CN116915169B - 光伏电池旁路电路 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种光伏电池旁路电路，涉及光伏技术领域。光伏电池旁路电路包括：旁路开关模块，用于与至少一个光伏电池组件并联；微控制器驱动模块，用于向旁路开关模块输出第一控制信号，以控制光伏电池组件处于正常工作状态或旁路状态；旁路开关模块，用于在微控制器驱动模块的控制下导通或关断，以控制光伏电池组件的工作状态；大电流取电模块，用于在光伏电池组件处于旁路状态下获取电能，并输出至储能模块；正常取电模块，用于在光伏电池组件处于正常工作状态下获取电能，并输出至储能模块；储能模块，用于存储大电流取电模块和正常取电模块输出的电能，并向微控制器驱动模块输出工作电压。进一步降低了功耗。

Description

光伏电池旁路电路

技术领域

本申请涉及光伏技术领域，特别是涉及一种光伏电池旁路电路。

背景技术

现有光伏电池通常采用并联反向肖特基二极管的方式，实现对光伏电池的保护。当太阳能电池片组被遮挡时，肖特基二极管导通，起到旁路效果。由于上述旁路二极管存在压降，导致光伏电池被旁路时仍然有较大功耗。为进一步降低功耗，可以采用晶体管代替旁路二极管，例如MOS管。通过控制单元控制MOS管不断导通和截止，在MOS管导通时，由于内阻非常小，其导通压降远远低于二极管导通压降，从而降低旁路二极管的功耗。

为使控制单元持续工作，常采用蓄电池为其供电。但这样会增加成本和维护费用。如何在尽可能降低旁路电路功耗的同时，为控制单元持续供电，是本领域一直致力解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种光伏电池旁路电路。

第一方面，本申请一实施例提供了一种光伏电池旁路电路，适用于光伏电池单元，所述光伏电池单元为光伏电池组件，所述光伏电池旁路电路包括：相互连接的旁路开关模块、微控制器驱动模块、储能模块、大电流取电模块和正常取电模块；所述旁路开关模块用于与至少一个光伏电池组件并联；

所述微控制器驱动模块用于向所述旁路开关模块输出第一控制信号，以控制所述光伏电池组件处于正常工作状态或旁路状态；

所述旁路开关模块用于在所述微控制器驱动模块的控制下导通或关断，以控制所述光伏电池组件的工作状态；

所述大电流取电模块用于在所述光伏电池组件处于旁路状态下获取电能，并输出至所述储能模块；

所述正常取电模块用于在所述光伏电池组件处于正常工作状态下获取电能，并输出至所述储能模块；

所述储能模块用于存储所述大电流取电模块和所述正常取电模块输出的电能，并向所述微控制器驱动模块输出工作电压。

第二方面，本申请实施例提供了一种光伏电池旁路电路，适用于光伏电池单元，所述光伏电池单元为光伏电池片，所述光伏电池旁路电路包括：相互连接的旁路开关模块、微控制器驱动模块、储能模块、电池状态检测模块、整流模块、大电流取电模块和正常取电模块；所述旁路开关模块用于与至少一个光伏电池片并联；

所述电池状态检测模块用于检测所述光伏电池片的工作状态，获得第一检测信号；

所述微控制器驱动模块用于根据所述第一检测信号向所述旁路开关模块输出第一控制信号，以控制所述光伏电池片处于正常工作状态或旁路状态；

所述旁路开关模块用于在所述微控制器驱动模块的控制下导通或关断，以控制所述光伏电池片的工作状态；

所述大电流取电模块用于在所述光伏电池片处于旁路状态下获取电能，并输出至所述储能模块；

所述正常取电模块用于在所述光伏电池片处于正常工作状态下获取电能，并输出至所述储能模块；

所述整流模块连接在所述光伏电池片与所述大电流取电模块和所述正常取电模块之间；所述整流模块用于根据所述光伏电池片的不同工作状态向所述大电流取电模块和所述正常取电模块输出预定方向的电流；

所述储能模块用于存储所述大电流取电模块和所述正常取电模块输出的电能，并向所述微控制器驱动模块输出工作电压。

结合本申请的第一方面和第二方面，在一可选实施方式中，还包括：电压检测模块，用于检测所述工作电压的大小，获得第二检测信号；

所述微控制器驱动模块还用于在所述光伏电池单元处于旁路状态下，根据所述第二检测信号控制所述旁路开关模块和所述大电流取电模块的工作状态。

结合本申请的第一方面和第二方面，在一可选实施方式中，所述微控制器驱动模块用于判断所述第二检测信号是否小于或等于第一阈值；若所述第二检测信号小于或等于所述第一阈值，所述微控制器驱动模块向所述旁路开关模块输出第二控制信号以控制所述旁路开关模块间歇性关断，并控制所述大电流取电模块处于工作状态；所述微控制器驱动模块还用于判断所述第二检测信号是否大于或等于第二阈值；若所述检测信号大于或等于所述第二阈值，控制所述大电流取电模块关断，并使所述旁路开关模块导通；所述第一阈值和所述第二阈值相同或不同。

结合本申请的第一方面和第二方面，在一可选实施方式中，所述大电流取电模块包括第三晶体管、第四晶体管和第一电阻；所述第四晶体管的控制端用于接收所述微控制器驱动模块的控制信号，所述第四晶体管的第一信号端接地，所述第四晶体管的第二信号端连接所述第三晶体管的控制端；所述第三晶体管的第一信号端用于接收所述光伏电池输出的电能，所述第三晶体管的第二信号端与所述储能模块连接；所述第一电阻连接于所述第三晶体管的控制端与所述第三晶体管的第一信号端之间。

结合本申请的第一方面和第二方面，在一可选实施方式中，所述旁路开关模块包括至少一个MOS管，所述至少一个MOS管与所述光伏电池单元并联；所述至少一个MOS管的栅极用于接收所述微控制器驱动模块的所述第一控制信号和所述第二控制信号。

结合本申请的第一方面和第二方面，在一可选实施方式中，所述至少一个MOS管包括一个MOS管，所述MOS管的源极和漏极之间无寄生二极管；或，

所述至少一个MOS管包括两个以上相互串联的MOS管；所述两个以上相互串联的MOS管中，电连接上相邻的两个MOS管的源极和漏极之间的寄生二极管反向连接。

结合本申请的第一方面和第二方面，在一可选实施方式中，所述正常取电模块连接于所述旁路开关模块和所述储能模块之间；所述正常取电模块包括至少一个电阻。

结合本申请的第一方面和第二方面，在一可选实施方式中，所述电池状态检测模块包括第二二极管和光耦合器，所述第二二极管的阳极与所述光伏电池的负极连接，所述第二二极管的阴极与所述光耦合器的信号输入端连接；所述光耦合器的信号输出端向所述微控制器驱动模块输出所述第一检测信号。

结合本申请的第一方面和第二方面，在一可选实施方式中，所述储能模块包括至少一个电容和稳压管；所述至少一个电容和稳压管相互并联。

结合本申请的第一方面和第二方面，在一可选实施方式中，还包括：高压保护模块，与所述旁路开关模块并联。

本申请实施例所提供的光伏电池旁路电路和光伏组件，通过采用大电流取电模块和正常取电模块，分别在光伏电池处于正常工作状态和旁路状态时，对储能模块进行大电流充电和小电流充电，实现对微控制器驱动模块的闭环持续供电；如此，无需采用额外的蓄电池为微控制器驱动模块供电，进一步降低了功耗。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请一实施例提供的光伏电池旁路电路示意图一；

图2为本申请一实施例提供的光伏电池旁路电路示意图二；

图3为本申请一实施例提供的光伏电池旁路电路示意图三；

图4为本申请一实施例提供的光伏电池旁路电路示意图四；

图5为本申请一实施例提供的光伏电池旁路电路示意图五；

图6为本申请一实施例提供的光伏电池旁路电路示意图六。

具体实施方式

为使本申请的技术方案和有益效果能够更加明显易懂，下面通过列举具体实施例的方式，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。当描述“第一”时，并不表示必然存在“第二”；而当讨论“第二”时，也并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可能意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。还应明白术语“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征的存在，但不排除一个或更多其它的特征的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

可以理解，本申请上下文中“连接”表示被连接的一端与连接至的一端之间相互具有电信号或数据的传递，可理解为“电连接”、“通信连接”等。本申请上下文中“A与B直接连接”表示A和B之间不包括除导线以外的其他元器件。

本申请实施例提供一种光伏电池旁路电路100，适用于光伏电池组件。光伏电池组件包括电池片和接线盒。接线盒中包括与电池片并联的旁路二极管。旁路二极管用于在电池片被遮挡或出现热斑效应时将电池片旁路。参考图1，光伏电池旁路电路100包括：相互连接的旁路开关模块10、微控制器驱动模块30、储能模块40、大电流取电模块50、正常取电模块60。光伏电池旁路电路100并联在光伏电池两端，用于对光伏电池进行主动旁路。

旁路开关模块10用于与至少一个光伏电池组件并联，即将旁路开关模块10的输入端与至少一个光伏电池组件的正极直接连接，将旁路开关模块10的输出端与至少一个光伏电池组件的负极直接连接。根据所需旁路的光伏电池组件的数量，将旁路开关模块10与一个或一个以上的光伏电池组件并联。旁路开关模块10与微控制器驱动模块30连接，用于在微控制器驱动模块30的控制下导通或关断，以控制所述光伏电池组件的工作状态。可选的，旁路开关模块10包括至少一个MOS管。至少一个MOS管与所述光伏电池组件。至少一个MOS管的栅极用于接收微控制器驱动模块30输出的第一控制信号。当至少一个晶体管在微控制器驱动模块30的控制下导通时，旁路开关模块10处于工作状态。可选的，旁路开关模块10为源极和漏极间无寄生二极管MOS管，例如氮化镓MOS管。或者旁路开关模块10为由两个以上背靠背的常规硅MOS组成，即两个以上相互串联的MOS管，其中，电连接上相邻的两个MOS管的源极和漏极之间的寄生二极管反向连接。采用无寄生二极管的MOS管，旁路开关模块10在处于工作状态的情况下不产生压降，压降小于0.1V，例如为零。

微控制器驱动模块30用于向所述旁路开关模块输出第一控制信号，以控制光伏电池组件处于正常工作状态或旁路状态。当需要将光伏电池旁路时，微控制器驱动模块30控制旁路开关模块10导通，将光伏电池组件旁路；当无需将光伏电池旁路时，微控制器驱动模块30控制旁路开关模块10关断光伏电池组件正常工作。可选的，需要将光伏电池旁路的情形包括光伏电池发生火灾时或检测到其他安全隐患时。微控制器驱动模块30获得的旁路控制信号可来自于人工下达的控制指令，也可来自于传感器，或通信模块。

大电流取电模块50用于在光伏电池组件处于旁路状态，并输出至储能模块40。在储能模块40电能不足的情况下，微控制器驱动模块30控制大电流取电模块50处于工作状态。此时，大电流取电模块50从与光伏电池旁路电路100并联的光伏电池处进行大电流取电，以快速对储能模块40充电。大电流取电模块50工作在光伏电池不工作、旁路开关模块10工作的旁路模式，且旁路开关模块10处于间歇性断开时。此时将储能模块40近似于并联到旁路开关模块10两端。

正常取电模块60连接于旁路开关模块10和储能模块40之间，用于在光伏电池处于正常工作状态下获取电能。正常取电模块60工作时只需要从与光伏电池并联的旁路开关模块10两端取小电流给储能模块40充电，其充电电流略大于微控制器驱动模块30所需的工作电流。

储能模块40用于存储大电流取电模块50和正常取电模块60输出的电能，并向微控制器驱动模块30输出工作电压。可选的，储能模块40包括电容。电容可以为电解电容或超级电容。通过采用电容向微控制器驱动模块30持续供电，无需额外电源，简化了电路，降低了成本。可选的，储能模块40还包括单向可控导通/关断器件，例如可控硅、二极管或MOS管，用于实现对储能模块40的单向充电，防止储能模块40反向对光伏电池充电。

本实施例的光伏电池旁路电路100工作过程如下：光伏电池组件中包括旁路二极管，光伏电池旁路电路100用于实现对光伏电池组件的主动旁路。在光伏电池组件正常工作状态，微控制器驱动模块30向旁路开关模块10输出第一控制信号或不向旁路开关模块10输出第一控制信号，旁路开关模块10关断，光伏电池组件正常工作。微控制器驱动模块30控制大电流取电模块50不工作。此时正常取电模块60从与光伏电池组件并联的旁路开关模块10两端获取小电流，给储能模块40充电，储能模块40再给微控制器驱动模块30提供所需的工作电流或工作电压。此时旁路开关模块10、大电流取电模块50、电压检测模块20都不工作，整个电路处于低功耗状态。

当需要将光伏电池组件主动旁路时，微控制器驱动模块30向旁路开关模块10输出第一控制信号，控制旁路开关模块10导通，光伏电池组件被旁路而处于旁路状态。微控制器驱动模块30控制大电流取电模块50工作。此时正常取电模块60不工作。大电流取电模块50所在的大电流充电回路打开，并控制旁路开关模块10断开。大电流充电回路具备单向导通功能，只允许电能传输至储能模块40。这样旁路开关模块10两端电压会上升，并通过大电流充电回路给储能模块40进行大电流充电。

通过采用大电流取电模块和正常取电模块，分别在光伏电池处于正常工作状态和旁路状态时，对储能模块进行大电流充电和小电流充电，实现对微控制器驱动模块的闭环持续供电；如此，无需采用额外的蓄电池为微控制器驱动模块供电，进一步降低了功耗。

本申请实施例还提供另一种光伏电池旁路电路100，适用于光伏电池片。光伏电池片不包含旁路二极管。参考图2，光伏电池旁路电路包括相互连接的旁路开关模块10、微控制器驱动模块30、储能模块40、电池状态检测模块90、整流模块80、大电流取电模块50和正常取电模块60。旁路开关模块10包括至少一个MOS管。至少一个MOS管用于与至少一个光伏电池片并联。至少一个MOS管的栅极用于接收微控制器驱动模块30输出的第一控制信号。本实施例中的旁路开关模块10能够代替旁路二极管，同时实现对光伏电池片的主动旁路和被动旁路功能。与图1所示的实施例相比，光伏电池旁路电路100还包括整流模块80和电池状态检测模块90。

电池状态检测模块90用于检测光伏电池片的工作状态，获得第一检测信号。光伏电池片包括两种工作状态，正常工作状态和旁路状态。在光伏电池片正常工作的情况下，其输出电压，例如40V。当光伏电池片被遮挡或发生热斑效应时，其输出电压下降。电池状态检测模块90通过检测光伏电池片的输出电压作为第一检测信号，可获得其工作状态。

微控制器驱动模块30用于根据第一检测信号向旁路开关模块10输出第一控制信号，以控制光伏电池片处于正常工作状态或旁路状态。在光伏电池片正常工作的情况下，微控制器驱动模块30控制旁路开关模块10关断，使光伏电池片正常工作。当检测到光伏电池片处于非正常工作的情况下，或需要将光伏电池片主动旁路的情况下，微控制器驱动模块30控制旁路开关模块10导通，光伏电池片被旁路。

整流模块80连接在光伏电池片与大电流取电模块50和正常取电模块60之间。整流模块80用于根据光伏电池片的不同工作状态向大电流取电模块50和正常取电模块60输出预定方向的电流。光伏电池片处于正常工作状态和旁路状态情况下，其输出电压或输出电流的方向会发生变化。参考图3，光伏电池片2处于正常工作状态时，其正极输出工作电压，输出电流从光伏电池片正极流向负极。当光伏电池片2处于旁路状态时，其被旁路，不输出电压。由于该光伏电池片的负极与光伏电池片1的正极连接而输出正电压，该光伏电池片的正极与光伏电池片3的负极连接而输出负电压。整流模块80能够确保向大电流取电模块50和正常取电模块60输出预定方向的电流，当光伏电池片因工作状态发生变化时，输出至大电流取电模块50和正常取电模块60的电流方向不发生变化。可选的，整流模块80包括整流桥。如图3所示，光伏组件300包括若干光伏电池组件1、2……n。至少一个光伏电池组件与光伏电池旁路电路100并联。图3示出了每个光伏电池组件均并联有光伏电池旁路电路100的情形。光伏组件300输出的电能由逆变器400进行逆变。

对于光伏电池片的旁路，通过增加电池状态检测模块90，能够检测到光伏电池片的工作状态，一旦检测到其出现工作异常即将旁路开关模块10导通，将光伏电池片旁路，从而使旁路开关模块10代替旁路二极管，实现被动旁路功能。当需要将光伏电池片主动旁路时，微控制器驱动模块30向旁路开关模块10输出第一控制信号，控制旁路开关模块10导通，光伏电池片被旁路而处于旁路状态。微控制器驱动模块30控制大电流取电模块50工作。此时正常取电模块60不工作。大电流取电模块50所在的大电流充电回路打开，并控制旁路开关模块10断开。大电流充电回路具备单向导通功能，只允许电能传输至储能模块40。这样旁路开关模块10两端电压会上升，并通过大电流充电回路给储能模块40进行大电流充电。

在本申请一可能的实施方式中，光伏电池旁路电路100还包括电压检测模块20，连接在储能模块40和微控制器驱动模块30之间，用于检测储能模块40输出的工作电压的大小，获得第二检测信号。可选的，第二检测信号代表储能模块40输出的实时工作电压。将第二检测信号反馈至微控制器驱动模块30。可选的，电压检测模块20采用分压电阻或比较器实现。当电压检测模块20检测到储能模块40输出的实时工作电压过小时，代表储能模块40中电能不足，需充电；当电压检测模块20检测到储能模块40输出的实时工作电压过大时，代表储能模块40中电能充足，无需充电。微控制器驱动模块30还用于根据电压检测模块20的检测信号控制旁路开关模块10和/或大电流取电模块50的工作状态。微控制器驱动模块30用于判断电压检测模块20获得的检测信号是否小于等于第一阈值，若是，代表储能模块40中电能不足，需充电。此时，微控制器驱动模块30向控制旁路开关模块10输出第二控制信号以控制旁路开关模块10间歇性关断，并启动大电流取电模块50，使其处于工作状态。间歇性关断指的是光伏电池片或光伏电池组件在旁路状态下，使旁路开关模块10在很短时间内多次关断，从而使大电流取电模块50给储能模块40快速充电。此时，大电流取电模块50从与旁路开关模块10并联的光伏电池获取电能，对储能模块40进行大电流充电。微控制器驱动模块还用于判断电压检测模块20获得的检测信号是否大于等于第二阈值。若是，代表储能模块40电能充足，无需充电。此时，微控制器驱动模块30控制大电流取电模块关断，并使旁路开关模块10导通，光伏电池输出的电流流经旁路开关模块10而不流经大电流取电模块50和储能模块40，储能模块40无法充电亦不会被消耗电能。可选的，第一阈值与第二阈值相同；或第一阈值与第二阈值不同，第一阈值为最低阈值电压Umin，第二阈值为最高阈值电压Umax。

当需要将光伏电池组件或光伏电池片主动旁路，或光伏电池组件或光伏电池片被动进入旁路状态后，微控制器驱动模块30先控制旁路开关模块10导通，此时旁路开关模块10两端电压迅速变为零，储能模块40对整个电路放电。电压检测模块20实时检测储能模块40输出的工作电压U。经过一段时间放电后，储能模块40输出的工作电压U低于或等于第一阈值时，微控制器驱动模块30控制大电流取电模块50所在的大电流充电回路打开，并控制旁路开关模块10间歇性断开。大电流充电回路具备单向导通功能，只允许电能传输至储能模块40。这样旁路开关模块10两端电压会上升，并通过大电流充电回路给储能模块40进行大电流充电。经过短时间充电，储能模块40输出的工作电压U大于第二阈值后，微控制器驱动模块30控制旁路开关模块10导通，并关闭大电流取电模块50。

当光伏电池组件或光伏电池片处于正常工作状态，即整个电路处于非旁路状态时，旁路开关模块10关断。正常取电模块60所处的正常取电回路从与光伏电池并联的旁路开关模块10两端取小电流，给储能模块40充电，储能模块40再给微控制器驱动模块30提供所需的工作电流或工作电压。此时旁路开关模块10、大电流取电模块50、电压检测模块20都不工作，整个电路处于低功耗状态。

在光伏电池组件或光伏电池片处于旁路状态下，通过电压检测模块20、大电流取电模块50和储能模块40实现对微控制器驱动模块30的闭环持续供电。当旁路开关模块10导通时，储能模块40给整个电路供电。当电压检测模块20检测到储能模块40的输出工作电压小于或等于第一阈值，电能快释放完时，间歇性断开旁路开关模块10，通过与旁路开关模块10并联的光伏电池对储能模块40进行快速充电。由于旁路电流很大，而储能模块的容量很小；所以充电瞬间就能完成，例如旁路开关模块10断开的时间占比低于导通时间的1%。旁路开关模块10断开的时间非常短，因而不会影响光伏电池片或光伏电池组件的旁路状态。当储能模块40达到第二阈值时，再次导通旁路开关模块10，关闭大电流取电模块50所在的快速充电回路，储能模块40再次对整个电路进行放电，如此循环。通过对储能模块进行充电和放电管理，无需采用振荡升压进行能量转换，简化了电路，提高了可靠性，降低了成本。

可选的，光伏电池旁路电路100还包括高压保护模块70，与旁路开关模块10并联，用于对所述旁路开关模块10进行高压保护。可选的，高压保护模块70包括压敏电阻。可选的，当旁路开关模块10内部不含二极管或寄生二极管时，在出现雷击或者其他浪涌高压时，高压保护模块70率先启动，将旁路开关模块10短路，防止高压超过旁路开关模块10的最高电压而受到损坏。

图4为本申请的光伏电池旁路电路100的一可能的实施方式。旁路开关模块10包括至少一个MOS管。至少一个MOS管包括两个以上相互串联的MOS管。两个以上相互串联的MOS管中，电连接上相邻的两个MOS管的源极和漏极之间的寄生二极管反向连接。图4示出了相互串联的第一晶体管Q11和第二晶体管Q12。可选的，第一晶体管Q11和第二晶体管Q12为N型MOS管。第一晶体管Q11的源极连接光伏电池组件的正极，的漏极连接第二晶体管Q12的漏极。第二晶体管Q12的源极连接光伏电池组件的负极。光伏电池的负极接地GND。第一晶体管Q11和第二晶体管Q12的栅极均与微控制器驱动模块30连接，用于接收微控制器驱动模块30的控制信号。第一晶体管Q11的源极和栅极之间以及第二晶体管Q12的源极和栅极之间均包括寄生二极管，第一晶体管Q11的寄生二极管阳极连接光伏电池组件的正极，其阴极连接第二晶体管Q12的寄生二极管的阴极。第二晶体管Q12的寄生二极管的阳极连接光伏电池组件的负极。

储能模块40包括相互并联的电容C11和稳压管ZD1。可选的，电容C11采用电解电容。电容C11的一端与微控制器驱动模块30连接，用于向其供电，输出工作电压VD。电容C11的另一端接地。

大电流取电模块50包括第三晶体管Q13、第四晶体管Q14和第一电阻R11。第四晶体管Q14的控制端用于接收微控制器驱动模块30的控制信号。控制信号用于控制第四晶体管Q14是否导通。第四晶体管Q14的第一信号端接地，第四晶体管Q14的第二信号端连接第三晶体管Q13的控制端。第三晶体管Q13的第一信号端用于接收光伏电池组件输出的电能。第三晶体管Q13的第二信号端与储能模块40的电容C11连接。第一电阻R11连接于第三晶体管Q13的控制端与第三晶体管Q13的第一信号端之间，用于形成导通压降。可选的，第三晶体管Q13为P型三极管，第三晶体管Q13的控制端为三极管的基极，第三晶体管Q13的第一信号端为三极管的发射极，第三晶体管Q13的第二信号端为三极管的集电极。可选的，第四晶体管Q14为N型MOS管或N型三极管；优选N型MOS管，以减小功耗。第四晶体管Q14的控制端为MOS管的栅极，第四晶体管Q14的第一信号端为MOS管的源极，第四晶体管Q14的第二信号端为MOS管的漏极。

第四晶体管Q14的源极接地，第四晶体管Q14的漏极连接第三晶体管Q13的基极。第三晶体管Q13的集电极连接电容C11的正极。电容C11的负极接地。可选的，第一晶体管Q11、第二晶体管Q12和第四晶体管Q14的源极和栅极之间均包括寄生二极管。

可选的，大电流取电模块50还包括第二电阻R12，连接于光伏电池组件的正极与第三晶体管Q13的第一信号端之间，起到限流作用，防止流过第三晶体管Q13的电流过大。

电压检测模块20包括相互串联的第三电阻R13和第四电阻R14。第三电阻R13和第四电阻R14串联后并联在电容C11两端。第三电阻R13和第四电阻R14之间的连接点为电压检测模块20的信号输出端。微控制器驱动模块30与该信号输出端连接，用于获取电压检测模块20的第二检测信号。

光伏电池旁路电路100还包括第一二极管D11，其阳极连接光伏电池的正极，其阴极连接第二电阻R12的一端。第一二极管D11起到单向导通作用，用于使光伏电池组件向储能模块40的电容C11充电，避免反向充电。第二电阻R12的另一端同时与第一电阻R11和第三晶体管Q13的第一信号端连接。

图5示出了正常取电模块60、旁路开关模块10的另一种可能的连接方式和第二电阻R12的另一种可能的连接方式。正常取电模块60包括至少一个电阻，第五电阻R15。第五电阻R15的一端连接电容C11的一端，第五电阻R15的另一端连接第一二极管D11的阴极。可选的，旁路开关模块10包括至少一个MOS管，例如第五MOS管Q15。第五MOS管Q15的源极和栅极之间无寄生二极管。可选的，第五MOS管Q15为氮化镓MOS管。采用第五MOS管Q15代替包含寄生二极管的第一晶体管Q11和第二晶体管Q12。第五MOS管Q15的栅极与微控制器驱动模块30连接，用于接收微控制器驱动模块30的控制信号。第五MOS管Q15的源极连接光伏电池组件的正极，第五MOS管Q15的漏极连接光伏电池组件的负极。采用无寄生二极管的MOS管，旁路开关模块10在处于工作状态的情况下不产生压降，压降小于0.1V，例如为零。

传统采用MOS管代替旁路二极管的方案中，通常需采用振荡和升压电路，实现对控制单元的供电，导致电路复杂、硬件成本较高。本申请通过采用无寄生二极管的MOS管或两个以上背靠背的MOS管，旁路开关模块10两端的电压不会被寄生二极管钳位到0.7V左右的低压，因而在取电时无需对寄生二极管产生的升压进行振荡和升压，从而简化了电路，提高了可靠性，降低了成本。

可选的，第二电阻R12的一端连接第三晶体管Q13的第一信号端，第二电阻R12的另一端连接第一二极管D11的阴极。

当需要将光伏电池旁路时，微控制器驱动模块30向第一晶体管Q11和第二晶体管Q12输出第一控制信号，控制第一晶体管Q11和第二晶体管Q12导通。接着，电压检测模块20检测电容C11输出的工作电压，获得第二检测信号Uad。微控制器驱动模块30判断Uad是否小于或等于第一阈值。若是，代表电容C11电能不足，需充电。微控制器驱动模块30控制第一晶体管Q11和第二晶体管Q12间歇性关断，控制第四晶体管Q14导通，第四晶体管Q14漏极电压为零。与第四晶体管Q14漏极连接的第三晶体管Q13的基极电压为零，第三晶体管Q13导通。光伏电池依次通过第一二极管D11、第二电阻R12、第三晶体管Q13向电容C11进行大电流充电。

电压检测模块20实时检测电容C11输出的工作电压。微控制器驱动模块30判断第二检测信号Uad是否大于等于第二阈值。若是，代表电容C11电能充足，无需充电。微控制器驱动模块30控制第一晶体管Q11和第二晶体管Q12导通，光伏电池输出的电流流经第一晶体管Q11和第二晶体管Q12，而不流经大电流取电模块，停止向电容C11充电。接着，电容C11进入放电模式。

当光伏电池处于正常工作状态，即整个电路处于非旁路状态时，第五电阻R15从与光伏电池并联的旁路开关模块10两端取小电流，给电容C11充电，电容C11再给微控制器驱动模块30提供所需的工作电流或工作电压。此时第一晶体管Q11、第二晶体管Q12、第三晶体管Q13、第四晶体管Q14和电压检测模块20都不工作，整个电路处于低功耗状态。

光伏电池旁路电路100还包括高压保护模块70，与旁路开关模块10并联，用于对所述旁路开关模块进行高压保护。可选的，高压保护模块70包括压敏电阻。当旁路开关模块10内部不含二极管或寄生二极管时，若出现雷击或者其他浪涌高压时，高压保护模块70率先启动，将旁路开关模块10短路，防止高压超过旁路开关模块10的最高电压而受到损坏。

电压检测模块20实时检测电容C11输出的工作电压。微控制器驱动模块30判断Uad是否大于等于正常阈值。若是，代表电容C11电能充足，无需充电。微控制器驱动模块30控制第五MOS管Q15导通，光伏电池输出的电流流经第五MOS管Q15，而不流经大电流取电模块，停止向电容C11充电。电容C11进入放电模式。

利用储能电容两端电压不能突变的特性，在旁路开关模块10间歇性断开时保持旁路MOS两端电压不会突然升高，实现低电压旁路输出功能。同时利用储能模块的电容在电压差大时进入大电流高效充电区的特性，迅速将电容充到能满足其他模块需要的工作电压，以能继续维持整个电路一个周期的电能，同时也起到了进一步减小旁路开关模块10断开占空比的作用。

图6为光伏电池旁路电路100的另一种可能的实施方式，适用于光伏电池片。光伏电池旁路电路100还包括整流模块80和电池状态检测模块90。整流模块80包括整流桥D21，由四个二极管组成。整流模块80包括第一输入端211、第二输入端212、第一输出端213和第二输出端214。整流模块80的第一输入端211和整流模块80的第二输入端212分别连接光伏电池片的正极和负极。整流模块80的第一输出端213同时连接大电流取电模块50和正常取电模块60。整流模块80的第二输出端214接地GND。

电池状态检测模块90包括光耦合器U1和第二二极管D22。光耦合器U1的输入端通过第二二极管D22连接光伏电池片。可选的，光耦合器U1的第一输入端101经第六电阻R26连接光伏电池片正极。光耦合器U1的第二输入端102经第二二极管D22连接光伏电池片负极。第二二极管D22的阳极连接光伏电池片负极，第二二极管D22的阴极连接光耦合器U1的第二输入端102。光耦合器U1的第一输出端103接地GND。光耦合器U1的第二输出端104经第七电阻R27连接电源VDD。可选的VDD为光伏电池片的输出电压。第二输出端104同时连接微控制器驱动模块30，用于向其输出第一检测信号Udet。

当光伏电池片处于工作状态下，光伏电池片的正极输出正电压，通过整流模块80向大电流取电模块50和正常取电模块60供电。电池状态检测模块90不工作，第一检测信号Udet为VDD。当光伏电池片处于非正常工作状态下，光伏电池片的正极输出负电压，光伏电池片的负极输出正电压，第二二极管D22导通，光耦合器U1的输出端产生电流，电流从电源VDD经第七电阻R27、第二输出端104、第一输出端103至地GND。第一检测信号Udet为零。当微控制器驱动模块30获得的第一检测信号Udet为零时，表示光伏电池片处于非正常工作状态，例如其被遮挡或发生热斑效应，需将其旁路。此时微控制器驱动模块30向旁路开关模块10输出第一控制信号，控制旁路开关模块10导通，将光伏电池片旁路。

当需要将光伏电池片主动旁路时，微控制器驱动模块30向旁路开关模块10输出第一控制信号，控制旁路开关模块10导通，光伏电池片被旁路而处于旁路状态。

通过采用电池状态检测模块90，能够检测到光伏电池片的工作状态，一旦检测到其出现工作异常即控制旁路开关模块10导通，将光伏电池片旁路，从而使旁路开关模块10能够代替传统旁路二极管，实现被动旁路功能。如此光伏电池旁路电路100同时实现了主动旁路功能和被动旁路功能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种光伏电池旁路电路，适用于光伏电池单元，其特征在于，所述光伏电池单元为光伏电池组件，所述光伏电池旁路电路包括：相互连接的旁路开关模块、微控制器驱动模块、储能模块、大电流取电模块和正常取电模块；所述旁路开关模块用于与至少一个光伏电池组件并联；

所述微控制器驱动模块用于向所述旁路开关模块输出第一控制信号，以控制所述光伏电池组件处于正常工作状态或旁路状态；

所述旁路开关模块用于在所述微控制器驱动模块的控制下导通或关断，以控制所述光伏电池组件的工作状态；

所述大电流取电模块用于在所述光伏电池组件处于旁路状态下获取电能，并输出至所述储能模块；

所述正常取电模块用于在所述光伏电池组件处于正常工作状态下获取电能，并输出至所述储能模块；

所述储能模块用于存储所述大电流取电模块和所述正常取电模块输出的电能，并向所述微控制器驱动模块输出工作电压。

2.一种光伏电池旁路电路，适用于光伏电池单元，其特征在于，所述光伏电池单元为光伏电池片，所述光伏电池旁路电路包括：相互连接的旁路开关模块、微控制器驱动模块、储能模块、电池状态检测模块、整流模块、大电流取电模块和正常取电模块；所述旁路开关模块用于与至少一个光伏电池片并联；

所述电池状态检测模块用于检测所述光伏电池片的工作状态，获得第一检测信号；

所述微控制器驱动模块用于根据所述第一检测信号向所述旁路开关模块输出第一控制信号，以控制所述光伏电池片处于正常工作状态或旁路状态；

所述旁路开关模块用于在所述微控制器驱动模块的控制下导通或关断，以控制所述光伏电池片的工作状态；

所述大电流取电模块用于在所述光伏电池片处于旁路状态下获取电能，并输出至所述储能模块；

所述正常取电模块用于在所述光伏电池片处于正常工作状态下获取电能，并输出至所述储能模块；

所述整流模块连接在所述光伏电池片与所述大电流取电模块和所述正常取电模块之间；所述整流模块用于根据所述光伏电池片的不同工作状态向所述大电流取电模块和所述正常取电模块输出预定方向的电流；

所述储能模块用于存储所述大电流取电模块和所述正常取电模块输出的电能，并向所述微控制器驱动模块输出工作电压。

3.根据权利要求1或2所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，还包括：电压检测模块，用于检测所述工作电压的大小，获得第二检测信号；

所述微控制器驱动模块还用于在所述光伏电池单元处于旁路状态下，根据所述第二检测信号控制所述旁路开关模块和所述大电流取电模块的工作状态。

4.根据权利要求3所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述微控制器驱动模块用于判断所述第二检测信号是否小于或等于第一阈值；若所述第二检测信号小于或等于所述第一阈值，所述微控制器驱动模块向所述旁路开关模块输出第二控制信号以控制所述旁路开关模块间歇性关断，并控制所述大电流取电模块处于工作状态；所述微控制器驱动模块还用于判断所述第二检测信号是否大于或等于第二阈值；若所述检测信号大于或等于所述第二阈值，控制所述大电流取电模块关断，并使所述旁路开关模块导通；所述第一阈值和所述第二阈值相同或不同。

5.根据权利要求1或2所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述大电流取电模块包括第三晶体管、第四晶体管和第一电阻；所述第四晶体管的控制端用于接收所述微控制器驱动模块的控制信号，所述第四晶体管的第一信号端接地，所述第四晶体管的第二信号端连接所述第三晶体管的控制端；所述第三晶体管的第一信号端用于接收所述光伏电池输出的电能，所述第三晶体管的第二信号端与所述储能模块连接；所述第一电阻连接于所述第三晶体管的控制端与所述第三晶体管的第一信号端之间。

6.根据权利要求4所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述旁路开关模块包括至少一个MOS管，所述至少一个MOS管与所述光伏电池单元并联；所述至少一个MOS管的栅极用于接收所述微控制器驱动模块的所述第一控制信号和所述第二控制信号。

7.根据权利要求6所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述至少一个MOS管包括一个MOS管，所述MOS管的源极和漏极之间无寄生二极管；或，

所述至少一个MOS管包括两个以上相互串联的MOS管；所述两个以上相互串联的MOS管中，电连接上相邻的两个MOS管的源极和漏极之间的寄生二极管反向连接。

8.根据权利要求1或2所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述正常取电模块连接于所述旁路开关模块和所述储能模块之间；所述正常取电模块包括至少一个电阻。

9.根据权利要求2所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述电池状态检测模块包括第二二极管和光耦合器，所述第二二极管的阳极与所述光伏电池的负极连接，所述第二二极管的阴极与所述光耦合器的信号输入端连接；所述光耦合器的信号输出端向所述微控制器驱动模块输出所述第一检测信号。

10.根据权利要求1或2所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，所述储能模块包括至少一个电容和稳压管；所述至少一个电容和稳压管相互并联。

11.根据权利要求1或2所述的光伏电池旁路电路，其特征在于，还包括：高压保护模块，与所述旁路开关模块并联。