專(zhuān)利名稱(chēng)：使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，特別涉及一種跟蹤隨入射到太陽(yáng)能電池上的太陽(yáng)光的強(qiáng)度及周?chē)鷾囟榷兓淖畲筝敵龉β庶c(diǎn)，將其得到的固定的輸出電壓供給蓄電池的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備。
最近，以更加有效地利用太陽(yáng)能為目的的設(shè)備的研究非常盛行。使用需將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的太陽(yáng)能電池時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出功率隨入射到該太陽(yáng)能電池上的太陽(yáng)光的強(qiáng)度和周?chē)鷾囟榷兓?br> 圖7是用以說(shuō)明太陽(yáng)能電池的輸出功率隨入射的太陽(yáng)光的強(qiáng)度而變化的狀態(tài)的特性圖。圖8是用以說(shuō)明太陽(yáng)能電池的輸出功率隨周?chē)鷾囟茸兓臓顟B(tài)的特性圖。如圖7和圖8所示，隨太陽(yáng)光的強(qiáng)度和周?chē)鷾囟鹊淖兓?，太?yáng)能電池的輸出電阻抗也發(fā)生變化。因此，太陽(yáng)能電池驅(qū)動(dòng)固定負(fù)載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生由于電阻抗的不匹配而使由太陽(yáng)能電池向負(fù)載的功率傳輸?shù)男式档偷膯?wèn)題。為此，以進(jìn)行最大的功率傳輸獲得最大的太陽(yáng)能利用效率為目的研究正在進(jìn)行之中。
圖9是表示現(xiàn)有的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備的電路圖。圖9所示的是美國(guó)專(zhuān)利4,873,480號(hào)公開(kāi)的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，在其太陽(yáng)能電池板(PV SOURCE)上設(shè)有電池陣列和一個(gè)單獨(dú)的電池1。所述單獨(dú)的電池1產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電壓，將該標(biāo)準(zhǔn)電壓和通過(guò)可變電阻器VR的電池陣列的輸出電壓在比較器2中進(jìn)行比較。
在脈寬調(diào)制調(diào)整器3中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)其比較差的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)。通過(guò)所述脈寬調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)整流晶體管Q1的基極，響應(yīng)該驅(qū)動(dòng)將向負(fù)載4供給的功率穩(wěn)定化。由此，太陽(yáng)能電池板的輸出電壓可以不受太陽(yáng)光的強(qiáng)度或周?chē)鷾囟鹊挠绊?，而?jīng)常保持穩(wěn)定地供給負(fù)載。
但是，所述美國(guó)專(zhuān)利4,873,480號(hào)的技術(shù)內(nèi)容如圖7所示，由太陽(yáng)光產(chǎn)生的最大輸出功率點(diǎn)的電壓是一點(diǎn)點(diǎn)變化的，因此，雖然通過(guò)使用固定的標(biāo)準(zhǔn)電壓可以獲得高效率，但是，不可能在任何時(shí)候、任何條件下都獲得最大輸出功率。另外，還要設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的電池，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。


圖10是表示另一例現(xiàn)有技術(shù)的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備的電路圖，是美國(guó)專(zhuān)利4,580,090號(hào)的實(shí)施例。為了補(bǔ)償圖8所示的因周?chē)鷾囟鹊淖兓鸬奶?yáng)能電池5的電壓變動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)電路6來(lái)檢測(cè)太陽(yáng)能電池5的輸出電壓。另外，還設(shè)有對(duì)該檢測(cè)出的電壓進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)臒崦綦娮鑄H。根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利的這項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)電路6可以采用電阻器R1、R2的電壓分配方式分壓太陽(yáng)能電池5的輸出電壓，而獲得所分壓的檢測(cè)電壓，同時(shí)，利用串聯(lián)連接在電阻器R2上的熱敏電阻，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
進(jìn)而，根據(jù)電流檢測(cè)器8和檢測(cè)電路6檢測(cè)出的檢測(cè)值，驅(qū)動(dòng)晶體管Q2驅(qū)動(dòng)整流晶體管Q3，通過(guò)濾波器7將該驅(qū)動(dòng)電壓供給馬達(dá)負(fù)載RL。此時(shí)，如果太陽(yáng)光太弱，則存在不能進(jìn)行控制，全部效率低下的問(wèn)題。
圖11是表示使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備的又一現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例的電路圖，是美國(guó)專(zhuān)利4,916,382號(hào)的實(shí)施例。通過(guò)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(輸入測(cè)定器)10將太陽(yáng)能電池(太陽(yáng)能電池陣列)9的輸出電壓和電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)微處理器(控制器)11的程序，將轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，控制交流變換電路12，將由此產(chǎn)生的電壓供給直流馬達(dá)13。這時(shí)，微處理器(控制器)11記憶、存儲(chǔ)由于太陽(yáng)光的強(qiáng)度或周?chē)鷾囟鹊淖兓儎?dòng)的最大輸出功率點(diǎn)。所述實(shí)施例由于使用了微處理器，所以，需要與之相應(yīng)的接口電路，這樣，就產(chǎn)生了電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且成本增加的問(wèn)題。
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的課題而提出的，其目的在于提供一種和太陽(yáng)光的強(qiáng)度和周?chē)臏囟葻o(wú)關(guān)，總是跟蹤最大輸出功率點(diǎn)，將其得到的固定的輸出電壓供給蓄電池，從而獲得高效率的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)上述課題，本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備包括將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能并輸出直流電壓的太陽(yáng)能電池；將太陽(yáng)能電池的直流電壓轉(zhuǎn)換成規(guī)定的直流電壓而輸出的交流變換電路；將所述交流變換電路輸出的直流電壓充電的蓄電池，另外，還有根據(jù)太陽(yáng)能電池的輸出電壓和輸出電流檢測(cè)太陽(yáng)能電池的最大輸出功率點(diǎn)，并根據(jù)其功率檢測(cè)信號(hào)跟蹤太陽(yáng)能電池的輸出電流，使交流變換電路工作在最大輸出功率狀態(tài)下的可進(jìn)行脈寬調(diào)制控制的脈寬調(diào)制控制器。
本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其中所述交流變換電路包括由在太陽(yáng)能電池的輸出端和接地之間串聯(lián)連接的電感器、開(kāi)關(guān)器件和電流感知電阻器構(gòu)成的升壓型變換器、以及由串聯(lián)連接在升壓型變換器的開(kāi)關(guān)器件的兩端的二極管和電容器構(gòu)成的整流電路。
本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其中所述脈寬調(diào)制控制器包括根據(jù)太陽(yáng)能電池的輸出電壓和電流感知電阻器檢測(cè)出的電流檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)最大輸出功率點(diǎn)的最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)裝置；將最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)積分的信號(hào)作為電流命令信號(hào)而輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生裝置；將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)出的電流命令信號(hào)和經(jīng)電流感知電阻器檢測(cè)的電流檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，發(fā)出斷開(kāi)控制信號(hào)的比較器裝置；按照規(guī)定頻率的時(shí)鐘信號(hào)接通開(kāi)關(guān)器件，或者對(duì)應(yīng)于比較器裝置的斷開(kāi)控制信號(hào)將其斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置。
本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其中所述脈寬調(diào)制控制器還包括對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)能電池的輸出電壓和輸出電流，發(fā)出功率檢測(cè)信號(hào)的功率檢測(cè)單元；發(fā)出采樣信號(hào)的信號(hào)發(fā)生單元；對(duì)應(yīng)于信號(hào)發(fā)生單元發(fā)出的采樣信號(hào)，將在先前一定時(shí)間內(nèi)根據(jù)功率檢測(cè)單元檢測(cè)的功率檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行充電的第一電荷量和在同先前的一定時(shí)間相同的當(dāng)前一定時(shí)間內(nèi)根據(jù)功率檢測(cè)單元檢測(cè)的功率檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行充電的第二電荷量進(jìn)行比較，當(dāng)先前的電荷量比當(dāng)前的電荷量大時(shí)，發(fā)出太陽(yáng)能電池的輸出功率減少的判斷信號(hào)的最大輸出功率點(diǎn)判斷單元。
本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其中所述功率檢測(cè)單元包括檢測(cè)太陽(yáng)能電池的輸出電壓，發(fā)出電壓檢測(cè)信號(hào)的電壓檢測(cè)部分；檢測(cè)太陽(yáng)能電池的輸出電流，發(fā)出電流檢測(cè)信號(hào)的電流檢測(cè)部分；將電壓檢測(cè)信號(hào)和電流檢測(cè)信號(hào)相乘，發(fā)出功率檢測(cè)信號(hào)的乘法器。
本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其中所述信號(hào)發(fā)生單元的采樣信號(hào)包括在一個(gè)周期里，高電平區(qū)間比低電平區(qū)間更長(zhǎng)的第一開(kāi)關(guān)信號(hào)；在第一開(kāi)關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間里被移位的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)；和第一、第二開(kāi)關(guān)信號(hào)周期相同，在第一和第二開(kāi)關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間重疊的區(qū)間里，有一個(gè)周期的高電平區(qū)間的時(shí)鐘信號(hào)；和第一、第二開(kāi)關(guān)信號(hào)周期相同，具有從時(shí)鐘信號(hào)的下降沿上升的邊沿的設(shè)置信號(hào)。
本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其中所述最大輸出功率點(diǎn)判斷單元包括比較器；連接在比較器的反向輸入端和接地之間，根據(jù)功率檢測(cè)信號(hào)變化的第一電流源；連接在比較器的非反向輸入端和接地之間，根據(jù)功率檢測(cè)信號(hào)而變化的、和第一電流源有同一電流值的第二電流源，連接于比較器的反向輸入端和非反向輸入端之間的電容器；連接于比較器的反向輸入端和標(biāo)準(zhǔn)電壓端之間，在第一開(kāi)關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間接通，且在低電平區(qū)間斷開(kāi)的第一開(kāi)關(guān)；連接于比較器的非反向輸入端和標(biāo)準(zhǔn)電壓端之間，在第二開(kāi)關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間接通，且在低電平區(qū)間斷開(kāi)的第二開(kāi)關(guān)；按照時(shí)鐘信號(hào)，鎖住比較器的輸出，對(duì)應(yīng)于設(shè)置信號(hào)設(shè)定輸出的觸發(fā)電路。
本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其中所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生裝置包括將來(lái)自最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)裝置的最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)分頻的分頻單元；將所述分頻單元的輸出積分而發(fā)出電流命令信號(hào)的積分單元。
如此構(gòu)成的本發(fā)明，將一定時(shí)間的先前的功率平均值和當(dāng)前的功率平均值進(jìn)行比較，檢測(cè)在平常的一定周期里的輸出功率最大點(diǎn)。其結(jié)果，與太陽(yáng)光的強(qiáng)度和周?chē)鷾囟葻o(wú)關(guān)，總是跟蹤太陽(yáng)能電池的最大輸出功率點(diǎn)而得到固定的電壓，并將該固定電壓供給蓄電池。
另外，本發(fā)明對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的噪音和瞬間的功率變化不反應(yīng)，可防止其誤動(dòng)作。
再則，本發(fā)明由電容器、比較器、開(kāi)關(guān)、電流源等比較簡(jiǎn)單的模擬電路構(gòu)成，即可檢測(cè)最大輸出功率點(diǎn)，電路構(gòu)成比較簡(jiǎn)單。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明如下圖1是表示本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是表示圖1所示脈寬調(diào)制控制器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖3是表示圖2所示最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖4是表示實(shí)施例中功率檢測(cè)信號(hào)的特性曲線的圖。
圖5是表示實(shí)施例中在最大輸出功率點(diǎn)判斷單元中進(jìn)行處理的時(shí)序圖。
圖6是表示實(shí)施例中太陽(yáng)能電池的輸出電壓、輸出電流及輸出功率的關(guān)系的特性圖。
圖7是表示實(shí)施例中入射到太陽(yáng)能電池上的不同的太陽(yáng)光強(qiáng)度所產(chǎn)生的輸出電壓和電流特性曲線的特性圖。
圖8是表示實(shí)施例中不同的太陽(yáng)能電池周?chē)鷾囟认碌妮敵鲭妷汉碗娏魈匦郧€的特性圖。
圖9是表示第一例現(xiàn)有的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖10是表示第二例現(xiàn)有的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖11是表示第三例現(xiàn)有的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備結(jié)構(gòu)的電路圖。
下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備的實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備的實(shí)施例結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖1中，所述電路包括太陽(yáng)能電池(太陽(yáng)能電池陣列)15、將來(lái)自所述太陽(yáng)能電池15的輸出電壓Vin轉(zhuǎn)換成升壓為規(guī)定電壓的輸出直流電壓Vout，然后進(jìn)行輸出的交流變換電路100；將所述交流變換電路100的輸出直流電壓Vout充電的蓄電池200，此外，所述電路還包括根據(jù)太陽(yáng)能電池15的輸出電壓Vin(V)和檢測(cè)出的輸出電流值I檢測(cè)太陽(yáng)能電池15的最大輸出功率點(diǎn)，根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)跟蹤太陽(yáng)能電池15的輸出電流，為使交流變換電路100的輸出功率總是處于最大狀態(tài)而進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)控制的脈寬調(diào)制控制器300。
交流變換電路100由串聯(lián)連接在太陽(yáng)能電池15的輸出端和接地之間的電感器L1、由開(kāi)關(guān)器件(FET)T1和電流感知電阻器Rs構(gòu)成的升壓型變換器、由串聯(lián)連接在所述升壓型變換器的開(kāi)關(guān)器件T1的兩端的二極管D1和電容器C4構(gòu)成的整流電路所構(gòu)成。在這里，電容器C2、C3用于排除噪音，電流感知電阻器Rs用于感知太陽(yáng)能電池15的輸出電流。
圖2是表示脈寬調(diào)制控制器300的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的方框圖。在圖2中，所述脈寬調(diào)制器300包括輸入太陽(yáng)能電池15的輸出電壓Vin(V)和由電流感知電阻器Rs檢測(cè)出的輸出電流值I，從而檢測(cè)出最大輸出功率點(diǎn)的最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)裝置310；將最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)輸入、積分，并將該積分值的信號(hào)作為電流命令信號(hào)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生裝置320。
所述脈寬調(diào)制控制器300還包括將電流命令信號(hào)和電流檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，發(fā)出斷開(kāi)控制信號(hào)的比較裝置330；對(duì)應(yīng)于規(guī)定的頻率，例如對(duì)應(yīng)于45kHz的時(shí)鐘信號(hào)CLK，接通開(kāi)關(guān)器件T1，且對(duì)應(yīng)于斷開(kāi)控制信號(hào)而斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置340。所述脈寬調(diào)制控制器300還包括有構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生裝置320的T型觸發(fā)(F/F)電路322以及積分單元324。
在圖2的脈寬調(diào)制控制器300中，最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)裝置310包括對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)能電池15的輸出電壓V和輸出電流值I，發(fā)出功率檢測(cè)信號(hào)的功率檢測(cè)單元20；發(fā)出采樣信號(hào)的信號(hào)發(fā)生單元30；對(duì)應(yīng)于所產(chǎn)生的采樣信號(hào)，將在先前的一定時(shí)間里根據(jù)功率檢測(cè)信號(hào)充電的第一電荷量和在相同一定時(shí)間的當(dāng)前一定時(shí)間里根據(jù)功率檢測(cè)信號(hào)充電的第二電荷量進(jìn)行比較，與當(dāng)前的電荷量相比，先前的電荷量大時(shí)，發(fā)出太陽(yáng)能電池15的輸出功率減少的判斷信號(hào)的最大輸出功率點(diǎn)判斷單元(PPT)40。
功率檢測(cè)單元20包括檢測(cè)太陽(yáng)能電池15的輸出電壓，從而發(fā)出電壓檢測(cè)信號(hào)的電壓檢測(cè)部分22；檢測(cè)太陽(yáng)能電池15的輸出電流，亦即電流感知電阻器Rs上的電壓降，發(fā)出電流檢測(cè)信號(hào)I的電流檢測(cè)部分24；將電壓檢測(cè)信號(hào)和電流檢測(cè)信號(hào)相乘，發(fā)出功率檢測(cè)信號(hào)的乘法器26。
圖3是表示最大輸出功率點(diǎn)判斷單元40的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖3中，最大輸出功率點(diǎn)判斷單元40包括比較器U1；連接在該比較器U1的反向輸入端(-)和接地之間，對(duì)應(yīng)于功率檢測(cè)信號(hào)可變的第一電流源CS1；連接在該比較器U1的非反向輸入端(+)和接地之間，對(duì)應(yīng)于功率檢測(cè)信號(hào)可變、和第一電流源CS1電流值相同的第二電流源CS2；連接在該比較器U1的反向輸入端(-)和非反向輸入端(+)之間的電容器C1。
最大輸出功率點(diǎn)判斷單元40還包括連接在該比較器U1的反向輸入端(-)和標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref之間，在第一開(kāi)關(guān)信號(hào)S1的高電平區(qū)間接通，在低電平區(qū)間斷開(kāi)的第一開(kāi)關(guān)SW1；連接在該比較器U1的非反向輸入端(+)和標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref之間，在第二開(kāi)關(guān)信號(hào)S2的高電平區(qū)間接通，在低電平區(qū)間斷開(kāi)的第二開(kāi)關(guān)SW2；按照時(shí)鐘信號(hào)S3鎖住比較器U1的輸出，對(duì)應(yīng)于設(shè)置信號(hào)S4設(shè)定輸出的觸發(fā)電路F/F1。
在圖3里，信號(hào)發(fā)生單元30的采樣信號(hào)包括在一周期間(T1、T2、T3)里，高電平區(qū)間比低電平區(qū)間長(zhǎng)的第一開(kāi)關(guān)信號(hào)S1；自第一開(kāi)關(guān)信號(hào)S1移位了一個(gè)高電平區(qū)間的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)S2；與第一以及第二開(kāi)關(guān)信號(hào)S1、S2的周期相同，在第一和第二開(kāi)關(guān)信號(hào)S1、S2的高電平區(qū)間重疊的區(qū)間里，有一個(gè)周期的高電平區(qū)間的時(shí)鐘信號(hào)S3；與第一和第二開(kāi)關(guān)信號(hào)S1、S2的周期相同，具有與時(shí)鐘信號(hào)S3的下降沿對(duì)應(yīng)的上升沿的設(shè)置信號(hào)S4。
下面就如此構(gòu)成的實(shí)施例的工作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。
在圖1中，將太陽(yáng)能電池15的輸出電壓Vin向交流變換電路100輸入，在開(kāi)關(guān)器件T1導(dǎo)通時(shí)，能量被儲(chǔ)存在電感器L1中，在開(kāi)關(guān)器件T1截止時(shí)，儲(chǔ)存于電感器L1中的能量被放出，將通過(guò)由二極管D1和電容器C4構(gòu)成的整流電路得到的直流在蓄電池200中充電。
因此，在太陽(yáng)能電池15的輸出電壓Vin和蓄電池200的輸出直流電壓Vout之間，下列式子(1)的關(guān)系成立。
Vout＝Vin(1-D)…(1)在這里，D表示交流變換電路100的占空比。
其結(jié)果，如果蓄電池200的輸出直流電壓Vout的值固定的話，則太陽(yáng)能電池15的輸出電壓Vin將因占空比D的不同而不同。因此，可調(diào)整占空比，使工作電壓與作為太陽(yáng)能電池15最大輸出功率點(diǎn)的電壓Vm相一致。即，如果能夠控制太陽(yáng)能電池15的輸出電流(輸出電流值I)成為作為最大輸出功率點(diǎn)的電流Im的話，即可與太陽(yáng)能電池15的最大輸出功率點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，使交流變換電路100進(jìn)行工作。
由于太陽(yáng)能電池15的輸出電壓Vin隨太陽(yáng)光的強(qiáng)度和周?chē)鷾囟茸兓?，故作為最大輸出功率點(diǎn)的輸出電壓Vm也變化。蓄電池200如果長(zhǎng)時(shí)間充電的話，蓄電池200的輸出直流電壓Vout也變化。因此，即使交流變換電路100的輸入電壓(太陽(yáng)能電池15的輸出電壓Vin)和輸出電壓(輸出直流電壓Vout)變化了，也要進(jìn)行占空比的控制，使輸入電壓能夠保持與太陽(yáng)能電池15的最大輸出功率點(diǎn)的電壓相一致。
下面就該占空比的控制進(jìn)行說(shuō)明。首先，像下面這樣檢測(cè)最大輸出功率點(diǎn)。即，跟蹤最大輸出功率點(diǎn)，使交流變換電路100工作，以最大效率向蓄電池200充電，在這樣的脈寬調(diào)制控制下進(jìn)行檢測(cè)。
圖4是表示功率檢測(cè)信號(hào)的特性曲線的圖。在圖1至圖4中，脈寬調(diào)制控制器300的最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)裝置310中的功率檢測(cè)單元20，根據(jù)太陽(yáng)能電池15的輸出電壓Vin和輸出電流值I發(fā)出具有圖4所示的特性曲線的功率檢測(cè)信號(hào)，太陽(yáng)能電池15的輸出端短路時(shí)，是電流Isc，太陽(yáng)能電池15的輸出端開(kāi)通時(shí)，是輸出電壓Vc。也就是說(shuō)，在圖4的A范圍內(nèi)輸出功率增加，在B范圍內(nèi)輸出功率降低。因此，最大輸出功率點(diǎn)Pmax可以通過(guò)電壓Vm和電流Im的積獲得。將這樣的功率檢測(cè)信號(hào)輸入到最大輸出功率點(diǎn)判斷單元40中。
圖5是表示在最大輸出功率點(diǎn)判斷單元40中進(jìn)行處理的時(shí)序圖。在圖1至圖5中，最大輸出功率點(diǎn)判斷單元40，如圖5所示，在其初期，第一、第二開(kāi)關(guān)信號(hào)S1、S2保持高電平狀態(tài)，向比較器U1的反向輸入端(-)和非反向輸入端(+)施加標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref，使之保持同一電位。在相同電位的情況下，比較器U1的輸出保持低電平狀態(tài)。這時(shí)，電容器C1的兩端電壓保持在零。
此后，第二開(kāi)關(guān)信號(hào)S2成為低電平狀態(tài)，在第一開(kāi)關(guān)信號(hào)S1的高電平區(qū)間，即Td1區(qū)間里，開(kāi)關(guān)SW1為接通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)SW2為斷開(kāi)狀態(tài)。因此，在其初期，從標(biāo)準(zhǔn)電壓端(Vref)供給電流I，『I/2 』電流流過(guò)第一電流源CS1，另『I/2』電流流過(guò)電容器C1和第二電流源CS2。電容器C1不斷被充電，當(dāng)充電到第一電荷量時(shí)，反向輸入端(-)的電位保持標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref，而非反向輸入端(+)的電位則與電容器C1的容量成比例地逐漸下降直至-Vc。
第一開(kāi)關(guān)信號(hào)S1成為低電平狀態(tài)時(shí)，第二開(kāi)關(guān)信號(hào)S2在高電平狀態(tài)的區(qū)間Td2，開(kāi)關(guān)SW1斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)SW2接通。從而，此時(shí)相反，非反向輸入端(+)的電位上升為標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref，且反向輸入端(-)上升為『Vref+Vc』，被電容器C1充電的電荷量通過(guò)第一電流源CS1放電。由于區(qū)間Td1和區(qū)間Td2相同，所以，功率檢測(cè)信號(hào)保持相同值，此時(shí)，對(duì)應(yīng)于區(qū)間Td1的功率檢測(cè)信號(hào)的電流值和對(duì)應(yīng)于區(qū)間Td2的功率檢測(cè)信號(hào)的電流值相等，且充電于電容器C1的電流量和放電的電荷量相同。
其結(jié)果，區(qū)間Td2結(jié)束時(shí)，反向輸入端(-)的電位立即和標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref相同。因而，比較器U1的輸出保持低電平狀態(tài)。即，在區(qū)間Td1和區(qū)間Td2兩個(gè)期間里，功率檢測(cè)信號(hào)的值不變，保持原樣。
如圖5所示，如果區(qū)間Td2中區(qū)間Td2的功率檢測(cè)信號(hào)的值比區(qū)間Td1的功率檢測(cè)信號(hào)的值大的時(shí)候，電容器C1的兩端電壓為負(fù)(-)。即，反向輸入端(-)的電位比標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref低。由此，由于非反向輸入端(+)的電位保持在標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref水平，同時(shí)，反向輸入端(-)的電位降至標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref以下，因此，比較器U1的輸出呈高電平狀態(tài)。亦即，太陽(yáng)能電池15的輸出功率比起先前的期間來(lái)，在當(dāng)前的期間里增加了。
與之相反，區(qū)間Td2的功率檢測(cè)信號(hào)的值比時(shí)間T3內(nèi)的區(qū)間Td1的功率檢測(cè)信號(hào)的值低時(shí)，電容器C1的兩端電壓將保持比標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref高的電位狀態(tài)。因此，由于非反向輸入端(+)的電位保持標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref，反向輸入端(-)的電位保持比標(biāo)準(zhǔn)電壓Vref高的電位，故比較器U1的輸出呈低電平狀態(tài)。亦即，可以檢測(cè)出太陽(yáng)能電池15的輸出功率比起先前的期間來(lái)，在當(dāng)前的期間里減少了。
觸發(fā)電路F/F1鎖住比較器U1的輸出。這是為了在圖5中區(qū)間Td2結(jié)束后，馬上從時(shí)鐘信號(hào)S3的上升沿將比較器U1的輸出鎖住而將其輸出，再通過(guò)在時(shí)鐘信號(hào)S3的下降沿上升的設(shè)置信號(hào)S4，使總是從輸出功率增加的方向開(kāi)始工作，由此，可以防止在一個(gè)周期內(nèi)無(wú)論什么原因引起的系統(tǒng)的誤操作。
圖6是表示太陽(yáng)能電池15的輸出電壓，輸出電流以及輸出功率的關(guān)系的特性圖。在圖1至圖6中，最大輸出功率點(diǎn)判斷單元(PPT)40中的最大點(diǎn)功率檢測(cè)信號(hào)如圖6所示的那樣，被輸入到T型F/F電路322中進(jìn)行二分頻。該分頻信號(hào)由積分單元324積分，作為電流命令信號(hào)輸入到比較器裝置330中。在該比較器裝置330中，將該電流命令信號(hào)做為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)Vref和太陽(yáng)能電池15的輸出電流值I(電流檢測(cè)信號(hào))進(jìn)行比較。經(jīng)比較，如果兩個(gè)信號(hào)相同，則發(fā)出斷開(kāi)控制信號(hào)。
開(kāi)關(guān)器件T1輸入來(lái)自開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置340的時(shí)鐘信號(hào)S3，從而呈導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)，太陽(yáng)能電池15的輸出電流通過(guò)開(kāi)關(guān)器件T1流向電流感知電阻器Rs。根據(jù)所述電流感知電阻器Rs上的電壓降檢測(cè)出的輸出電流值I(電流檢測(cè)信號(hào))在比較器裝置330中進(jìn)行比較，太陽(yáng)能電池15的輸出電流值I跟蹤具有時(shí)鐘信號(hào)S3的脈動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)Vref而增加。反復(fù)進(jìn)行這種操作，電流命令信號(hào)增加，直至達(dá)到最大輸出功率點(diǎn)為止，太陽(yáng)能電池15的輸出電流也同時(shí)增加。
如圖6所示，當(dāng)通過(guò)最大輸出功率點(diǎn)，功率檢測(cè)單元20的檢測(cè)信號(hào)在時(shí)間t1為低電平時(shí)，T型F/F電路322的輸出為高電平，由此，積分單元324的輸出值下降。因此，跟蹤積分單元324的輸出值的太陽(yáng)能電池15的輸出電流也減少。亦即，由于脈寬調(diào)制控制器300的脈沖寬度再次減少，交流變換電路100的輸入電壓增加。
在此基礎(chǔ)上，輸出功率(pout)再次增加，當(dāng)通過(guò)最大輸出功率點(diǎn)的時(shí)間t2，最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)再次成為低電平狀態(tài)時(shí)，T型F/F電路322的輸出成為高電平，由此，積分單元324的輸出值下降。為此，跟蹤積分單元324的輸出值，太陽(yáng)能電池15的輸出電流也再度減少。
反復(fù)進(jìn)行這樣的操作，跟蹤太陽(yáng)能電池15的最大輸出功率點(diǎn)而工作的交流變換電路100產(chǎn)生固定的輸出直流電壓Vout，并以其向蓄電池200充電。
綜上所述，可以明了根據(jù)本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，由于將一定期間的先前功率平均值和當(dāng)前功率平均值進(jìn)行比較，即可檢測(cè)出在經(jīng)常的一定周期內(nèi)功率的最大點(diǎn)，故和太陽(yáng)光的強(qiáng)度和周?chē)臏囟葻o(wú)關(guān)，可以將總是跟蹤太陽(yáng)能電池的最大輸出功率點(diǎn)而得到的固定輸出電壓供給蓄電池。
根據(jù)本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，對(duì)一定時(shí)間內(nèi)的噪音和瞬間的功率變化反應(yīng)很小，能夠防止其誤動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明涉及的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，由于由電容器、比較器、開(kāi)關(guān)、電流源等比較簡(jiǎn)單的模擬電路構(gòu)成，就可檢測(cè)出最大輸出功率點(diǎn)，故電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，且可降低成本。
權(quán)利要求
1.一種使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其特征在于包括將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，輸出直流電壓的太陽(yáng)能電池；將所述太陽(yáng)能電池的直流電壓轉(zhuǎn)換成所規(guī)定的直流電壓輸出的交流變換電路；將所述交流變換電路輸出的直流電壓充電的蓄電池；根據(jù)所述太陽(yáng)能電池的輸出電壓和輸出電流檢測(cè)所述太陽(yáng)能電池的最大輸出功率點(diǎn)，基于所述功率檢測(cè)信號(hào)跟蹤所述太陽(yáng)能電池的輸出電流，為使所述交流變換電路工作于最大輸出功率狀態(tài)而進(jìn)行脈寬調(diào)制控制的脈寬調(diào)制控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其特征在于，所述交流變換電路包括由在所述太陽(yáng)能電池的輸出端和接地之間串聯(lián)連接的電感器、開(kāi)關(guān)器件以及電流感知電阻器構(gòu)成的升壓型變換器；由在所述升壓型變換器的開(kāi)關(guān)器件的兩端串聯(lián)連接的二極管和電容器構(gòu)成的整流電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其特征在于，所述脈寬調(diào)制控制器包括根據(jù)所述太陽(yáng)能電池的輸出電壓和所述電流感知電阻器檢測(cè)的電流檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)最大輸出功率點(diǎn)的最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)裝置；將所述最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)的積分信號(hào)作為電流命令信號(hào)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生裝置；將來(lái)自所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生裝置的電流命令信號(hào)和以所述電流感知電阻器檢測(cè)的電流檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，發(fā)出斷開(kāi)控制信號(hào)的比較器裝置；按照所規(guī)定頻率的時(shí)鐘信號(hào)將所述開(kāi)關(guān)器件接通，或根據(jù)所述比較器裝置的斷開(kāi)控制信號(hào)將其斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其特征在于，所述脈寬調(diào)制控制器包括對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)能電池的輸出電壓和輸出電流，發(fā)出功率檢測(cè)信號(hào)的功率檢測(cè)單元；發(fā)出采樣信號(hào)的信號(hào)發(fā)生單元；對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)發(fā)生單元發(fā)出的采樣信號(hào)，將根據(jù)在先前一定時(shí)間里來(lái)自所述功率檢測(cè)單元的功率檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行充電的第一電荷量和根據(jù)在與所述先前一定時(shí)間相同的當(dāng)前一定時(shí)間里來(lái)自所述功率檢測(cè)單元的功率檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行充電的第二電荷量進(jìn)行比較，先前的電荷量比當(dāng)前的電荷量大時(shí)，判斷為所述太陽(yáng)能電池的輸出功率減少而發(fā)出該判斷信號(hào)的最大輸出功率點(diǎn)判斷單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其特征在于，所述功率檢測(cè)單元包括檢測(cè)所述太陽(yáng)能電池的輸出電壓，發(fā)出電壓檢測(cè)信號(hào)的電壓檢測(cè)部分；檢測(cè)所述太陽(yáng)能電池的輸出電流，發(fā)出電流檢測(cè)信號(hào)的電流檢測(cè)部分；將所述電壓檢測(cè)信號(hào)和電流檢測(cè)信號(hào)相乘，發(fā)出所述功率檢測(cè)信號(hào)的乘法器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生單元的采樣信號(hào)包括在一個(gè)周期里，高電平區(qū)間比低電平區(qū)間長(zhǎng)的第一開(kāi)關(guān)信號(hào)；在所述第一開(kāi)關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間移相的第二開(kāi)關(guān)信號(hào)；和所述第一、第二開(kāi)關(guān)信號(hào)周期相同，在所述第一、第二開(kāi)關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間重疊的區(qū)間里，有一個(gè)周期的高電平區(qū)間的時(shí)鐘信號(hào)；和所述第一、第二開(kāi)關(guān)信號(hào)周期相同，具有從所述時(shí)鐘信號(hào)的下降沿上升的邊沿的設(shè)置信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其特征在于，所述最大輸出功率點(diǎn)判斷單元包括比較器；連接在所述比較器的反向輸入端和接地之間，相應(yīng)于所述功率檢測(cè)信號(hào)而變化的第一電流源；連接在所述比較器的非反向輸入端和接地之間，相應(yīng)于所述功率檢測(cè)信號(hào)而變化且和所述第一電流源同一電流值的第二電流源；連接在所述比較器的反向輸入端和非反向輸入端之間的電容器；連接在所述比較器的反向輸入端和標(biāo)準(zhǔn)電壓端之間，在所述第一開(kāi)關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間接通，且在低電平區(qū)間斷開(kāi)的第一開(kāi)關(guān)；連接在所述比較器的非反向輸入端和標(biāo)準(zhǔn)電壓端之間，在所述第二開(kāi)關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間接通，且在低電平區(qū)間斷開(kāi)的第二開(kāi)關(guān)；按照所述時(shí)鐘信號(hào)，鎖住所述比較器的輸出，對(duì)應(yīng)于所述設(shè)置信號(hào)設(shè)定輸出的觸發(fā)電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生裝置包括分頻所述最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)裝置的最大輸出功率點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)的分頻單元，積分所述分頻單元的輸出，發(fā)出電流命令信號(hào)的積分單元。
全文摘要
一種使用太陽(yáng)能電池的電源設(shè)備,太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能而輸出直流電壓;交流變換電路輸入所述直流電壓并轉(zhuǎn)換成規(guī)定的直流電壓后輸出,然后向蓄電池充電;通過(guò)脈寬調(diào)制控制器根據(jù)太陽(yáng)能電池的輸出電壓和輸出電流檢測(cè)太陽(yáng)能電池的最大輸出功率點(diǎn),基于所述功率檢測(cè)信號(hào)跟蹤太陽(yáng)能電池的輸出電流,進(jìn)行脈寬調(diào)制控制,以使交流變換電路工作于最大的輸出功率,不受陽(yáng)光強(qiáng)度和溫度的影響,構(gòu)成電路簡(jiǎn)單且能保持固定的輸出電壓。
文檔編號(hào)H02M3/155GK1171650SQ9711096
公開(kāi)日1998年1月28日 申請(qǐng)日期1997年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月15日
發(fā)明者趙顯敏, 金容虎 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社