小型太阳能光伏发电系统中的电路保护思考

　　图5 PolyZen器件电路

　　在控制器、逆变器的电路中，大功率的半导体开关器件用于电力转换开关。这些器件即使在规定工作条件下运行，也会出现随机、不可预测并且呈现不同阻值的阻性短路。出现电阻失效时，仅10W的功率就可能产生温度在180℃以上的局部热点，远远高于典型的印刷电路板玻璃跃变温度(135℃)，造成电路板的环氧结构损坏，并产生热故障事件; 最终可能导致器件及印刷电路板过热、冒烟甚至起火。

　　泰科电子电路保护部门新推出的RTP器件具有既适合最高温度达 260℃的无铅回流焊工艺，又能在激活后在200℃断开进行温度保护。200℃的断开温度高于大部分正常工作的电子器件的正常工作温度范围，有助于防止误动作，提高系统可靠性。 同时该温度低于常见无铅焊料熔点。所以，当旁边的器件在规定温度范围内工作时，RTP器件不会断开电路，但在器件脱焊和形成额外短路的潜在风险之前会断开电路。这种适合回流焊的表面贴装温度保险器件相对于需要手工焊接的插脚温度保险丝，在装配焊接后具有良好的可靠性和一致性。

　　储能电池组的保护

　　在太阳能光伏发电系统中，储能电池的性能和安全也是非常重要的。不管是铅酸电池还是锂离子电池构成的储能电池组，在接线安装过程中、在使用中都存在电缆短路、电池正负极误接短路、或电池组温度过高等潜在故障。这些故障轻则损坏设备电路，重则造成财产、人身安全事故。在电池组中合理使用基于PPTC技术的过流保护和温度检测可有效保护电池组、减少此类故障造成的性能下降和安全隐患。

　　任何类型的储能电池组在运输、安装及使用时都有可能遭遇外部短路。为防止电池组短路引起的严重后果，过流保护是必须的。除了PolySwitch自恢复保险丝以外，泰科电子电路保护部门还研发了MHP混合器件。这种MHP器件采用了一种新的混合式技术，它可提供一种可恢复得、紧凑、稳健的电路保护器件。它能在额定电压超过30VDC的情况下提供30A以上的工作电流。这种金属混合PPTC器件(MHP)由一个双金属片保护器和一个聚合物正温度系数(PPTC)器件并联而成。这种组合既能提供可复位的过电流保护功能，又可利用PPTC器件的低电阻特性来防止双金属片在大电流条件下产生电弧，同时还能加热双金属片，使其保持在打开 锁定状态。这种器件避免了电路断开时产生的拉弧，故而延长了触电的寿命。由于该器件是密封且无弧，特别适合防暴场合的应用。

　　图6 MHP30-36实物图和机械尺寸图

　　图6所示的MHP30-36器件是泰科电子规划的MHP产品系列中的首批器件，最大额定值为36VDC/100A，在100A (@25°C)条件下的跳闸时间小于5秒。这些器件的工作电流为30A，初始电阻不到2mΩ，低于常见双金属保护器的初始电阻(通常为3至4mΩ)。该系列的产品能为太阳能发电系统中的储能系统提供更可靠和安全的电路保护。

　　由于充、放电及能量密度等方面的优势，越来越多的锂离子电池组用于太阳能光伏发电系统中。锂离子电池组的安全保护的要求更加严格。除了传统过流、过温(过冲引起的)保护要求之外，高串锂离子电池的均衡以及电压检测电路的保护问题均随之而来。泰科电子电路保护部门成功为高串锂离子电池组客户提供了涉及过温检测保护，以及均衡及电压检测电路短路保护的解决方案，并在客户应用中得到了很好的验证。图7所示即为PPTC在高串锂离子电池组中的应用，主要用于检测电池组内部温度实现过温保护和防止电池在均衡或者电压检测过程中的短路状况。

　　图7 PPTC在高串锂离子中的应用：温度检测保护以及均衡/电压检测短路保护

　　太阳能光伏发电系统的负载可以是多种多样的子系统或设备，譬如LED照明灯具，野外无人值守检测、记录或通讯设施等。依据子系统的特征和使用环境不同，子系统及设备也需要不同等级的电路保护。在设计这些保护时，应当从系统的角度出发，协同耦合各设备、各子系统保护，以达到最好的保护系统的效果。在这方面，泰科电子瑞侃电路保护部拥有丰富的经验，竭诚为业内客户提供完整的解决方案。