一种辅助电源、控制方法及光伏系统与流程

1.本技术涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种辅助电源、控制方法及光伏系统。


背景技术：

2.随着新能源的不断发展，目前光伏发电得到光伏的应用，光伏系统中光伏阵列输出的为直流电，但是电压较高，不能直接用来给光伏系统中的辅助电源供电，因为辅助电源用来给光伏系统中的控制电路供电，控制电路一般用的都是电压比较低的电源。
3.随着光伏系统的直流侧电压越来越高，辅助电源使用普通单管已无法满足耐压要求，例如有的光伏系统的直流电压可以高达1500v。辅助电源的取电可以采用两个反激电路串联在一起，从而解决单管的耐压问题。参见图1，该图为一种光伏系统的辅助电源的取电示意图。高压的直流母线电压进行均分后半母线电压得以降低，半母线电压使用常规的低压mos管即可满足mos管的耐压要求，具体可以控制mos1管和mos2管的驱动信号同步，即mos1管和mos2管同步动作，实现功率传输到vo侧。
4.实际工作中，需要采样流过mos管的电流，在电流太大时，及时控制mos管断开，从而保护mos管的安全。但是，现有技术提供的电流采样电路，采样两个电流传感器，成本较高。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供一种辅助电源、控制方法及光伏系统，能够有效检测流过开关管的电流，及时进行保护，且成本较低。
6.本技术提供一种辅助电源，包括：变压器、第一开关管、第二开关管、电流传感器、全桥整流桥和控制器；
7.第一开关管的第一端通过变压器的第一原边绕组连接直流母线的正端，第一开关管的第二端连接直流母线的中点；
8.第二开关管的第一端通过变压器的第二原边绕组连接第一开关管的第二端，第二开关管的第二端连接直流母线的负端；
9.电流传感器的原边与第一开关管串联或与第二开关管串联，电流传感器的副边连接全桥整流桥；
10.全桥整流桥的输出端连接控制器；
11.控制器，用于根据全桥整流桥的输出电压控制第一开关管和第二开关管。
12.优选地，控制器与直流母线的负端共地。
13.优选地，电流传感器的原边与第二开关管串联，全桥整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；全桥整流桥的输出端连接采样电阻，采样电阻的电压表征第二开关管的电流；
14.第一二极管和第二二极管串联后连接在全桥整流桥的输出端，第三二极管和第四二极管串联后连接全桥整流桥的输出端，第一二极管和第二二极管的公共端连接电流传感
器的副边绕组的第一端，第三二极管和第四二极管的公共端连接电流传感器的副边绕组的第二端，电流传感器的原边绕组的第一端连接第二开关管，电流传感器的原边绕组的第二端连直流母线的负端。
15.优选地，直流母线的中点与控制器共地。
16.优选地，电流传感器的原边与第一开关管串联，全桥整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；全桥整流桥的输出端连接采样电阻，采样电阻的电压表征第一开关管的电流；
17.第一二极管和第二二极管串联后连接在全桥整流桥的输出端，第三二极管和第四二极管串联后连接全桥整流桥的输出端，第一二极管和第二二极管的公共端连接电流传感器的副边绕组的第一端，第三二极管和第四二极管的公共端连接电流传感器的副边绕组的第二端，电流传感器的原边绕组的第一端连接第一开关管，电流传感器的原边绕组的第二端连变压器的第二原边绕组。
18.优选地，控制器，具体用于全桥整流桥的输出电压大于预设电压阈值时，控制第一开关管和第二开关管关断。
19.优选地，还包括：整流二极管；
20.整流二极管的阳极连接变压器的副边绕组的第一端，整流二极管的阴极连接滤波电感。
21.本技术还提供一种辅助电源的控制方法，辅助电源包括：变压器、第一开关管、第二开关管、电流传感器和全桥整流桥；第一开关管的第一端通过变压器的第一原边绕组连接直流母线的正端，第一开关管的第二端连接直流母线的中点；第二开关管的第一端通过变压器的第二原边绕组连接第一开关管的第二端，第二开关管的第二端连接直流母线的负端；电流传感器的原边与第一开关管串联或与第二开关管串联，电流传感器的副边连接全桥整流桥；
22.该方法包括：
23.采集全桥整流桥的输出电压；
24.当输出电压大于预设电压阈值时，控制第一开关管和第二开关管关断。
25.本技术还提供一种光伏系统，包括：以上介绍的辅助电源；还包括：逆变器；逆变器的正输入端连接直流母线的正端，逆变器的负输入端连接直流母线的负端。
26.优选地，光伏系统还包括：光伏阵列；光伏阵列用于为直流母线的正端和直流母线的负端提供电源。
27.优选地，光伏系统还包括：dcdc变换器；dcdc变换器连接在光伏阵列和直流母线之间。
28.由此可见，本技术实施例具有如下有益效果：
29.该辅助电源，变压器、第一开关管、第二开关管、电流传感器、全桥整流桥和控制器；第一开关管的第一端通过变压器的第一原边绕组连接直流母线的正端，第一开关管的第二端连接直流母线的中点；第二开关管的第一端通过变压器的第二原边绕组连接第一开关管的第二端，第二开关管的第二端连接直流母线的负端；电流传感器的原边与第一开关管串联或与第二开关管串联，电流传感器的副边连接全桥整流桥。
30.本技术提供的辅助电源，对于两个开关管的开关电源，只需要设置一个电流传感
器即可，成本较低。因为电流传感器的采样采用了全桥整流桥，既可以采集到流过开关管的正向电流，又可以采集到流过开关管的负向电流。从而可以有效监测流过开关管的电流大小，在电流超过电流预设阈值时，及时关断开关管，保护开关管不被损坏。
附图说明
31.图1为一种光伏系统的辅助电源的取电示意图；
32.图2为一种辅助电源的采样电路；
33.图3为本技术实施例提供的一种辅助电源的示意图；
34.图4为本技术实施例提供的又一种辅助电源的示意图；
35.图5为本技术实施例提供的一种辅助电源的控制方法的流程图；
36.图6为本技术实施例提供的一种光伏系统的示意图；
37.图7为本技术实施例提供的另一种光伏系统的示意图。
具体实施方式
38.为了使本领域技术人员更好地理解本技术提供的技术方案，下面先介绍具体的应用场景。
39.本技术实施例提供的辅助电源主要是从比较高的直流电压取电，降压转换后为控制电路供电，例如为控制电路中的控制器等供电，可以提供12v、5v、3.3v等的电压。
40.本技术不具体限定辅助电源的应用场景，例如在多个绕组串联进行取电的场景均适用，例如双管反激电路取电或双管正激电路取电等。
41.为了方便理解本技术提供的技术方案，下面的实施例中以光伏系统为例进行介绍。具体可以参见图1所示的拓扑，其中ubus为直流母线电压，在直流母线的正端和直流母线的负端串联有两个直流母线电容，两个直流母线电容相等，因此，均分直流母线电压，即每个直流母线电容上的电压为直流母线电压的一半，即1/2ubus。
42.本技术不具体限定直流母线电压的数值，例如可以为1500v，也可以为其他数值。辅助电源从直流母线取电，降压后为光伏系统的控制电路供电，一般采用隔离式开关电源来取电，例如采用正激电路或反激电路。但是直流母线电压较高，一般开关管承受电压，即耐压有限，因此，为了不超过开关管的耐压范围，采取多个绕组串联，每个绕组对应串联一个开关管的形式，这样相当于多个开关管串联在一起，从而降低每个开关管的耐压，保护开关管的安全。该开关管均为可控开关管，即控制器向开关管的栅极发送驱动信号，可以控制开关管的开关状态。
43.可控开关管的类型可以为以下任意一种：继电器、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)或金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor filed effect transistor，mosfet，以下简称mos管)、sic mosfet(silicon carbide metal oxide semiconductorfiled effect transistor，碳化硅场效应管)等。本实施例中以mos管为例进行介绍，本技术实施例对此不作具体限定。
44.本技术实施例中以两个开关管串联，每个开关管串联一个原边绕组为例进行介绍，应该理解，变压器可以包括更多数量的原边绕组，对应更多数量的开关管串联。
45.图2为采用两个电流传感器的一种采样电路示意图。
46.对于图2所示的半波整流，上半母线电流i1和下半母线电流i2分别通过ct1和ct2半波整流后，加权求和输入至控制器，只能采样i1和i2的正向电流，当两个半母线电压不均时，环路中会检测到较大的冲击电流，通过控制占空比，可以避免变压器饱和以及mos管过流的问题。
47.此种控制方式，由于只采样单向电流，上下母线均需采样电流，需要2个电流传感器ct，成本高。且上半母线为高压侧，ct1采样需要满足高压隔离要求，增加了设计难度和成本；假设上半母线电压较大，当驱动发波时，i2为负向大电流，i1为正向大电流，若只采样下半母线i1电流，由于i2为负电流，故采样电压为0，此时占空比会很大，导致mos管过流失效。
48.基于图2存在的以上技术问题，本技术实施例提供的辅助电源，仅采用一个电流传感器，并且采用全桥整流，既可以采集到正向电流，又可以采集到负向电流，从而可以有效实现对开关管的保护。
49.本技术不具体限定电流传感器采集第一开关管的电流，还是采集第二开关管的电流，主要取决于控制器的地与直流侧的共地情况。当直流母线的负端为地时，可以将电流传感器的原边与第二开关管串联；当直流母线的中点为地时，可以将电流传感器的原边与第一开关管串联。下面先介绍直流母线的负端为地的情况。即直流母线的正端一般为高压端，例如 750v，直流母线的中点为0v，直流母线的负端为-750v，此时直流母线的中点为地，直流母线的负端为低压端。例如直流母线的正端为1500v，直流母线的中点为750v，直流母线的负端为0v。此时直流母线的负端为地，同时也为低压端。
50.本实施例提供的辅助电源，包括：变压器、第一开关管、第二开关管、电流传感器、全桥整流桥和控制器；
51.第一开关管的第一端通过所述变压器的第一原边绕组连接直流母线的正端，所述第一开关管的第二端连接所述直流母线的中点；
52.所述第二开关管的第一端通过所述变压器的第二原边绕组连接所述第一开关管的第二端，所述第二开关管的第二端连接所述直流母线的负端；
53.所述电流传感器的原边与所述第一开关管串联或与所述第二开关管串联，所述电流传感器的副边连接所述全桥整流桥；
54.所述全桥整流桥的输出端连接所述控制器；
55.所述控制器，用于根据所述全桥整流桥的输出电压控制所述第一开关管和所述第二开关管。
56.下面以直流母线的负端为接地为例进行介绍，此时电流传感器可以检测第二开关管的电流。由于直流母线的负端接地，为了简便，控制器可以与直流母线的负端供电，这样电流传感器检测的信号可以不必经过隔离进入控制器处理。
57.参见图3，该图为本技术实施例提供的一种辅助电源的示意图。
58.本实施例提供的辅助电源，直流母线的负端bus-接地，且控制器100与直流母线的负端bus-共地。
59.电流传感器ct的原边与第二开关管mos2串联，全桥整流桥包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4；全桥整流桥的输出端连接采样电阻，采样电阻的电压vs1表征第二开关管mos2的电流；
60.第一二极管d1和第二二极管d2串联后连接在全桥整流桥的输出端，第三二极管d3
和第四二极管d4串联后连接全桥整流桥的输出端，第一二极管d1和第二二极管d2的公共端连接电流传感器ct的副边绕组的第一端，第三二极管d3和第四二极管d4的公共端连接电流传感器ct的副边绕组的第二端，电流传感器ct的原边绕组的第一端连接第二开关管mos2，电流传感器ct的原边绕组的第二端连直流母线的负端bus-。
61.对于全桥整流，当ct的电流为正时，电流路径为从ct的副边的同名端到d1，从d1到d4再到ct的副边的异名端。当ct的电流为负时，电流路径为从ct的副边的异名端到d3，从d3到d2再到ct的副边的同名端。由此可见，无论ct的电流为正还是为负，均可以采集到正的采样信号vs2。
62.还包括：整流二极管d5；
63.整流二极管d5的阳极连接变压器t的副边绕组的第一端，整流二极管d5的阴极连接滤波电感。即变压器t的副边的输出电压vo作为辅助电源的输出电压，也可以再经过降压或稳压处理为负载供电。
64.本技术实施例图3提供的辅助电源，与图2所示的辅助电源对比，只需要一个电流传感器ct进行电流采样，通过全桥整流的方式，一般用电阻上的电压来表征流过mos2管的电流大小，即将采样信号vs2输入到控制器100，当上半母线和下半母线出现偏压时，会导致电流突变，因此可以等效采样到上半母线电压和下半母线电压不均压时导致的大电流，进而控制mos1管和mos2管关断，避免变压器饱和以及mos管损坏。
65.本技术实施例提供的辅助电源，由于采用全桥整流，因此，流过mos2管的正向电流和负向电流均可以被采集到，当流过mos2管的电流为负向电流时，通过全桥整流可以整流为正向电流被采集到，即可以转换正的采样信号。因此，该辅助电源只需要在低压侧采用一个低耐压的电流传感器ct，降低了采样电路的成本。
66.一般在光伏系统刚启机或上下母线电压偏移时，容易造成mos管上流过负电流，正常情况下，mos管上为正向电流，而且直流母线的中点没有电流流过，即n线无电流。
67.控制器，具体用于全桥整流桥的输出电压大于预设电压阈值时，控制第一开关管mos1管和第二开关管mos2管关断。应该理解，需要控制两个mos管同时关断，此时流过变压器原边绕组的电流开始下降，避免过流损坏mos管。
68.当采集的电流正常时，控制器100输出驱动信号至两个mos管的栅极，控制第一开关管mos1管和第二开关管mos2管同步进行开关动作。当mos管导通时，变压器的原边绕组的电流上升，储存能量；当控制器100检测到电流信号vs2达到开通电压阈值时，控制mos1管和mos2管均断开，副边二极管导通，向副边传递能量。
69.应该理解，此处的开通电压阈值，仅是控制变压器的副边二极管开通的电压值，该开通电压阈值小于预设电压阈值。
70.当上下半母线偏压时，例如上半母线电压变大，则上半母线电流i1为正向电流，下半母线电流i2为负向电流，两个电流的幅值基本相同(相差变压器励磁电流)；利用本技术实施例提供的全桥整流将i2的负向电流整流成正的vs2，等效采样到了此刻的上半母线的电流i1；如果因为上下半母线的电压不均导致电流过大，控制器100会监控vs2的幅值，当超过预设电压阈值时及时关闭mos管，防止mos管失效。
71.同理，当下半母线电压变大，则上半母线电流i1为负向电流，下半母线电流i2为正向电流，两个电流的幅值基本相同(相差变压器励磁电流)；利用本技术实施例提供的全桥
整流将i2的正向电流同样整流成正的vs2，如果因为上下半母线的电压不均导致电流过大，控制器100会监控vs2的幅值，当超过预设电压阈值时及时关闭mos管，防止mos管失效。
72.图3所示的辅助电源适用在下半母线为低压侧的工况中，此时采样的电流传感器选用低耐压的ct即可。
73.下面介绍上半母线为低压侧的工况时，即中线n为低压侧，此时同样可以选用低耐压的ct。
74.参见图4，该图为本技术实施例提供的又一种辅助电源的示意图。
75.本实施例提供的辅助电源，直流母线的中点为低电端，且控制器与直流母线的中点共地。
76.电流传感器ct的原边与第一开关管串联，全桥整流桥包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3和第四二极管d4；全桥整流桥的输出端连接采样电阻，采样电阻的电压vs1表征第一开关管mos1的电流；
77.第一二极管d1和第二二极管d2串联后连接在全桥整流桥的输出端，第三二极管d3和第四二极管d4串联后连接全桥整流桥的输出端，第一二极管d1和第二二极管d2的公共端连接电流传感器ct的副边绕组的第一端，第三二极管d3和第四二极管d4的公共端连接电流传感器ct的副边绕组的第二端，电流传感器ct的原边绕组的第一端连接第一开关管mos1，电流传感器ct的原边绕组的第二端连接变压器t的第二原边绕组。
78.图4所示的辅助电源中，电流传感器ct可以采样上半母线电流i1的正负电流，通过全桥整流的方式，将i1的负向电流整流成正向电流。将采样信号vs1送入控制器100的采样引脚；控制器100输出驱动信号控制mos1和mos2同步进行开关动作。当mos管导通时，变压器的原边绕组的电流上升，储存能量；当控制器100检测到电流信号vs2达到开通电压阈值时，控制mos1管和mos2管均断开，副边二极管导通，向副边传递能量。
79.当上下半母线偏压时，例如下半母线电压变大，则下半母线电流i2为正向电流，上半母线电流i1为负向电流，两个电流的幅值基本相同(相差变压器励磁电流)；利用本技术实施例提供的全桥整流将将i1的负向电流整流成正的vs1，等效采样到了此刻的上半母线的电流i2；如果因为上下半母线的电压不均导致电流过大，控制器100会监控vs1的幅值，当超过预设电压阈值时及时关闭mos管，防止mos管失效。
80.同理，当上半母线电压变大，则下半母线电流i2为负向电流，上半母线电流i1为正向电流，两个电流的幅值基本相同(相差变压器励磁电流)；利用本技术实施例提供的全桥整流将i1的正向电流同样整流成正的vs1，如果因为上下半母线的电压不均导致电流过大，控制器100会监控vs1的幅值，当超过预设电压阈值时及时关闭mos管，防止mos管失效。
81.本技术实施例提供的辅助电源，对于两个开关管的开关电源，只需要设置一个电流传感器即可。因为电流传感器的采样采用了全桥整流桥，既可以采集到流过开关管的正向电流，又可以采集到流过开关管的负向电流。从而可以有效监测流过开关管的电流大小，在电流超过电流预设阈值时，及时关断开关管，保护开关管不被损坏。
82.方法实施例
83.基于以上实施例提供的一种辅助电源，本技术还提供一种辅助电源的控制方法，下面结合附图进行详细介绍。
84.参见图5，该图为本技术实施例提供的一种辅助电源的控制方法的流程图。
85.本实施例提供的辅助电源的控制方法，辅助电源包括：变压器、第一开关管、第二开关管、电流传感器和全桥整流桥；第一开关管的第一端通过变压器的第一原边绕组连接直流母线的正端，第一开关管的第二端连接直流母线的中点；第二开关管的第一端通过变压器的第二原边绕组连接第一开关管的第二端，第二开关管的第二端连接直流母线的负端；电流传感器的原边与第一开关管串联或与第二开关管串联，电流传感器的副边连接全桥整流桥；
86.该方法包括：
87.s501：采集全桥整流桥的输出电压；
88.s502：当输出电压大于预设电压阈值时，控制第一开关管和第二开关管关断。
89.本技术实施例提供的辅助电源的控制方法，对于两个开关管的开关电源，只需要设置一个电流传感器即可，成本低。因为电流传感器的采样采用了全桥整流桥，既可以采集到流过开关管的正向电流，又可以采集到流过开关管的负向电流。从而可以有效监测流过开关管的电流大小，在电流超过电流预设阈值时，及时关断开关管，保护开关管不被损坏。
90.系统实施例
91.基于以上实施例提供的一种辅助电源及辅助电源的控制方法，本技术还提供一种光伏系统，下面结合附图介绍辅助电源在光伏系统中的应用。
92.参见图6，该图为本技术实施例提供的一种光伏系统的示意图。
93.本实施例提供的光伏系统，包括：辅助电源300；还包括：逆变器200；
94.逆变器200的正输入端连接直流母线的正端bus ，逆变器的负输入端连接直流母线的负端bus-。
95.另外，该光伏系统还包括：光伏阵列pv；具体可以参见图7所示。
96.光伏阵列pv用于为直流母线的正端bus 和直流母线的负端bus-提供电源。
97.另外，本技术实施例提供的光伏系统还可以包括：dcdc变换器(图中未示出)；例如dcdc变换器可以包括boost电路，用于将光伏阵列pv的输出电压升压后提供给直流母线。
98.dcdc变换器连接在光伏阵列pv和直流母线之间。
99.由于本技术实施例提供的光伏系统包括以上实施例介绍的辅助电源，由于辅助电源的取电需要监测流过开关电源的开关管的电流，当电流过大时，需要及时控制开关管断开，从而保护开关管。否则可能造成整个辅助电源故障。本技术提供的技术方案可以检测辅助电源取电的电流，保证辅助电源正常工作。当辅助电源正常工作时，整个光伏系统才可以正常工作。例如辅助电源用于给逆变器的控制器供电，也可以为dcdc变换器的控制器供电。
100.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。