小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的電路保護思考

　　圖5 PolyZen器件電路

　　在控制器、逆變器的電路中，大功率的半導(dǎo)體開關(guān)器件用于電力轉(zhuǎn)換開關(guān)。這些器件即使在規(guī)定工作條件下運行，也會出現(xiàn)隨機、不可預(yù)測并且呈現(xiàn)不同阻值的阻性短路。出現(xiàn)電阻失效時，僅10W的功率就可能產(chǎn)生溫度在180℃以上的局部熱點，遠遠高于典型的印刷電路板玻璃躍變溫度(135℃)，造成電路板的環(huán)氧結(jié)構(gòu)損壞，并產(chǎn)生熱故障事件; 最終可能導(dǎo)致器件及印刷電路板過熱、冒煙甚至起火。

　　泰科電子電路保護部門新推出的RTP器件具有既適合最高溫度達 260℃的無鉛回流焊工藝，又能在激活后在200℃斷開進行溫度保護。200℃的斷開溫度高于大部分正常工作的電子器件的正常工作溫度范圍，有助于防止誤動作，提高系統(tǒng)可靠性。 同時該溫度低于常見無鉛焊料熔點。所以，當(dāng)旁邊的器件在規(guī)定溫度范圍內(nèi)工作時，RTP器件不會斷開電路，但在器件脫焊和形成額外短路的潛在風(fēng)險之前會斷開電路。這種適合回流焊的表面貼裝溫度保險器件相對于需要手工焊接的插腳溫度保險絲，在裝配焊接后具有良好的可靠性和一致性。

　　儲能電池組的保護

　　在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲能電池的性能和安全也是非常重要的。不管是鉛酸電池還是鋰離子電池構(gòu)成的儲能電池組，在接線安裝過程中、在使用中都存在電纜短路、電池正負極誤接短路、或電池組溫度過高等潛在故障。這些故障輕則損壞設(shè)備電路，重則造成財產(chǎn)、人身安全事故。在電池組中合理使用基于PPTC技術(shù)的過流保護和溫度檢測可有效保護電池組、減少此類故障造成的性能下降和安全隱患。

　　任何類型的儲能電池組在運輸、安裝及使用時都有可能遭遇外部短路。為防止電池組短路引起的嚴重后果，過流保護是必須的。除了PolySwitch自恢復(fù)保險絲以外，泰科電子電路保護部門還研發(fā)了MHP混合器件。這種MHP器件采用了一種新的混合式技術(shù)，它可提供一種可恢復(fù)得、緊湊、穩(wěn)健的電路保護器件。它能在額定電壓超過30VDC的情況下提供30A以上的工作電流。這種金屬混合PPTC器件(MHP)由一個雙金屬片保護器和一個聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)器件并聯(lián)而成。這種組合既能提供可復(fù)位的過電流保護功能，又可利用PPTC器件的低電阻特性來防止雙金屬片在大電流條件下產(chǎn)生電弧，同時還能加熱雙金屬片，使其保持在打開 鎖定狀態(tài)。這種器件避免了電路斷開時產(chǎn)生的拉弧，故而延長了觸電的壽命。由于該器件是密封且無弧，特別適合防暴場合的應(yīng)用。

　　圖6 MHP30-36實物圖和機械尺寸圖

　　圖6所示的MHP30-36器件是泰科電子規(guī)劃的MHP產(chǎn)品系列中的首批器件，最大額定值為36VDC/100A，在100A (@25°C)條件下的跳閘時間小于5秒。這些器件的工作電流為30A，初始電阻不到2mΩ，低于常見雙金屬保護器的初始電阻(通常為3至4mΩ)。該系列的產(chǎn)品能為太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的儲能系統(tǒng)提供更可靠和安全的電路保護。

　　由于充、放電及能量密度等方面的優(yōu)勢，越來越多的鋰離子電池組用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中。鋰離子電池組的安全保護的要求更加嚴格。除了傳統(tǒng)過流、過溫(過沖引起的)保護要求之外，高串鋰離子電池的均衡以及電壓檢測電路的保護問題均隨之而來。泰科電子電路保護部門成功為高串鋰離子電池組客戶提供了涉及過溫檢測保護，以及均衡及電壓檢測電路短路保護的解決方案，并在客戶應(yīng)用中得到了很好的驗證。圖7所示即為PPTC在高串鋰離子電池組中的應(yīng)用，主要用于檢測電池組內(nèi)部溫度實現(xiàn)過溫保護和防止電池在均衡或者電壓檢測過程中的短路狀況。

　　圖7 PPTC在高串鋰離子中的應(yīng)用：溫度檢測保護以及均衡/電壓檢測短路保護

　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的負載可以是多種多樣的子系統(tǒng)或設(shè)備，譬如LED照明燈具，野外無人值守檢測、記錄或通訊設(shè)施等。依據(jù)子系統(tǒng)的特征和使用環(huán)境不同，子系統(tǒng)及設(shè)備也需要不同等級的電路保護。在設(shè)計這些保護時，應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)的角度出發(fā)，協(xié)同耦合各設(shè)備、各子系統(tǒng)保護，以達到最好的保護系統(tǒng)的效果。在這方面，泰科電子瑞侃電路保護部擁有豐富的經(jīng)驗，竭誠為業(yè)內(nèi)客戶提供完整的解決方案。