技术领域
[0001] 本实用新型属于电
力电子技术领域，具体涉及一种通过单路信号能对两个串联MOS管驱动的快速关断装置。
背景技术
[0002]
太阳能作为一种可再生、无污染的绿色
能源越来越被人们所重视，同时随着电力电子技术的进步，光伏并网发电技术得以迅猛发展。
光伏发电系统是由多个光伏组件串联形成光伏组串，然后将光伏组串接入逆变器实现直流转换为交流从而并网发电。考虑到串联的光伏组件会形成直流高压，这种高压会导致人身危险和火灾事故，因此要求
光伏发电系统在紧急情况发生时做到组件级的快速关断。
[0003] 快速关断要求的提出主要是出于对消防人员、光伏电站安装及维修人员的保护。一般在光伏发电系统中，只要有太阳照射，直流侧就会有600V～1000V直流高压存在，一旦电站发生火灾，在整个电站烧毁完之前，消防人员都无法进行灭火抢险工作。
[0004] 基于以上原因，实现光伏电站中每个组件的快速关断就非常重要，现有的普遍做法就是在每个组件的外面接入关断装置。在紧急情况下，通过该关断装置，可以关断每一
块光伏组件之间的连接，从而消除光伏发电系统中存在的直流高压，降低触电
风险、解决施救风险。但现有的关断装置采用单管进行关断，若单管失效就会造成高压输出，进而对消防人员的生命造成威胁。现有的关断装置，其控制部分采用控制IC,对于专用的控制IC，内部集成了关断信号接收功能，同时只有单路的驱动信号，如果对单路信号不加处理，当控制IC发生失效时就很难进入安全的关断模式，如图1所示，当控制IC的单路驱动信号脚与其相邻的引脚发生短接时，如果出现恒为高电平状态，就会导致MOS
开关管的
门极驱动恒为高电平，进入开通状态，无法实现安全关断。实用新型内容
[0005] 针对
现有技术中的
缺陷，本实用新型提供了一种通过单路信号能对两个串联MOS管驱动的快速关断装置，采用两个串联连接的开关管进行开关操作，大大提高了对光伏发电系统关断的可靠性及安全性，不会在需要关断时因单管失效而造成高压输出，进而避免造成人身安全隐患。
[0006] 本实用新型提供了一种通过单路信号能对两个串联MOS管驱动的快速关断装置，包括开关管S1、开关管S2、控制IC和驱动
电路；
[0007] 光伏组件的PV+端经依次串联的开关管S1和开关管S2连接输出端OUT+；光伏组件的PV-端连接输出端OUT-；
[0008] 所述控制IC、开关管S1、开关管S2分别与驱动电路连接，所述控制IC的两信号端通过驱动电路控制开关管S1和开关管S2的通断。
[0009] 所述的一种通过单路信号能对两个串联MOS管驱动的快速关断装置，还包括输入电容Cin、输出电容Cout、旁路
二极管D1和输出
电阻Rx；
[0010] 所述输入电容Cin与光伏组件并联连接，所述输出电容Cout的一端连接输出端OUT+、另一端连接输出端OUT-，所述输出电容Cout、
旁路二极管D1和输出电阻Rx并联连接。
[0011] 优选地，所述开关管S1为MOS管S1，所述开关管S2为MOS管S2；
[0012] 所述光伏组件的PV+端连接MOS管S2的漏极，所述MOS管S2的源极连接MOS管S1的漏极，所述MOS管S1的源极连接输出端OUT+；所述驱动电路的驱动端Drv2连接MOS管S2的门极，所述驱动电路的驱动端Drv1连接MOS管S1的门极；
[0013] 所述MOS管S2和MOS管S1相连的公共端为参考端S2GND。
[0014] 优选地，所述驱动电路包括第一驱动模块和第二驱动模块；
[0015] 所述控制IC、第一驱动模块和第二驱动模块依次电连接，所述第二驱动模块的驱动端Drv2连接MOS管S2的门极，所述第二驱动模块的驱动端Drv1连接MOS管S1的门极。
[0016] 优选地，所述第一驱动模块包括光耦OP1、稳压管D3、电阻R0、电阻R1和电阻R2；
[0017] 所述控制IC的第一信号端一方面经电阻R2连接光耦OP1的输入脚2、另一方面连接光耦OP1的输出脚4，所述控制IC的第二信号端一方面经电阻R1连接光耦OP1的输入脚1、一方面经稳压管D3接地、另一方面经电阻R0连接电源VCC。
[0018] 优选地，所述第二驱动模块包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、稳压管D4、稳压管D2和若干电阻；
[0019] 所述光耦OP1的输出脚3一方面经电阻R3连接开关管Q1的基极、一方面经电阻R4连接开关管Q2的基极、另一方面经电阻R5接地；
[0020] 所述开关管Q1的发射极接地，所述开关管Q1的集
电极一方面连接开关管Q3的门极、另一方面经电阻R6连接电源VCC；
[0021] 所述开关管Q2的发射极接地，所述开关管Q2的集电极一方面连接开关管Q4的门极、另一方面经电阻R7连接电源VCC；
[0022] 所述开关管Q3的源极接地，所述开关管Q3的漏极一方面经电阻R8连接电源VDD、另一方面经电阻R10连接驱动端Drv1；
[0023] 所述开关管Q4的源极接地，所述开关管Q4的漏极一方面经电阻R9连接电源VDD、另一方面经电阻R11连接驱动端Drv2；
[0024] 所述稳压管D4的
阳极连接输出端OUT+，所述稳压管D4的
阴极连接驱动端Drv1；
[0025] 所述稳压管D2的阳极连接参考端S2GND，所述稳压管D2的阴极连接驱动端Drv2。
[0026] 优选地，所述第二驱动模块包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、光耦OP2、光耦OP3、二极管D4、二极管D2和若干电阻；
[0027] 所述光耦OP1的输出脚3一方面经电阻R5接地、一方面经电阻R4连接光耦OP2的输入脚1、另一方面经电阻R7连接光耦OP3的输入脚1；
[0028] 所述光耦OP2的输入脚2经电阻R3接地，所述光耦OP2的输出脚4连接输出端OUT+，所述光耦OP2的输出脚3经依次串联的电阻R9和电阻R10连接电源VDD，所述电阻R9和电阻R10的相连公共端连接开关管Q1的基极，所述开关管Q1的发射极连接电源VDD，所述开关管Q1的集电极经电阻R13连接开关管Q3的基极，所述开关管Q3的基极一方面经电阻R15连接
三极管Q3的集电极、另一方面经二极管D4连接三极管Q3的发射极，所述三极管Q3的集电极连接输出端OUT+，所述三极管Q3的发射极连接驱动端Drv1；
[0029] 所述光耦OP3的输入脚2经电阻R6接地，所述光耦OP3的输出脚4连接参考端S2GND，所述光耦OP3的输出脚3经依次串联的电阻R11和电阻R12连接电源VDD，所述电阻R11和电阻R12的相连公共端连接开关管Q2的基极，所述开关管Q2的发射极连接电源VDD，所述开关管Q2的集电极经电阻R14连接开关管Q4的基极，所述开关管Q4的基极一方面经电阻R16连接三极管Q4的集电极、另一方面经二极管D2连接三极管Q4的发射极，所述三极管Q4的集电极连接参考端S2GND，所述三极管Q4的发射极连接驱动端Drv2。
[0030] 本实用新型的技术方案，采用两个串联连接的开关管进行开关操作，大大提高了对光伏发电系统关断的可靠性及安全性，不会在需要关断时因单管失效而造成高压输出，进而避免造成人身安全隐患。
附图说明
[0031] 为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0032] 图1为背景技术中单路驱动信号的控制IC发生相邻引脚短接的示意图；
[0033] 图2为本
实施例中通过单路信号能对两个串联MOS管驱动的快速关断装置的电路结构图；
[0034] 图3为本实施例中驱动电路的电路结构图一；
[0035] 图4为本实施例中驱动电路的电路结构图二；
[0036] 图5为本实施例中供电参考地的电路结构图。
具体实施方式
[0037] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0038] 应当理解，当在本
说明书和所附
权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0039] 还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0040] 还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0041] 如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0042] 实施例一：
[0043] 本实施例提供了一种通过单路信号能对两个串联MOS管驱动的快速关断装置，如图2所示，包括开关管S1、开关管S2、输入电容Cin、输出电容Cout、旁路二极管D1、输出电阻Rx、控制IC和驱动电路；
[0044] 光伏组件的PV+端经依次串联的开关管S1和开关管S2连接输出端OUT+；光伏组件的PV-端(即接地端)连接输出端OUT-；
[0045] 所述输入电容Cin与光伏组件并联连接，所述输出电容Cout的一端连接输出端OUT+、另一端连接输出端OUT-，所述输出电容Cout、旁路二极管D1和输出电阻Rx并联连接；
[0046] 所述控制IC、开关管S1、开关管S2分别与驱动电路连接，所述控制IC的两信号端通过驱动电路控制开关管S1和开关管S2的通断。
[0047] 本实施例的所述开关管S1为MOS管S1，所述开关管S2为MOS管S2；所述光伏组件的PV+端连接MOS管S2的漏极，所述MOS管S2的源极连接MOS管S1的漏极，所述MOS管S1的源极连接输出端OUT+；所述驱动电路的驱动端Drv2连接MOS管S2的门极，所述驱动电路的驱动端Drv1连接MOS管S1的门极；所述MOS管S2和MOS管S1相连的公共端为参考端S2GND。
[0048] 本实施例的快速关断装置位于光伏组件和逆变器之间，采用串联连接的MOS管进行开关操作，大大提高了可靠性和安全性，不会在需要关断时因单管失效而造成高压输出，进而防止了火灾时高压对消防人员的生命造成威胁。
[0049] 本实施例的快速关断装置，还包括辅助电源，辅助电源的输入与光伏组件的PV+相连，辅助电源的输出与控制IC、驱动电路相连，所述辅助电源用于给控制IC和驱动电路提供工作
电压。
[0050] 本实施例的驱动电路有两种结构，如下所述。
[0051] 第一种结构，如图3所示，所述驱动电路包括第一驱动模块和第二驱动模块；
[0052] 所述控制IC、第一驱动模块和第二驱动模块依次电连接，所述第二驱动模块的驱动端Drv2连接MOS管S2的门极，所述第二驱动模块的驱动端Drv1连接MOS管S1的门极。
[0053] 其中，所述第一驱动模块包括光耦OP1、稳压管D3、电阻R0、电阻R1和电阻R2；
[0054] 所述控制IC的第一信号端一方面经电阻R2连接光耦OP1的输入脚2、另一方面连接光耦OP1的输出脚4，所述控制IC的第二信号端一方面经电阻R1连接光耦OP1的输入脚1、一方面经稳压管D3接地、另一方面经电阻R0连接电源VCC。
[0055] 其中，所述第二驱动模块包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、稳压管D4、稳压管D2和若干电阻；
[0056] 所述光耦OP1的输出脚3一方面经电阻R3连接开关管Q1的基极、一方面经电阻R4连接开关管Q2的基极、另一方面经电阻R5接地；
[0057] 所述开关管Q1的发射极接地，所述开关管Q1的集电极一方面连接开关管Q3的门极、另一方面经电阻R6连接电源VCC；
[0058] 所述开关管Q2的发射极接地，所述开关管Q2的集电极一方面连接开关管Q4的门极、另一方面经电阻R7连接电源VCC；
[0059] 所述开关管Q3的源极接地，所述开关管Q3的漏极一方面经电阻R8连接电源VDD、另一方面经电阻R10连接驱动端Drv1；
[0060] 所述开关管Q4的源极接地，所述开关管Q4的漏极一方面经电阻R9连接电源VDD、另一方面经电阻R11连接驱动端Drv2；
[0061] 所述稳压管D4的阳极连接输出端OUT+，所述稳压管D4的阴极连接驱动端Drv1；
[0062] 所述稳压管D2的阳极连接参考端S2GND，所述稳压管D2的阴极连接驱动端Drv2。
[0063] 本实施例的VCC电源经供电参考地转换电路转换后得到VDD电源，如图5所示，本实施例中控制IC通过QD1和QD2这两个引脚端控制该转换电路的工作状态。本实施例的第一种结构的驱动电路，由开关管、光耦、稳压管、电阻等电子元器件搭建而成，只需要这些简单的电子元器件就能实现单路信号的安全驱动，结构简单，不需要采用专门的悬浮电源驱动芯片，成本低，可靠性高。
[0064] 本实施例的第一种结构的驱动电路有两种工作模式：开通模式和关断模式，具体工作流程如下。
[0065] 开通模式：控制IC的第一信号端输出低电平(3.3V)，连接到控制IC的第二信号端的稳压管D3选用5V稳压管，光耦OP1的两个输入脚之间是
发光二极管，压差的存在使得发光二极管导通，这样光耦OP1的输出端就会导通，光耦OP1的输出脚3和输出脚4保持一致输出高电平，此时开关管Q1和开关管Q2导通，分别将开关管Q3和开关管Q4的门极电压拉到0V，开关管Q3和开关管Q4关闭，电源VDD通过电阻分别连接到MOS管S1和MOS管S2的门极，MOS管S1和MOS管S2处于开通状态，快速关断装置有输出，保持开通模式工作。
[0066] 关断模式：控制IC的第一信号端输出
低电压(0V)，由于光耦OP1的输入端1的电压稳定在5V，压差的存在使得发光二极管导通，这样光耦OP1的输出端就会导通，光耦OP1的输出脚3和输出脚4保持一致输出低电平，此时开关管Q1和开关管Q2关闭，电源VCC通过电阻分别连接到开关管Q3和开关管Q4的门极，开关管Q3和开关管Q4导通，分别将MOS管S1和MOS管S2的门极电压拉到0V，MOS管S1和MOS管S2处于关闭状态，快速关断装置无输出，保持关闭模式工作。
[0067] 本实施例能够有效解决当控制IC的第一信号端与相邻的第二信号端发生短接时而不能安全关断的问题。当第一信号端与相邻的第二信号端短接时，光耦OP1的两输入脚的电压相同，不存在压差，两输入脚之间的发光二极管不会导通，这样光耦OP1的输出端就会关闭，无论光耦OP1的输出脚4是什么状态，输出脚3都是0V低电平，根据上述工作模式分析，快速关断装置进入关闭模式，能够实现安全关断。
[0068] 第二种结构，如图4所示，所述驱动电路包括第一驱动模块和第二驱动模块；第二种结构和第一种结构相比，第一驱动模块相同，第二驱动模块不同。
[0069] 所述控制IC、第一驱动模块和第二驱动模块依次电连接，所述第二驱动模块的驱动端Drv2连接MOS管S2的门极，所述第二驱动模块的驱动端Drv1连接MOS管S1的门极。
[0070] 其中，所述第一驱动模块包括光耦OP1、稳压管D3、电阻R0、电阻R1和电阻R2；
[0071] 所述控制IC的第一信号端一方面经电阻R2连接光耦OP1的输入脚2、另一方面连接光耦OP1的输出脚4，所述控制IC的第二信号端一方面经电阻R1连接光耦OP1的输入脚1、一方面经稳压管D3接地、另一方面经电阻R0连接电源VCC。
[0072] 其中，所述第二驱动模块包括开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、光耦OP2、光耦OP3、二极管D4、二极管D2和若干电阻；
[0073] 所述光耦OP1的输出脚3一方面经电阻R5接地、一方面经电阻R4连接光耦OP2的输入脚1、另一方面经电阻R7连接光耦OP3的输入脚1；
[0074] 所述光耦OP2的输入脚2经电阻R3接地，所述光耦OP2的输出脚4连接输出端OUT+，所述光耦OP2的输出脚3经依次串联的电阻R9和电阻R10连接电源VDD，所述电阻R9和电阻R10的相连公共端连接开关管Q1的基极，所述开关管Q1的发射极连接电源VDD，所述开关管Q1的集电极经电阻R13连接开关管Q3的基极，所述开关管Q3的基极一方面经电阻R15连接三极管Q3的集电极、另一方面经二极管D4连接三极管Q3的发射极，所述三极管Q3的集电极连接输出端OUT+，所述三极管Q3的发射极连接驱动端Drv1；
[0075] 所述光耦OP3的输入脚2经电阻R6接地，所述光耦OP3的输出脚4连接参考端S2GND，所述光耦OP3的输出脚3经依次串联的电阻R11和电阻R12连接电源VDD，所述电阻R11和电阻R12的相连公共端连接开关管Q2的基极，所述开关管Q2的发射极连接电源VDD，所述开关管Q2的集电极经电阻R14连接开关管Q4的基极，所述开关管Q4的基极一方面经电阻R16连接三极管Q4的集电极、另一方面经二极管D2连接三极管Q4的发射极，所述三极管Q4的集电极连接参考端S2GND，所述三极管Q4的发射极连接驱动端Drv2。
[0076] 本实施例的第二种结构的驱动电路，也是由开关管、光耦、稳压管、电阻等电子元器件搭建而成，也能实现单路信号的安全驱动，结构简单，成本低，可靠性高。其中开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4均为PNP三极管。
[0077] 本实施例的第二种结构的驱动电路有两种工作模式：开通模式和关断模式，具体工作流程如下。
[0078] 开通模式：控制IC的第一信号端输出高电平(3.3V)，由于光耦OP1输入脚1的电压稳定在5V，压差的存在使得发光二极管导通，这样光耦OP1的输出端就会导通，光耦OP1的输出脚3和输出脚4保持一致输出高电平，光耦OP2和光耦OP3的输出端导通，电阻R11与参考端S2GND形成连接，电阻R9与输出端OUT+形成连接，开关管Q1的基极与发射极形成开启负电压，开关管Q2的基极与发射极形成开启负电压，开关管Q1和开关管Q2导通，二极管D4和二极管D2导通，开关管Q3的基极与发射极形成关闭零电压，开关管Q4的基极与发射极形成关闭零电压，开关管Q3和开关管Q4截止，驱动端Drv1的驱动电压连接到MOS管S1的门极，驱动端Drv2的驱动电压连接到MOS管S2的门极，MOS管S1和MOS管S2处于开通状态，快速关断装置有输出，保持开通模式工作。
[0079] 关断模式：控制IC的第一信号端输出低电平(0V)，由于光耦OP1的输入脚1的电压稳定在5V，压差的存在使得发光二极管导通，这样光耦OP1的输出端就会导通，光耦OP1的输出脚3和输出脚4保持一致输出低电平，光耦OP2和光耦OP3的输入端截止，光耦OP2和光耦OP3的输出端截止，电阻R11与参考端S2GND断开连接，电阻R9与输出端OUT+断开连接，开关管Q1的基极与发射极形成关闭零电压，开关管Q2的基极与发射极形成关闭零电压，开关管Q1和开关管Q2截止，二极管D4和二极管D2截止，开关管Q3的基极与发射极形成开启负电压，开关管Q4的基极与发射极形成开启负电压，开关管Q3和开关管Q4导通，MOS管S1和MOS管S2的门极放电，MOS管S1和MOS管S2处于关闭状态，快速关断装置无输出，保持关断模式工作。
[0080] 综上所述，本实施例的快速关断装置，安全性好，可靠性高，成本低。本实施例针对只有单路驱动信号输出的专用控制IC，利用一个简单的光耦解决了当控制IC的信号端发生失效一直为高电平输出时，快速关断装置仍然能够进入关断模式，实现安全关断。同时由于单路信号通过安全保护处理，就能做到用单路信号来驱动两个串联的MOS管，不会增加控制
软件的复杂度，两个MOS管串联作为关断开关，能够有效的提高系统可靠性和安全性，不会因为单个开关管S1或者S2损坏而出现高压输出，避免造成人身安全隐患。
[0081] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。
