全文摘要
本实用新型涉及一种用于检测光伏组串的直流电子负载，包括：输入电容模块，开关电容模块，可变耗能电阻模块，所述开关电容模块由n个相同的子模块组成，该子模块可实现输入端与输入端4倍变比；本实用新型解决了光伏组串等大电压小电流电源的检测问题，利用开关电容成倍降压特性实现了先降压再耗能的目的，且可自由装配开关电容子模块数量，控制降压倍数；开关电容模块本身亦具有拓扑简单、控制方便等特点，故所提电子负载在传统能耗型电子负载基础上不会增加控制和拓扑上的难度，而解决了光伏组串大电压输入的问题，可用于光伏组串的数据分析及采样。
设计方案
1.一种用于检测光伏组串的直流电子负载，其特征在于，所述用于检测光伏组串的直流电子负载包括：输入电容模块、开关电容模块、可变耗能电阻模块；所述输入电容模块、开关电容模块、可变耗能电阻模块之间级联。
2.根据权利要求1所述的直流电子负载，其特征在于，所述开关电容模块由n个相同的子模块级联，所述子模块由3个电容与8个MOSFET组成，待测直流电源输入端正极接MOSFETM1源极，MOSFET M1漏极接电容C2一端，所述电容C2另一端接MOSFET M2漏极，所述MOSFETM2源极接输入端负极，MOSFET M3源极接所述电容C2一端，MOSFET M4源极接所述电容C2另一端和所述MOSFET M2漏极，所述MOSFET M3漏极接所述MOSFET M4漏极和所述电容C3一端，所述电容C3一端接MOSFET M5源极，所述MOSFET M5漏极接电容C4一端，所述电容C4另一端接MOSFET M6漏极，所述MOSFET M6源极接所述电容C3另一端，MOSFET M7源极接所述电容C4一端，MOSFET M8源极接所述电容C4另一端和所述MOSFET M6漏极，所述MOSFET M7漏极接所述MOSFET M8漏极和输出端正极，输出端负极接所述MOSFET M6源极,所述子模块可实现输入端与输出端电压的4倍变比，n个相同的子模块能实现4 n<\/sup>变比。
3.根据权利要求1所述的直流电子负载，其特征在于，所述可变耗能电阻模块与开关电容模块级联作为电能消耗终端，且可以工作在定电压，定电流，定功率，定电阻状态下。
设计说明书
技术领域:
本实用新型涉及光伏领域，尤其涉及用于检测光伏组串的直流电子负载。
背景技术:
在电源产品测试时，电子负载通常用来吸收电源的功率，其中包括DC-DC 适配器、锂电池、燃料电池、太阳能板等。电子负载是一种能以手控或程控方式吸收电能的仪器，起到可变电流吸收器或分路电压调节器作用，当它吸收可变电流时将维持某一固定电压。
光伏组串是在光伏发电系统中，将多个光伏组件以串联方式连接，形成具有所需直流输出电压的最小单元。光伏组串具有低电流、高电压输出特性，能满足如此高电压的电子负载型号非常有限。因此，设计一种适用于检测光伏组串的电子负载非常有必要。
发明内容:
本实用新型目的在于提供一种直流电子负载，旨在利用开关电容模块的成倍降压特性达到适应于检测光伏组串的目的。
本实用新型的技术方案如下：
一种用于检测光伏组串的直流电子负载，包括：输入电容模块，开关电容模块，可变耗能电阻模块。所述输入电容模块、开关电容模块、可变耗能电阻模块之间级联。
进一步根据本实用新型所述的直流电子负载，所述开关电容模块由n个相同的子模块级联，该子模块由3个电容与8个MOSFET组成，待测直流电源输入端正极接MOSFET M1源极，MOSFET M1漏极接电容C2一端，电容C2另一端接MOSFET M2漏极，MOSFET M2源极接输入端负极，MOSFET M3源极接电容C2一端，MOSFET M4源极接电容C2另一端和MOSFET M2漏极，MOSFET M3漏极接MOSFET M4漏极和电容C3一端，电容C3另一端接 MOSFET M2源极，电容C3一端接MOSFET M5源极，MOSFET M5漏极接电容C4一端，电容C4另一端接MOSFET M6漏极，MOSFET M6源极接电容C3 另一端，MOSFET M7源极接电容C4一端，MOSFET M8源极接电容C4另一端和MOSFET M6漏极，MOSFET M7漏极接MOSFET M8漏极和输出端正极，输出端负极接MOSFET M6源极,该子模块可实现输入端与输出端电压的4倍变比，n个相同的子模块能实现4 n<\/sup>变比，n个模块中第一个子模块的输入端作为开关电容模块整体的输入端，第n个子模块的输出端作为开关电容模块的输出端，开关电容模块输入端与输出电容模块输出端相连，输入电容模块输入端正极与待测光伏组串输出端正极相连，输入电容模块输入端负极与待测光伏组串输出端负极相连，开关电容模块中对于所有MOSFET的控制均由控制器提供信号，控制器与各MOSFET的栅极电气连接。
进一步根据本实用新型所述的直流电子负载，所述可变耗能电阻模块输入端正极与开关电容模块输出端正极相连，可变耗能电阻模块输入端负极与开关电容模块输出端负极相连，作为光伏组串能量消耗终端，且可以工作在定电压，定电流，定功率，定电阻状态下。
与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：
该负载针对光伏组串输出电压高且输出电流相对较小的特点，通过开关电容模块的降压作用，起到先降压后控制的作用，可直接连接光伏组串以检测其输出电压电流数据。
附图说明
图1是光伏组串结构示意图；
图2是光伏组串I-V输出曲线；
图3是本实用新型的总体结构框图；
图4是本实用新型的开关电容子模块电路图；
图5是本实用新型的开关电容子模块电路工作状态1图；
图6是本实用新型的开关电容子模块电路工作状态2图；
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。光伏组串结构示意图如图1所示，其I-V输出特性如图2所示。结合图1和图2可知，在若干个光伏组件串联之后，组串的输出电流与组件相同，而输出电压为组件的叠加，目前市场上的光伏组串一般为22至24块组件串联，因此其输出电压可以达到1000V左右，目前传统的能耗式直流电子负载虽然可以实现大功率的检测，但对待测电源的电压一般都限制在500V以内，专门用于高电压场合的直流电子负载较少。
开关电容电路具有成倍降压的特点，且电路拓扑结构简单、控制方便，将开关电容与耗能模块相结合，即能够实现先降压后控制耗能的目的，使得光伏组串这种高电压电源的检测成为可能。
如图3所示，本实用新型所述直流电子负载包括3个模块：输入电容模块，开关电容模块，可变耗能电阻模块。所述输入电容模块、开关电容模块和可变电阻模块之间级联。
本实用新型所述输入电容模块起到防止输入端电压突变的作用。
由于可变耗能电阻模块不易直接对高电压直流电源进行控制，所以先用开关电容模块对待测电源进行降压。所述开关电容模块的子模块降压原理如下：
Pin<\/sub>＝Pout<\/sub>(1)
由公式(1)可得输入端输入功率与输出端输出功率相等；
P＝U I (2)
再由公式(2)得输入端电压与输出端电压的比值为输入端电压与输出端电压的反比；
q＝I t (3)
又因为公式(3)，电荷为单位时间内流过的电流，得到输入端电压与输出端电压之比等于单位时间内流过电荷的反比，如公式(4)所示。
如图4所示，根据MOSFET的导通与开断将该子模块分为2种工作状态:
状态(1):
状态(1)电路如图5所示。MOSFET M1,M4,M5,M8同时导通， MOSFET M2,M3,M6,M7同时关断，记输入端流入的电荷为q in<\/sub>，此时C2充电qin<\/sub>，C3放电qin<\/sub>，C4充电2倍qin<\/sub>，得输出端流入2倍qin<\/sub>；
由于电容只起到存储和释放电荷的作用，并不消耗电能，因此，状态2中各电容的充放电情况与状态1相反，且电荷量相同；
状态(2):
状态(2)电路如图6所示。MOSFET M1,M4,M5,M8同时关断，MOSFET M2,M3,M6,M7同时导通，C2放电q in<\/sub>，C3充电qin<\/sub>，C4放电2倍qin<\/sub>，得输出端流入2倍qin<\/sub>。
综上所述，两个状态下输出端合计流入4倍qin，由于输入端电压与输出端电压之比等于单位时间内流入电荷的反比，因此输入端与输出端电压成1\/4 倍变比，状态(1)与状态(2)一个控制周期内互补。该子模块能对输入端起到降压作用，根据需要选择合适的n个子模块级联，能起到了降压4 n<\/sup>倍的作用。
可变耗能电阻模块的作用是消耗光伏组串的电能，并控制输入端，达到定电压、定电流、定功率以及定电阻的模式，在光伏电站中，对光伏组串检测有着广泛的应用，除了利用检测数据故障诊断外，还可以利用检测数据判断组件内各电池的工作性能，这些均可以利用本文所提直流电子负载实现。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920298127.4
申请日:2019-03-08
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:86(杭州)
授权编号:CN209897005U
授权时间:20200103
主分类号:H02S50/10
专利分类号:H02S50/10
范畴分类:37P;
申请人:中国计量大学
第一申请人:中国计量大学
申请人地址:310018 浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号
发明人:卫东;徐明垦;方洛迪
第一发明人:卫东
当前权利人:中国计量大学
代理人:代理机构:代理机构编号:优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计