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CN106655727B - 一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置和方法 - Google Patents

一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了开关电路领域的一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置和方法。解决了现有技术中旁路开关电路中电压检测模块持续耗能，功耗大，可靠性低的技术问题。本发明技术方案包括在现有技术的基础上，在旁路开关电路中增加分时脉冲产生电路(206)和PMOS管(M3)。使用一个方波信号来控制PMOS管(M3)，从而减小电压检测模块的工作频率，缩短电容(C1)的充电时间。本发明主要应用于提高太阳能板的可靠性和经济性。

Description

一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置和方法
技术领域
本发明涉及开关电路领域，具体涉及一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置和方法。
背景技术
太阳能电池板是由多个太阳能单元串联组成，每个太阳能单元或者固定数量的串联单元需要并联一个旁路二极管，当对应的太阳能单元被云、异物遮挡或者损坏时，则该单元不会产生电能，则其他单元产生的电流会从被遮挡单元的旁路二极管通过，这样就不会因为一个单元损坏导致整个太阳能电池板无法工作的情况发生。但旁路二极管存在一个问题，当旁路二极管使用肖特基二极管时，其存在正向压降，在二极管上会产生很大的功耗，旁路二极管的温度会很高。更进一步的现有技术，则采用旁路开关电路控制Power MOS来代替旁路二极管。旁路开关电路一般包括Power MOS管M1和M2，振荡器101，电荷泵102，以及一个由电阻R1、R2、比较器104、基准电路103以及驱动器105组成的电压检测模块组成。在Power MOS管M1上产生功耗很小，从而降低温度可以，太阳能板的转化效率提高，可靠性提高。
但是上述方案存在充放电过程中，旁路开关电路的电压检测模块会持续不断的损耗电容C1的能量，增加电容C1的充电时间，增加功耗、提高温度的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种能够减小太阳能旁路开关电路的功耗、降低所述电路温度的装置，所述装置通过减少旁路开关电路的电压检测模块工作频率，达到减少电容C1的充电时间，最终减小太阳能旁路开关电路的功耗、降低所述电路温度的目的。
为解决上述技术问题，本发明方案提出的一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置，包括第一Power MOS管M1，所述第一Power MOS管M1漏极和源极之间依次连接有第二Power MOS管M2，振荡器201、电荷泵202，电容C1，以及连接在电容C1及所述第一Power MOS管M1之间的电压检测模块，其特征在于：所述装置还包括一个分时脉冲产生电路206，分时脉冲产生电路206连接在振荡器201和电荷泵202之间，以及一个连接在电容C1、所述电压检测模块及所述分时脉冲产生电路206之间的第三PMOS管M3。具体的，所述第一Power MOS管(M1)的漏极连接所述第二Power MOS管(M2)的漏极，所述第二Power MOS管(M2)的源极和栅极之间依次连接有振荡器(201)、分时脉冲产生电路(206)和电荷泵(202)，所述振荡器(201)的输出端连接所述分时脉冲产生电路(206)的输入端和所述电荷泵(202)的输入端，所述电容(C1)连接在所述电荷泵(202)和所述第一Power MOS管(M1)的源极之间，所述第三PMOS管(M3)的源极连接在所述电荷泵(202)和所述电容(C1)之间，所述电压检测模块连接在所述第三PMOS管(M3)的漏极和第一Power MOS管(M1)的栅极之间，所述分时脉冲产生电路(206)的输出端连接所述第三PMOS管(M3)的栅极。
作为优选，进一步地，所述电压检测模块包括一次连接的第一电阻R1、第二电阻R2，基准电路203，比较器204以及驱动器205。
进一步地，所述振荡器201是脉冲振荡器。
进一步地，所述分时脉冲产生电路206是产生循环方波信号的分时脉冲产生电路，具体是控制产生的脉冲信号在脉冲信号周期内高低电平时间比值。
进一步地，所述装置用于太阳能电池板。
本发明还提供一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置的工作方法，包括以下步骤：
(1)所述电压检测模块检测电容C1的电量不足以开启第一Power MOS M1时，第二Power MOS管M2开启，振荡器201产生的脉冲信号，送入电荷泵202，电荷泵202工作，给电容C1进行充电；
(2)所述振荡器201产生的脉冲信号同时也送入分时脉冲产生电路206，产生分时脉冲控制第三PMOS管M3；
(3)所述电压检测模块在第三PMOS管M3开通时检测电容C1电压，电容C1电压不足以开启第一Power MOS管M1时，重复步骤(1)。
作为优选，进一步地，所述步骤(2)还包括：
A、分时脉冲信号处于低电平时，第三PMOS管M3开通，所述电压检测模块作；
B、分时脉冲信号处于高电平时，第三PMOS管M3关断，所述电压检测模块不工作。
进一步地，所述振荡器201产生的脉冲信号是固定频率的脉冲信号。
近一步地，所述分时脉冲产生电路(206)产生的分时脉冲信号是循环方波信号。
本发明如图2连接电路图，与现有技术相比，本发明在旁路开关电路中加入分时脉冲产生电路206和第三PMOS管M3。通过设置分时脉冲产生电路206产生的脉冲信号一个周期内的高低电平比值，能够控制第三PMOS管M3关断和开通的时间比值，进而能够控制所述电压检测电路的工作时间频率，减小电压检测电路的功耗。从而能够得到如下技术效果：(1)降低旁路开关电路功耗；(2)降低温度；(3)提高太阳能板的转化效率；(4)提高太阳能板的可靠性。
附图说明
图1现有技术的装置电路图；
图2本发明装置电路图；
图3本发明装置脉冲信号的周期时序图。
实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明装置电路图如图2，其在现有技术的改良方案的基础上，在电路中增加了一个分时脉冲产生电路206和一个第三PMOS管M3。分时脉冲产生电路206连接在振荡器201和电荷泵202之间，以及一个连接在电容C1、所述电压检测模块及所述分时脉冲产生电路206之间的第三PMOS管M3。
所述电压检测模块包括依次连接的第一电阻R1、第二电阻R2，基准电路203，比较器204以及驱动器205。所述振荡器201是脉冲振荡器。所述分时脉冲产生电路206是产生循环方波信号的分时脉冲产生电路。所述装置用于太阳能电池板。
本实施例所述装置的工作方法包括以下步骤：
(1)所述电压检测模块检测电容C1的电量不足以开启第一Power MOS M1时，第二Power MOS管M2开启，振荡器201产生的脉冲信号，送入电荷泵202，电荷泵202工作，给电容C1进行充电；
(2)所述振荡器201产生的脉冲信号同时也送入分时脉冲产生电路206，产生分时脉冲控制第三PMOS管M3，分时脉冲信号处于低电平时，第三PMOS管M3开通，所述电压检测模块工作；分时脉冲信号处于高电平时，第三PMOS管M3关断，所述电压检测模块不工作；
(3)所述电压检测模块在第三PMOS管M3开通时检测电容C1电压，电容C1电压不足以开启第一Power MOS管M1时，重复步骤(1)。
分时脉冲信号是一个周期为T的循环方波信号,时序图如图3。周期T内高电平时间Toff内关断第三PMOS管M3，低电平时间Ton内开启第三PMOS管M3，电压检测模块工作，检测电容C1的电压Vcc能否开启第一Power MOS管M1。
所述电压检测模块降低后的功耗为I＝Icc×Ton/(Ton+Toff)。其中Icc为电压检测模块的静态电流，Ton和Toff分别为脉冲信号一个周期T的低电平时间和高电平时间。本发明采用高电平时间Ton＝T/10，低电平时间Toff＝9T/10。则旁路电路中电压检测模块消耗的功耗降低为I＝Icc×Ton/(Ton+Toff)＝0.1Icc。电荷泵(202)对电容C1的充电电流不变，电压检测模块的功耗就降低为现有技术改良方案中电压检测模块功耗的1/10。
所述振荡器201产生的脉冲信号是固定频率的脉冲信号。所述分时脉冲产生电路206产生的分时脉冲信号是循环方波信号。
上述装置能够替代旁路二极管用于太阳能电池板。当太阳能电池板的某一个单元被遮挡，不产生电能，另外的单元正常工作，则电流就会通过被挡单元的上述装置通过，而不是消耗在该单元产生的阻抗中，从而确保太阳能电池板仍然能够输出电能。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进一步说明分时脉冲信号周期T内高电平与低电平时间的占比对旁路开关电路中电压检测模块功耗的影响。
本发明采用周期为T的循环方波信号，其高电平时间Ton＝T/20，低电平时间Toff＝19T/20。则旁路电路中电压检测模块消耗的功耗降低为I＝Icc×Ton/ (Ton+Toff)＝0.05Icc。电荷泵202对电容C1的充电电流不变，电压检测模块的功耗就降低为现有技术方案中电压检测模块功耗的1/20。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置，其特征在于：包括第一Power MOS管(M1)、第二Power MOS管(M2)、振荡器(201)、电荷泵(202)，电容(C1)、电压检测模块、分时脉冲产生电路(206)和第三PMOS管(M3)，所述第一Power MOS管(M1)的漏极连接所述第二Power MOS管(M2)的漏极，所述第二Power MOS管(M2)的源极和栅极之间依次连接有振荡器(201)、分时脉冲产生电路(206)和电荷泵(202)，所述振荡器(201)的输出端连接所述分时脉冲产生电路(206)的输入端和所述电荷泵(202)的输入端，所述电容(C1)连接在所述电荷泵(202)和所述第一Power MOS管(M1)的源极之间，所述第三PMOS管(M3)的源极连接在所述电荷泵(202)和所述电容(C1)之间，所述电压检测模块连接在所述第三PMOS管(M3)的漏极和第一Power MOS管(M1)的栅极之间，所述分时脉冲产生电路(206)的输出端连接所述第三PMOS管(M3)的栅极。
2.根据权利要求1所述的一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置，其特征在于：所述电压检测模块包括依次连接的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，基准电路(203)，比较器(204)以及驱动器(205)。
3.根据权利要求1所述的一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置，其特征在于：所述振荡器(201)是脉冲振荡器。
4.根据权利要求1所述的一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置，其特征在于：所述分时脉冲产生电路(206)控制产生的脉冲信号在脉冲信号周期内高低电平时间比值。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置的工作方法，其特征在于：所述装置用于太阳能电池板。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)所述电压检测模块检测电容(C1)的电量不足以开启第一Power MOS管(M1)时，第二Power MOS管(M2)开启，振荡器(201)产生的脉冲信号，送入电荷泵(202)，则电荷泵(202)工作，给电容(C1)进行充电；
(2)所述振荡器(201)产生的脉冲信号同时也送入分时脉冲产生电路(206)，产生分时脉冲控制第三PMOS管(M3)；
(3)所述电压检测模块在第三PMOS管(M3)开通时检测电容(C1)电压，电容(C1)电压不足以开启第一Power MOS管(M1)时，重复步骤(1)。
7.根据权利要求6所述的一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置的工作方法，其特征是：所述步骤(2)还包括：
A、分时脉冲信号处于低电平时，第三PMOS管(M3)开通，所述电压检测模块工作；
B、分时脉冲信号处于高电平时，第三PMOS管(M3)关断，所述电压检测模块不工作。
8.根据权利要求6所述的一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置的工作方法，其特征是：所述振荡器(201)产生的脉冲信号是固定频率的脉冲信号。
9.根据权利要求6所述的一种降低太阳能旁路开关电路功耗的装置的工作方法，其特征是：所述分时脉冲产生电路(206)产生的分时脉冲信号是循环方波信号。
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