專利名稱：太陽能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用太陽能供電的設(shè)備，特別是一種太陽能控制器。
背景技術(shù)：
目前主流的通斷型太陽能控制器主要采用MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、IGBT(Insolated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)等大功率開關(guān)管進行通斷控制，給蓄電池充電 和放電。圖l和圖2是傳統(tǒng)太陽能控制器的兩種較典型的拓?fù)淇驁D。這種太陽能控制器效 率高，電路簡單，成本低，控制電路簡單。但是，由于這種太陽能控制器一方面要給蓄電池充 電，另一方面要防止太陽能電池電壓低時蓄電池反灌，故通斷式開關(guān)必須是單向通雙向阻 斷型的，為達到此目的，業(yè)界通常使用兩個開關(guān)管進行通斷式開關(guān)控制。綜上所述，現(xiàn)有的 太陽能控制器存在以下缺點 采用開關(guān)管如MOSFET、IGBT、三極管等雖有通斷性好的優(yōu)點，但采用低壓器件極易 受雷擊損壞，造成充電回路無法斷開，使蓄電池過充甚至損壞，而采用高壓器件則由于通態(tài) 阻抗大熱損耗極大，可靠性也極差，一般情況下無法用于中大功率控制器中。為降低熱損 耗， 一般會采用多管并聯(lián)，成本也會增加較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的太陽能控制
器，能減少損耗，增強可靠性，且成本較低。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 —種太陽能控制器，包括自太陽能電池輸出端依次相耦合的第一開關(guān)管、蓄電池
和第二開關(guān)管，還包括與所述第一開關(guān)管串聯(lián)連接的第一接觸式電控開關(guān)。 優(yōu)選地，所述第一接觸式電控開關(guān)受控在太陽能控制器輸入極性檢測未完成或為
反接時保持關(guān)斷。 優(yōu)選地，所述第一接觸式電控開關(guān)為磁保持繼電器或接觸器。 優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管與所述第一接觸式電控開關(guān)一同接在太陽能電池輸出正 端或輸出負(fù)端上。 優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管與所述第一接觸式電控開關(guān)分別接在太陽能電池輸出正
端與輸出負(fù)端上。 優(yōu)選地，所述第一開關(guān)管跨接在太陽能電池輸出正端與輸出負(fù)端之間，所述第一
接觸式電控開關(guān)接在太陽能電池輸出正端或輸出負(fù)端上。 優(yōu)選地，具有多個所述第一開關(guān)管和所述第一接觸式電控開關(guān)組成的支路，多個 支路并聯(lián)連接再接至所述蓄電池。 優(yōu)選地，具有多路所述第一開關(guān)管，多個所述第一開關(guān)管并聯(lián)連接再接至所述第 一接觸式電控開關(guān)。
優(yōu)選地，還包括與所述第二開關(guān)管并聯(lián)連接的第二接觸式電控開關(guān)。 優(yōu)選地，具有多個所述第二開關(guān)管和所述第二接觸式電控開關(guān)組成的支路，多個
支路并聯(lián)連接再分別接至負(fù)載。 本發(fā)明有益的技術(shù)效果如下 本發(fā)明太陽能控制器包括第一開關(guān)管和與第一開關(guān)管串聯(lián)連接的第一接觸式電 控開關(guān)，可使第一接觸式電控開關(guān)受控在太陽能控制器輸入極性檢測未完成或為反接時保 持關(guān)斷。蓄電池的輸入充電回路開關(guān)采用第一開關(guān)管與第一接觸式電控開關(guān)串聯(lián)的模式， 相當(dāng)于用接觸式電控開關(guān)替代了傳統(tǒng)太陽能控制器中的防反灌開關(guān)。在輸入極性檢測未完 成或極性反時，第一接觸式電控開關(guān)不動作，保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，輸入充電回路開關(guān)不會導(dǎo)通， 由于第一接觸式電控開關(guān)觸點間耐壓高(通常為幾千伏特)，對于輸入最高電壓通常為幾 百伏特的太陽能控制器輸入不存在問題，可以一直承受輸入電壓，直致極性正確輸入正常 后，第一接觸式電控開關(guān)才會動作開通，在控制第一開關(guān)管開通后，控制器即進入正常的充 電控制狀態(tài)。對于傳統(tǒng)的反灌開關(guān)例如輸入并聯(lián)開關(guān)管模式，由于開關(guān)管存在導(dǎo)通損耗，在 采用傳統(tǒng)開關(guān)管耐壓模式時，會因開關(guān)管的導(dǎo)通損耗而導(dǎo)致正常工作時損耗增加，而接觸 式電控開關(guān)正常工作時損耗低于開關(guān)管導(dǎo)通損耗。 另一方面，由于太陽能控制器需要在室外接太陽能電池方陣，極易受雷擊等自然 災(zāi)害，而開關(guān)管易受雷擊損壞，接觸式電控開關(guān)觸點抗雷擊等自然災(zāi)害能力則強得多，根據(jù) 本發(fā)明，在第一開關(guān)管受損短路而造成蓄電池過壓時，控制第一接觸式電控關(guān)斷即能斷開 充電回路，從而能有效保護蓄電池。 因此，本發(fā)明采用開關(guān)管與接觸式電控開關(guān)的串聯(lián)模式，既利用了開關(guān)管的通斷 性能好但耐壓性差的特點，又利用了接觸式電控開關(guān)直流通斷能力差但交流通斷能力好、 接觸陰抗小的特點，二者相結(jié)合，能減少損耗，增強可靠性，提高產(chǎn)品性能，且其結(jié)構(gòu)簡單， 從而也降低了產(chǎn)品的成本。 進一步地，可以控制第一接觸式電控開關(guān)先于第一開關(guān)管開通而后于第一開關(guān)管 關(guān)斷，使得第一接觸式電控開關(guān)在零電流下開與關(guān)，從而能夠延長其使用壽命。


圖1為傳統(tǒng)太陽能控制器的一種典型的拓?fù)浜唸D； 圖2為傳統(tǒng)太陽能控制器的另一種典型的拓?fù)浜唸D； 圖3為本發(fā)明太陽能控制器一種實施例的拓?fù)浜唸D； 圖4為本發(fā)明太陽能控制器另一種實施例的拓?fù)浜唸D 圖5為圖4所示太陽能控制器的一種變形例的拓?fù)浜唸D； 圖6為圖4所示太陽能控制器的另一種變形例的拓?fù)浜唸D； 圖7為本發(fā)明一種多路方陣輸入單路負(fù)載輸出的實施例的拓?fù)浜唸D； 圖8為本發(fā)明一種多路方陣輸入兩路負(fù)載輸出的實施例的拓?fù)浜唸D； 圖9為本發(fā)明另一種多路方陣輸入兩路負(fù)載輸出的實施例的拓?fù)浜唸D； 本發(fā)明的特征及優(yōu)點將通過實施例結(jié)合附圖進行詳細說明。
具體實施例方式
請參考圖3，一種實施例的太陽能控制器包括自太陽能電池輸出端依次相耦合的 第一開關(guān)管Q1、蓄電池和第二開關(guān)管Q2，還包括與所述第一開關(guān)管Q1串聯(lián)連接的第一接觸 式電控開關(guān)RLY1。第一開關(guān)管Q1優(yōu)選但不限于采用M0SFET。第一接觸式電控開關(guān)RLY1 優(yōu)選但不限于采用磁保持繼電器或接觸器。 蓄電池的輸入充電回路開關(guān)采用第一開關(guān)管Ql與磁保持繼電器串聯(lián)模式。在輸 入極性檢測未完成或極性反時，磁保持繼電器不動作，保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。由于磁保持繼電器觸 點間耐壓為幾千伏特，對于輸入最高電壓為幾百伏特的太陽能控制器輸入不存在問題，可 以一直承受。在為蓄電池正常充電之前，太陽能控制器依據(jù)方陣輸入電壓進行極性判斷， 當(dāng)輸入極性反接時，太陽能控制器會給出告警，控制磁保持繼電器保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，直至極性 正確、輸入正常后，磁保持繼電器才受控制而閉合，使太陽能控制器進入正常的充電控制狀 態(tài)。與傳統(tǒng)的采用開關(guān)管耐壓模式來防止反灌的方案相比，磁保持繼電器在正常工作時的 導(dǎo)通損耗低于開關(guān)管導(dǎo)通損耗，從而降低了太陽能控制器的工作損耗。 在另一方面，太陽能電池方陣輸入接在室外，極易受雷擊等自然災(zāi)害，開關(guān)管例如 三極管、MOSFET、IGBT等易受雷擊損壞。在蓄電池輸入回路中設(shè)置與第一開關(guān)管Ql串聯(lián)連 接的磁保持繼電器，由于磁保持繼電器觸點抗雷擊等自然災(zāi)害能力強得多，因此，在第一開 關(guān)管Ql受損短路造成蓄電池過壓時，磁保持繼電器能斷開充電回路，從而保護蓄電池。
優(yōu)選地，第一開關(guān)管Ql初始無驅(qū)動信號，處于關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)太陽能控制器輸入極 性正確時，由磁保持繼電器的驅(qū)動電路發(fā)出一個磁保持繼電器閉合驅(qū)動信號，使磁保持繼 電器動作，由常開轉(zhuǎn)為閉合，輸入的磁保持驅(qū)動信號在磁保持繼電器閉合后自動斷開，而磁 保持繼電器保持閉合狀態(tài)。然后，控制第一開關(guān)管Q1開通而進入充電狀態(tài)，根據(jù)蓄電池電 壓進行通斷管理和對太陽能輸入進行方陣管理。由于在磁保持繼電器閉合時，第一開關(guān)管 Ql無驅(qū)動信號，處于斷開狀態(tài)，因此磁保持繼電器閉合時是零電流閉合。磁保持繼電器零電 流閉合更優(yōu)于交流帶電通斷，壽命更長，一般通斷次數(shù)能達到十萬次以上。在白天時，太陽 能控制器工作，磁保持繼電器一直保持閉合狀態(tài)；直到晚上太陽能電池方陣的輸入開路電 壓低于蓄電池電壓時，先控制第一開關(guān)管Q1關(guān)斷，然后磁保持繼電器驅(qū)動電路再發(fā)出磁保 持繼電器斷開的驅(qū)動信號，在使磁保持繼電器斷開之后，磁保持繼電器驅(qū)動電路的驅(qū)動信 號也斷開，此后磁保持繼電器保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。當(dāng)白天方陣輸入電壓正常且高于蓄電池電壓 時，蓄電池輸入充電回路才會重新進入充電狀態(tài)。 請參考圖4，根據(jù)更優(yōu)選的實施例，太陽能控制器還包括與第二開關(guān)管Q2并聯(lián)連 接的第二接觸式電控開關(guān)RLY2，第二接觸式電控開關(guān)RLY2受控在蓄電池電壓處于正常范 圍內(nèi)時保持開通。第二接觸式電控開關(guān)RLY2優(yōu)選但不限于采用磁保持繼電器，第二開關(guān)管 Q2優(yōu)選但不限于采用M0SFET。 對蓄電池的輸出放電回路采用開關(guān)管與磁保持繼電器并聯(lián)模式，可以保證在主控 制電路損壞或維修更換時對負(fù)載設(shè)備保持正常輸出狀態(tài)，不會因為沒有控制信號而導(dǎo)致負(fù) 載下電。通常情況下，對負(fù)載的輸出均為開通狀態(tài)，只有出現(xiàn)蓄電池欠壓需要下電或蓄電池 過壓需要保護負(fù)載而下電時才需要斷開，故按照該實施例，只要上電后蓄電池電壓在正常 范圍內(nèi)，磁保持繼電器保持閉合即保持支路開通，即使在主控制板故障或維修而導(dǎo)致第二 開關(guān)管Q2關(guān)斷時，也可以利用磁保持繼電器支路對負(fù)載輸出。
在另一方面，由于磁保持繼電器觸點耐壓性能好，輸出回路的抗雷擊等干擾能力 也大大提高。 進一步優(yōu)選的實施例中，使第二開關(guān)管Q2受控在磁保持繼電器的開通和關(guān)斷過 程中處于開通狀態(tài)。 在蓄電池電壓正常時，控制器開機后，先控制第二開關(guān)管Q2開通，再由磁保持繼
電器驅(qū)動電路發(fā)出驅(qū)動信號使磁保持繼電器閉合，由于與磁保持繼電器并聯(lián)的第二開關(guān)管 Q2處于開通狀態(tài)，此時磁保持繼電器閉合是零電壓閉合，對壽命沒有不良影B向。當(dāng)磁保持繼
電器閉合后，磁保持繼電器驅(qū)動信號斷開，磁保持繼電器處于閉合保持狀態(tài)，此時可斷開第 二開關(guān)管Q2，減少開通損耗。 當(dāng)蓄電池電壓過高或過低、其它異常狀態(tài)需要負(fù)載下電時，使第二開關(guān)管Q2先開 通，然后再由磁保持繼電器驅(qū)動電路發(fā)出驅(qū)動信號使磁保持繼電器才斷開，由于與磁保持 繼電器并聯(lián)的第二開關(guān)管Q2處于開通狀態(tài)，此時磁保持繼電器斷開是零電壓斷開，對壽命 沒有不良影響。當(dāng)磁保持繼電器斷開后，磁保持繼電器驅(qū)動信號斷開，磁保持繼電器處于斷 開保持狀態(tài)，此時再斷開第二開關(guān)管Q2開關(guān)管，實現(xiàn)負(fù)載下電。 可見，采用上述的太陽能控制器，可以簡單實現(xiàn)輸入防反接功能，而輸入正常損耗 不會增加；可以防止電子器件開關(guān)因雷擊等損壞而無法斷開，導(dǎo)致蓄電池過充或損壞；同 時控制器上電方陣輸入開通或斷開時，磁保持繼電器為零電流開關(guān)，對使用壽命無不良影 響。另外，根據(jù)改進的方案，還可以使負(fù)載在主控制電路損壞或維修等無驅(qū)動信號時，對負(fù) 載保持正常輸出；同時負(fù)載上電或下電時，磁保持繼電器為零電壓開關(guān)，延長使用壽命。
上述的實施例中，開關(guān)管也可由M0SFET替換為IGBT、三極管等，磁保持繼電器也 可用非磁保持繼電器、磁保持接觸器、非磁保持接觸器來替代。 上述的實施例中，對開關(guān)管的控制，既可以采用長通斷型的控制模式，也可以采用 P麗型的控制模式，都適用上述的方案。只是對于長通斷型的控制模式，開關(guān)管處于較長時 間開通狀態(tài)，而在P麗型的控制模式下是占空比變化的方波開通狀態(tài)。
上述的實施例也可以擴展為不同的電路拓?fù)洹?請參見圖5所示的變形電路，其中第一開關(guān)管Q1與第一接觸式電控開關(guān)RLY1分 別接在太陽能電池輸出正端與輸出負(fù)端上。請參見圖6所示的變形電路，其中第一開關(guān)管 Q1跨接在太陽能電池輸出正端與輸出負(fù)端之間，第一接觸式電控開關(guān)RLY1接在太陽能電 池的輸出負(fù)端上。 太陽能控制器的輸入、輸出部分的開關(guān)管與磁保持繼電器還可采用不同組合模 式，以使其性能進一步優(yōu)化。 請參見圖7，對于其輸入部分，一個磁保持繼電器前端可以串接并聯(lián)連接的多路開 關(guān)管，多路開關(guān)管分別接多路太陽能電池方陣的輸出，從而構(gòu)成多路輸入的太陽能控制器。
請參見圖9，對于其輸入部分，可設(shè)置多路串聯(lián)連接的開關(guān)管和磁保持繼電器，各 路之間并聯(lián)連接，多路開關(guān)管分別接多路太陽能電池方陣的輸出，多路磁保持繼電器接至 蓄電池。 除了可以采用多路方陣輸入單路負(fù)載輸出，輸出部分也可由單路變化為多路，可 按照重要性區(qū)分重要、次要負(fù)載，實現(xiàn)二次下電功能等。 請參見圖8、9所示的多路方陣輸入，兩路負(fù)載輸出的控制器拓?fù)?。即可采用單路方陣輸入多路?fù)載輸出，也可以采用多路方陣輸入多路負(fù)載輸出。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權(quán)利要求
一種太陽能控制器，包括自太陽能電池輸出端依次相耦合的第一開關(guān)管、蓄電池和第二開關(guān)管，其特征在于，還包括與所述第一開關(guān)管串聯(lián)連接的第一接觸式電控開關(guān)。
2. 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于，所述第一接觸式電控開關(guān)受控在 太陽能控制器輸入極性檢測未完成或為反接時保持關(guān)斷。
3. 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于，所述第一接觸式電控開關(guān)為磁保 持繼電器或接觸器。
4. 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于，所述第一開關(guān)管與所述第一接觸 式電控開關(guān)一 同接在太陽能電池輸出正端或輸出負(fù)端上。
5. 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于，所述第一開關(guān)管與所述第一接觸 式電控開關(guān)分別接在太陽能電池輸出正端與輸出負(fù)端上。
6. 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于，所述第一開關(guān)管跨接在太陽能電 池輸出正端與輸出負(fù)端之間，所述第一接觸式電控開關(guān)接在太陽能電池輸出正端或輸出負(fù) 端上。
7. 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于，具有多個所述第一開關(guān)管和所述 第一接觸式電控開關(guān)組成的支路，多個支路并聯(lián)連接再接至所述蓄電池。
8. 如權(quán)利要求1所述的太陽能控制器，其特征在于，具有多個所述第一開關(guān)管，多個所 述第一開關(guān)管并聯(lián)連接再接至所述第一接觸式電控開關(guān)。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項所述的太陽能控制器，其特征在于，還包括與所述第二開關(guān)管并聯(lián)連接的第二接觸式電控開關(guān)。
10. 如權(quán)利要求9所述的太陽能控制器，其特征在于，具有多個所述第二開關(guān)管和所述 第二接觸式電控開關(guān)組成的支路，多個支路并聯(lián)連接再分別接至負(fù)載。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能控制器，包括自太陽能電池輸出端依次相耦合的第一開關(guān)管、蓄電池和第二開關(guān)管，還包括與所述第一開關(guān)管串聯(lián)連接的第一接觸式電控開關(guān)。本發(fā)明的太陽能控制器在輸入端采用開關(guān)管與接觸式電控開關(guān)的串聯(lián)模式，既能減少損耗，增強可靠性，又能降低產(chǎn)品成本。
文檔編號H02N6/00GK101707450SQ200910208748
公開日2010年5月12日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者吳連日 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司