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能输入防反接电路和太阳能设备。


背景技术：

2.太阳能作为一种可再生能源，常通过光伏进行太阳能能量收集以用于发电或者为热水器提供能源，为了提高输出可靠性，在光伏输出端通常需设置防反接电路以保护后端电路或者负载。
3.一般常见的光伏输入防反接保护电路存在各种问题，例如直接二极管防反接，损耗太大，降低了整机的效率，增加散热设计负担，导致成本反而增加；另有在低端放置mosfet，利用输入电压作为驱动的方案，也有诸多缺点，如不共地会需更多的连接线材而增加施工成本。
4.因此，现有的防反接保护电路存在损耗高或者成本高的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种太阳能输入防反接电路，旨在解决传统的太阳能输入防反接电路存在的损耗高或者成本高的问题。
6.本实用新型实施例的第一方面提了一种太阳能输入防反接电路，包括电阻分压电路、第一开关电路、第二开关电路、驱动电压产生电路和控制电路；
7.所述电阻分压电路的第一端、所述第一开关电路的第一端和所述第二开关电路的第一端共接构成所述太阳能输入防反接电路的正电源输入端，所述电阻分压电路的第二端为所述太阳能输入防反接电路的负电源输入端并与所述驱动电压产生电路的负电源输入端连接，所述电阻分压电路的分压节点与所述第一开关电路的受控端连接，所述第一开关电路的第二端与所述第二开关电路的受控端连接，所述第二开关电路的第二端与所述驱动电压产生电路的正电源输入端连接，所述驱动电压产生电路的信号端分别与所述第二开关电路的第一端和受控端连接，所述驱动电压产生电路还与所述控制电路电性连接；
8.所述电阻分压电路，用于接入太阳能充电控制器主电路，并在所述太阳能充电控制器主电路正接时，输出第一电压信号至所述第一开关电路，以及在所述太阳能充电控制器主电路反接时输出第二电压信号至所述第一开关电路；
9.所述第一开关电路，用于当接收到所述第一电压信号时关断，以及当接收到所述第二电压信号时导通，并输出第一电平信号控制所述第二开关电路关断；
10.所述驱动电压产生电路，用于将所述控制电路输出的pwm信号转换为第二电平信号以控制所述第二开关电路导通，以及将所述第二开关电路输出的直流电源进行升降压转换并输出。
11.在一个实施例中，所述电阻分压电路包括第一电阻和第二电阻；
12.所述第一电阻的第一端为所述电阻分压电路的第一端，所述第一电阻的第二端和
所述第二电阻的第一端共接构成所述电阻分压电路的分压节点，所述第二电阻的第二端为所述电阻分压电路的第二端。
13.在一个实施例中，所述第一开关电路包括第一电子开关管，所述第一电子开关管的第一端、受控端和第二端分别为所述第一开关电路的第一端、受控端和第二端。
14.在一个实施例中，所述第二开关电路包括第二电子开关管、第三电阻、第四电阻和第一电容；
15.所述第二电子开关管的第一端、所述第一电容的第一端和所述第三电阻的第一端共接构成所述第二开关电路的第一端，所述第二电子开关管的受控端、所述第一电容的第二端、所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第一端互连，所述第四电阻的第二端为所述第二开关电路的受控端，所述第二电子开关管的第二端为所述第二开关电路的第二端。
16.在一个实施例中，所述电阻分压电路还包括第二电容和第一二极管；
17.所述第二电容并联在所述第二电阻的两端，所述第二电阻的第二端和所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阴极为所述电阻分压电路的第二端。
18.在一个实施例中，所述驱动电压产生电路包括耦合整流电路、驱动稳压电路和开关电源电路；
19.所述开关电源电路的正电源输入端和负电源输入端分别为所述驱动电压产生电路的正电源输入端和负电源输入端，所述开关电源电路的正电源输出端和负电源输出端分别为所述太阳能输入防反接电路的正电源输出端和负电源输出端，所述耦合整流电路的信号输入端与所述控制电路的信号端连接，所述耦合整流电路的信号输出端与所述驱动稳压电路的信号输入端连接，所述驱动稳压电路的信号输出端分别与所述第二开关电路第一端和受控端连接；
20.所述耦合整流电路，用于将所述控制电路输出的pwm信号进行耦合整流，并输出第三电平信号；
21.所述驱动稳压电路，用于将所述第三电平信号进行稳压并输出所述第二电平信号；
22.所述开关电源电路，用于将所述第二开关电路输出的直流电源进行升降压转换并输出。
23.在一个实施例中，所述耦合整流电路包括变压器、第二二极管和第三电容；
24.所述变压器的初级用于输入所述pwm信号，所述变压器的次级的第一端与所述第二二极管的阳极连接，所述第三电容的两端并联在所述变压器的次级的第二端和所述第二二极管的阴极并构成所述耦合整流电路的信号输出端；
25.其中，所述变压器设置于所述开关电源电路内。
26.在一个实施例中，所述驱动稳压电路包括第三电子开关管、第五电阻、第六电阻和第一稳压管；
27.所述第五电阻的第一端、所述第三电子开关管的输入端与所述第二二极管的阴极互连，所述第五电阻的第二端、所述稳压管的阴极和所述第三电子开关管的受控端互连，所述第一稳压管的阳极、所述第六电阻的第一端和所述变压器的次级的第二端互连并与所述第二开关电路的第一端连接，所述第三电子开关管的第二端和所述第六电阻的第二端连接并与所述第二开关电路的受控端连接。
28.在一个实施例中，所述第一电子开关管为第一npn三极管，所述第二电子开关管为nmos管，所述第三电子开关管为第二npn三极管，所述第一npn 三极管的集电极、基极和发射极分别为所述第一电子开关管的第二端，受控端和第一端，所述nmos管的漏极、栅极和源极分别为所述第二电子开关管的第一端、受控端和第二端，所述第二npn三极管的集电极、基极和发射极分别为所述第一电子开关管的第一端，受控端和第二端。
29.本实用新型实施例的第二方面提了一种太阳能设备，太阳能设备包括太阳能充电控制器主电路和如上所述的太阳能输入防反接电路，所述太阳能充电控制器主电路的输出端与所述太阳能输入防反接电路电性连接。
30.本实用新型实施例通过采用电阻分压电路、第一开关电路、第二开关电路、驱动电压产生电路和控制电路组成太阳能输入防反接电路，在太阳能充电控制器主电路正接时，控制电路控制驱动电压产生电路输出第二电平信号控制第二开关电路导通，从而输出直流电源，同时，驱动电压产生电路进行电源转换工作，在太阳能充电控制器主电路反接时，第一开关电路导通，使得第二开关电路接收到第一电平信号关断，从而实现防反接保护，采用高端开关结构，节省连接线材，无需设置防反接二极管或者检测电路，降低了损耗和成本。
附图说明
31.图1为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第一种结构示意图；
32.图2为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第二种结构示意图；
33.图3为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第三种结构示意图；
34.图4为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第四种结构示意图；
35.图5为本实用新型实施例提供的太阳能设备的结构示意图。
具体实施方式
36.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.本实用新型实施例的第一方面提了一种太阳能输入防反接电路100。
39.如图1所示，图1为本实用新型实施例提供的太阳能输入防反接电路的第一种结构示意图，本实施例中，太阳能输入防反接电路100包括电阻分压电路 10、第一开关电路20、第二开关电路30、驱动电压产生电路40和控制电路50；
40.电阻分压电路10的第一端、第一开关电路20的第一端和第二开关电路30 的第一端共接构成太阳能输入防反接电路100的正电源输入端pv+，电阻分压电路10的第二端为太阳能输入防反接电路100的负电源输入端pv
‑
并与驱动电压产生电路40的负电源输入端pv
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连接，电阻分压电路10的分压节点与第一开关电路20的受控端连接，第一开关电路20的第二端与第二开关电路30的受控端连接，第二开关电路30的第二端与驱动电压产生电路40的
正电源输入端 pv+连接，驱动电压产生电路40的信号端分别与第二开关电路30的第一端和受控端连接，驱动电压产生电路40还与控制电路50电性连接；
41.电阻分压电路10，用于接入太阳能充电控制器主电路200，并在太阳能充电控制器主电路200正接时，输出第一电压信号至第一开关电路20，以及在太阳能充电控制器主电路200反接时输出第二电压信号至第一开关电路20；
42.第一开关电路20，用于当接收到第一电压信号时关断，以及当接收到第二电压信号时导通，并输出第一电平信号控制第二开关电路30关断；
43.驱动电压产生电路40，用于将控制电路输出的pwm信号转换为第二电平信号以控制第二开关电路30导通，以及将第二开关电路30输出的直流电源进行升降压转换并输出。
44.本实施例中，太阳能充电控制器主电路200用于将太阳能转换为直流电源并输出至太阳能输入防反接电路100，第二开关电路30用于对直流电源进行通断控制，电阻分压电路10对直流电源的电压进行分压并输出分压信号，在太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100正接时，电阻分压电路 10的第一端和分压节点输出第一电压信号至第一开关电路20的第一端和受控端，第一开关电路20关断，此时，第二开关电路30的通断状态由驱动电压产生电路40控制。
45.当太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100反接时，电阻分压电路10的第一端和分压节点输出第二电压信号至第一开关电路20的第一端和受控端，第一开关电路20导通，此时，太阳能输入防反接电路100的正电源输入端pv+的负电压即第一电平信号反馈至第二开关电路30的第一端和受控端，第二开关电路30关断，此时，无论驱动电压产生电路40是否输出pwm 信号，第二开关电路30保持关断状态，从而实现防反接保护，避免反接输出的直流电源对后端负载或者电路造成损坏。
46.驱动电压产生电路40具有两种功能，其一为根据控制电路50输出的pwm 信号决定第二电平信号的输出与否的功能，其二为实现开关电源电路的电源转换功能，在太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100正接时，驱动电压产生电路40用于将pwm信号转换为第二电平信号以控制第二开关电路30导通，在控制电路50无pwm信号时，驱动电压产生电路40则输出第一电平信号控制第二开关电路30关断，从而实现第二开关电路30的通断控制，进而对太阳能充电控制器主电路200输出的直流电源进行通断控制，同时，在第二开关电路30导通时，驱动电压产生电路40将直流电源进行升降压转换，并输出至后端负载或者电路。
47.电阻分压电路10可由两个分压电阻以及其他元器件构成，第一开关电路 20和第二开关电路30可根据其通断方式选择不同的电子开关管或者开关结构，在一个实施例中，如图2所示，在一个实施例中，电阻分压电路10包括第一电阻r1和第二电阻r2；
48.所述第一电阻r1的第一端为所述电阻分压电路10的第一端，所述第一电阻r1的第二端和所述第二电阻r2的第一端共接构成所述电阻分压电路10的分压节点，所述第二电阻r2的第二端为所述电阻分压电路10的第二端。
49.第一开关电路20包括第一电子开关管q1，第一电子开关管q1的第一端、受控端和第二端分别为第一开关电路20的第一端、受控端和第二端。
50.第二开关电路30包括第二电子开关管q2、第三电阻r3、第四电阻r4和第一电容；
51.第二电子开关管q2的第一端、第一电容c1的第一端和第三电阻r3的第一端共接构
成第二开关电路30的第一端，第二电子开关管q2的受控端、第一电容c1的第二端、第三电阻r3的第二端和第四电阻r4的第一端互连，第四电阻r4的第二端为第二开关电路的受控端30，第二电子开关管q2的第二端为第二开关电路30的第二端。
52.本实施例中，当太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100 正接时，第一电阻r1的第一端和第二端的电压差大于零，第一电子开关管q1 的第一端的电压大于受控端的电压，第一电子开关管q1关断，第二电子开关管q2的通断由驱动电压产生电路40控制，当太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100反接时，第一电阻r1的第一端和第二端的电压差小于零，第一电子开关管q1的第一端的电压小于受控端的电压，第一电子开关管q1导通，第二电子开关管q2接收到太阳能输入防反接电路100的正电源输入端pv+的负电压即第一电平信号，第二电子开关管q2关断，此时，无论驱动电压产生电路40是否输出第二电平信号，第二电子开关管q2保持关断状态。
53.根据第一电子开关管q1和第二电子开关管q2的通断方式，在一个实施例中，第一电子开关管q1为第一npn三极管，第二电子开关管q2为nmos管，其中，npn三极管的集电极、基极和发射极分别为第一电子开关管q1的第二端，受控端和第一端，nmos管的漏极、栅极和源极分别为第二电子开关管 q2的第一端、受控端和第二端。
54.如图2所示，在一个实施例中，电阻分压电路10还包括第二电容和第一二极管d1；
55.第二电容c2并联在所述第二电阻r2的两端，第二电阻r2的第二端和第一二极管d1的阴极连接，第一二极管d1的阴极为电阻分压电路10的第二端。
56.本实施例中，第一二极管d1起到单向导通作用，在太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100正接时，电阻分压电路关断，第一电子开关管q1的受控端保持高阻态，第一电子开关管q1保持关断状态，第二开关电路30的通断状态由驱动电压产生电路40控制，在太阳能充电控制器主电路 200与太阳能输入防反接电路100反接时，第一二极管d1导通，第一电阻r1 的第一端和第二端的电压差小于零，第一电子开关管q1的第一端的电压小于受控端的电压，第一电子开关管q1导通，第二电子开关管q2接收到太阳能输入防反接电路100的正电源输入端pv+的负电压即第一电平信号，第二电子开关管q2关断，此时，无论驱动电压产生电路40是否输出第二电平信号，第二电子开关管q2保持关断状态。
57.第二电容起到滤波以及防止反接的直流电源的电压突变的作用。
58.控制电路50可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列 (field
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programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
59.其中，为了保证输出的第二电平信号满足第二开关电路30的需求，在一个实施例中，pwm信号的占空比为5％～95％之间的驱动信号，可产生第二开关电路30的驱动信号。
60.本实用新型实施例通过采用电阻分压电路10、第一开关电路20、第二开关电路30、驱动电压产生电路40和控制电路50组成太阳能输入防反接电路100，在太阳能充电控制器主电路200正接时，控制电路50控制驱动电压产生电路 40输出第二电平信号控制第二开关电路30导通，从而输出直流电源，同时，驱动电压产生电路40进行电源转换工作，在太阳能
充电控制器主电路200反接时，第一开关电路20导通，使得第二开关电路30接收到第一电平信号关断，从而实现防反接保护，采用高端开关结构，节省连接线材，无需设置防反接二极管或者检测电路，降低了损耗和电路成本。
61.如图3所示，在一个实施例中，驱动电压产生电路40包括耦合整流电路 42、驱动稳压电路43和开关电源电路41；
62.开关电源电路41的正电源输入端和负电源输入端分别为驱动电压产生电路40的正电源输入端和负电源输入端，开关电源电路41的正电源输出端和负电源输出端分别为太阳能输入防反接电路100的正电源输出端和负电源输出端，耦合整流电路42的信号输入端与控制电路50的信号端连接，耦合整流电路42的信号输出端与驱动稳压电路43的信号输入端连接，驱动稳压电路43 的信号输出端分别与第二开关电路30第一端和受控端连接；
63.耦合整流电路42，用于将控制电路50输出的pwm信号进行耦合整流，并输出第三电平信号；
64.驱动稳压电路43，用于将第三电平信号进行稳压并输出第二电平信号；
65.开关电源电路41，用于将第二开关电路30输出的直流电源进行升降压转换并输出。
66.本实施例中，开关电源电路41在第二开关电路30导通时将输入的直流电源进行升降压转换，开关电源电路41可为buck电路、boost电路或者 buck
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boost电路等结构，具体结构不限。
67.耦合整流电路42用于将控制电路50输出的pwm信号进行电平转换，通过耦合整流转换为第三电平信号，其中，第三电平信号和第二电平信号的电平幅值可相等或者不等，同时，为了满足第二开关电路30的驱动电平需求，第三电平信号还经过驱动稳压电路43进行电平稳压处理，从而输出第二电平信号至第二开关电路30，通过耦合整流电路42与驱动稳压电路43实现pwm信号至第二电平信号之间的转换，在控制信号无pwm信号输出时，驱动稳压电路43 则输出第一电平信号至第二开关电路30。
68.其中，耦合整流电路42可采用电容、变压器t1以及对应的整流模块，驱动稳压电路43可采用对应的稳压管dz1、放大电路等，如图4所示，在一个实施例中，耦合整流电路42包括变压器t1、第二二极管d2和第三电容c3；
69.变压器t1的初级用于输入pwm信号，变压器t1的次级的第一端与第二二极管d2的阳极连接，第三电容c3的两端并联在变压器t1的次级的第二端和第二二极管d2的阴极并构成耦合整流电路42的信号输出端；
70.其中，变压器t1设置于开关电源电路41内。
71.在一个实施例中，驱动稳压电路43包括第三电子开关管q3、第五电阻r5、第六电阻r6和第一稳压管dz1；
72.第五电阻r5的第一端、第三电子开关管q3的输入端与第二二极管d2的阴极互连，第五电阻r5的第二端、稳压管dz1的阴极和第三电子开关管q3 的受控端互连，第一稳压管dz1的阳极、第六电阻r6的第一端和变压器t1 的次级的第二端互连并与第二开关电路30的第一端连接，第三电子开关管q3 的第二端和第六电阻r6的第二端连接并与第二开关电路30的受控端连接。
73.本实施例中，由第三电阻、第四电阻、第六电阻r6组成关断第二电子开关管q2的电
路，由变压器t1、第二二极管d2、第三电容c3、第五电阻r5、稳压管dz1、第四电阻和第二电容组成开通第二电子开关管q2的电路。
74.当太阳能充电控制器主电路200正接时，电阻分压电路10的第一端和分压节点输出第一电压信号至第一开关电路20的第一端和受控端，第一开关电路20关断，此时，第二电子开关管q2的通断状态由驱动电压产生电路4040控制， pwm信号经过变压器t1、第二二极管d2、第三电子开关管q3和第四电阻转换为第二电平信号输出至第二电子开关管q2的第一端和受控端，第二电子开关管q2导通，开关电源电路41进行升降压转换。
75.当太阳能充电控制器主电路200与太阳能输入防反接电路100100反接时，电阻分压电路10的第一端和分压节点输出第二电压信号至第一开关电路20的第一端和受控端，第一开关电路20导通，此时，太阳能输入防反接电路100100 的正电源输入端pv+的负电压即第一电平信号反馈至第二电子开关管q2的第一端和受控端，第二电子开关管q2关断，从而实现防反接保护，避免反接输出的直流电源对后端负载或者电路造成损坏。
76.在一个实施例中，根据第三电子开关管q3的导通状态，第三电子开关管 q3为第二npn三极管，第二npn三极管的集电极、基极和发射极分别为第一电子开关管的第一端，受控端和第二端。
77.同时，为了实现高低压分离，提高安全性，变压器t1设置于开关电源电路41中形成高压部分，第二二极管d2以及驱动稳压电路43形成低压部分。
78.本实用新型还提出一种太阳能设备，如图5所示，该太阳能设备包括太阳能充电控制器主电路200和太阳能输入防反接电路100，该太阳能输入防反接电路100的具体结构参照上述实施例，由于本太阳能设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，太阳能充电控制器主电路200的输出端与太阳能输入防反接电路100电性连接。
79.本实施例中，太阳能设备可为太阳能热水器，光伏发电器等结构。
80.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。