[发明专利]负载短路保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及保护电路，更具体地说，涉及一种用于太阳能控制器的负载短路保护电路。

背景技术

太阳能分布于世界各地，是最清洁的能源之一，为此太阳能发电一直都是能源研究的一个热点。最近几年以美国等国家为首倡导的低碳、绿色环保运动，太阳能发电比以往发展更为迅速了。

太阳能发电由四部分组成：太阳能电池板、蓄电池和充放电控制器及负载。而充放电控制器的功能有：(1)将太阳能电池板的电量按照蓄电池的充电方式充到蓄电池中；(2)管理蓄电池的电量；(3)保护太阳能发电系统。

市面上的太阳能充放电控制器具有如有如下的特点：种类多样，中小功率的应用居多，尤其应用在路灯系统上面。对于大功率的系统，其中一个技术的难点就是实现负载的短路保护功能。

由于大功率系统的瞬间短路电路较大，一些市面上的控制器无短路保护的功能。对于具备短路保护功能的大功率太阳能控制器，其方案可以归纳为三种：

(1)方案一：最原始的短路保护方式就是在蓄电池的正端或者负端串联一个保险管，通过保险管的熔断来起到短路保护的作用；

方案一结构简单且易于实现，但缺点明显：保险管要求是大功率快熔的，成本较高，同时要求回路上的MOS管抗大电流冲击能力较高，增加了MOS管器件的选型难度和成本。

(2)方案二：在功率回路上串联一个1-5mΩ的检流电阻，然后通过运放比较器电路产生一个短路中断的脉冲电平给单片机，再由单片机来断开回路的MOS管来实现短路保护；如图1所示。

方案二用到了检流电阻，使得负载回路的阻抗增加，降低了回路的供电效率。同时，大功率的检流电阻成本较高。

(3)方案三：不要检流电阻，利用MOS管通过大电流后，在内部阻抗的作用下D端的电压会抬高，再通过一个比较巧妙的三极管电路，产生关断MOS管的电压，结合单片机的控制来实现过流保护和短路保护。如图2所示。

与方案三类似的结构在一些国外的产品(如德国Steca的塔龙系列太阳能控制器)中有应用。图3为德国Steca的塔龙系列30A太阳能控制器的短路保护及控制部分的电路图。当正常导通时，单片机引脚MCU控制输出低电平，Q4截止使得Q2正常导通从而使负载回路导通，Q2导通后，只要负载端不短路且无过大的电流，Q2的漏极电压＜0.5V使得Q4继续保持截止，从而维持Q2的导通状态；当出现短路大电流后，Q2的漏极电压接近于蓄电池的电压(10V-30V)，在Q4的基极和发射极的作用下，Q4端的电压为0.7V，Q4导通导致Q2截止，从而达到了短路保护的目的。短路保护后需要自动恢复：单片机引脚MCU控制除了具备I/O功能外，还具有AD采样功能，单片机每隔几十毫秒采样一次该引脚(采样时引脚是悬空输入状态，采样过后恢复为输出引脚；作为AD采样功能时，MCU控制及R1可以认为是悬空的，因此正常情况下Q4还是截止而Q2导通的)，当单片机检测到有短路保护时(MCU控制端的电压＞0.6V)，MCU控制引脚设置为输入悬空状态，那么如果短路继续存在的话，R6两端是短接的，Q4继续导通使得Q2截止；MCU控制每隔10秒钟输出一个低电平，如果短路保护仍然存在，则Q4继续导通使得Q2不导通；如果短路保护去除了，那么Q4就会截止使得Q2正常导通。

方案三比较好，但通过对德国Steca的塔龙系列30A太阳能控制器的短路测试发现，短路关断速度太快但没有相应的措施，造成蓄电池接线端子处出现了瞬间的高压(根据接线的粗细和长度不同，瞬间高压也不一样，最高可达到70V甚至更高)，而MOS管的耐压器件为55V，该瞬间的高压如果超过MOS管的耐压极限，则存在击穿MOS管而损坏器件的可能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的用于太阳能控制器的负载短路保护电路成本高、降低回路的供电效率以及易出现瞬间高压损坏器件的缺陷，提供一种成本低、不会增加负载回路的阻抗以及具有消除瞬间高压的用于太阳能控制器的负载短路保护电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种负载短路保护电路，连接在蓄电池和负载电路之间，其中包括：

用于蓄电池反接保护的MOS管保护电路；

用于检测负载电路短路的短路检测电路；

根据所述短路检测电路的检测结果发出开关信号的单片机；以及

根据所述开关信号使所述负载电路导通或断开的MOS管开关电路。