專利名稱：使用太陽能電池的電源設(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能電池的電源設(shè)備，特別涉及一種跟蹤隨入射到太陽能電池上的太陽光的強(qiáng)度及周圍溫度而變化的最大輸出功率點(diǎn)，將其得到的固定的輸出電壓供給蓄電池的使用太陽能電池的電源設(shè)備。
最近，以更加有效地利用太陽能為目的的設(shè)備的研究非常盛行。使用需將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池時(shí)，太陽能電池的輸出功率隨入射到該太陽能電池上的太陽光的強(qiáng)度和周圍溫度而變化。
圖7是用以說明太陽能電池的輸出功率隨入射的太陽光的強(qiáng)度而變化的狀態(tài)的特性圖。圖8是用以說明太陽能電池的輸出功率隨周圍溫度變化的狀態(tài)的特性圖。如圖7和圖8所示，隨太陽光的強(qiáng)度和周圍溫度的變化，太陽能電池的輸出電阻抗也發(fā)生變化。因此，太陽能電池驅(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能電池向負(fù)載的功率傳輸?shù)男式档偷膯栴}。為此，以進(jìn)行最大的功率傳輸獲得最大的太陽能利用效率為目的研究正在進(jìn)行之中。
圖9是表示現(xiàn)有的使用太陽能電池的電源設(shè)備的電路圖。圖9所示的是美國專利4,873,480號(hào)公開的使用太陽能電池的電源設(shè)備，在其太陽能電池板(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)生對應(yīng)其比較差的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)。通過所述脈寬調(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，太陽能電池板的輸出電壓可以不受太陽光的強(qiáng)度或周圍溫度的影響，而經(jīng)常保持穩(wěn)定地供給負(fù)載。
但是，所述美國專利4,873,480號(hào)的技術(shù)內(nèi)容如圖7所示，由太陽光產(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)的使用太陽能電池的電源設(shè)備的電路圖，是美國專利4,580,090號(hào)的實(shí)施例。為了補(bǔ)償圖8所示的因周圍溫度的變化所引起的太陽能電池5的電壓變動(dòng)，通過檢測電路6來檢測太陽能電池5的輸出電壓。另外，還設(shè)有對該檢測出的電壓進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)臒崦綦娮鑄H。根據(jù)美國專利的這項(xiàng)技術(shù)，通過檢測電路6可以采用電阻器R1、R2的電壓分配方式分壓太陽能電池5的輸出電壓，而獲得所分壓的檢測電壓，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)電流檢測器8和檢測電路6檢測出的檢測值，驅(qū)動(dòng)晶體管Q2驅(qū)動(dòng)整流晶體管Q3，通過濾波器7將該驅(qū)動(dòng)電壓供給馬達(dá)負(fù)載RL。此時(shí)，如果太陽光太弱，則存在不能進(jìn)行控制，全部效率低下的問題。
圖11是表示使用太陽能電池的電源設(shè)備的又一現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例的電路圖，是美國專利4,916,382號(hào)的實(shí)施例。通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(輸入測定器)10將太陽能電池(太陽能電池陣列)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)由于太陽光的強(qiáng)度或周圍溫度的變化而變動(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光的強(qiáng)度和周圍的溫度無關(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)簡單的太陽能電池的電源設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)上述課題，本發(fā)明涉及的使用太陽能電池的電源設(shè)備包括將太陽能轉(zhuǎn)換成電能并輸出直流電壓的太陽能電池；將太陽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)太陽能電池的輸出電壓和輸出電流檢測太陽能電池的最大輸出功率點(diǎn)，并根據(jù)其功率檢測信號(hào)跟蹤太陽能電池的輸出電流，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能電池的輸出端和接地之間串聯(lián)連接的電感器、開關(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)太陽能電池的輸出電壓和電流感知電阻器檢測出的電流檢測信號(hào)，檢測最大輸出功率點(diǎn)的最大輸出功率點(diǎn)檢測裝置；將最大輸出功率點(diǎn)檢測信號(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的電流檢測信號(hào)進(jìn)行比較，發(fā)出斷開控制信號(hào)的比較器裝置；按照規(guī)定頻率的時(shí)鐘信號(hào)接通開關(guān)器件，或者對應(yīng)于比較器裝置的斷開控制信號(hào)將其斷開的開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置。
本發(fā)明涉及的使用太陽能電池的電源設(shè)備，其中所述脈寬調(diào)制控制器還包括對應(yīng)于太陽能電池的輸出電壓和輸出電流，發(fā)出功率檢測信號(hào)的功率檢測單元；發(fā)出采樣信號(hào)的信號(hào)發(fā)生單元；對應(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)功率檢測單元檢測的功率檢測信號(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)功率檢測單元檢測的功率檢測信號(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)明涉及的使用太陽能電池的電源設(shè)備，其中所述功率檢測單元包括檢測太陽能電池的輸出電壓，發(fā)出電壓檢測信號(hào)的電壓檢測部分；檢測太陽能電池的輸出電流，發(fā)出電流檢測信號(hào)的電流檢測部分；將電壓檢測信號(hào)和電流檢測信號(hào)相乘，發(fā)出功率檢測信號(hào)的乘法器。
本發(fā)明涉及的使用太陽能電池的電源設(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)間更長的第一開關(guān)信號(hào)；在第一開關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間里被移位的第二開關(guān)信號(hào)；和第一、第二開關(guān)信號(hào)周期相同，在第一和第二開關(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，在第一開關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間接通，且在低電平區(qū)間斷開的第一開關(guān)；連接于比較器的非反向輸入端和標(biāo)準(zhǔn)電壓端之間，在第二開關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間接通，且在低電平區(qū)間斷開的第二開關(guān)；按照時(shí)鐘信號(hào)，鎖住比較器的輸出，對應(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)生裝置包括將來自最大輸出功率點(diǎn)檢測裝置的最大輸出功率點(diǎn)檢測信號(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，與太陽光的強(qiáng)度和周圍溫度無關(guān)，總是跟蹤太陽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、開關(guān)、電流源等比較簡單的模擬電路構(gòu)成，即可檢測最大輸出功率點(diǎn)，電路構(gòu)成比較簡單。
附圖的簡要說明如下圖1是表示本發(fā)明涉及的使用太陽能電池的電源設(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)施例中入射到太陽能電池上的不同的太陽光強(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)施例中不同的太陽能電池周圍溫度下的輸出電壓和電流特性曲線的特性圖。
圖9是表示第一例現(xiàn)有的使用太陽能電池的電源設(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)說明本發(fā)明涉及的使用太陽能電池的電源設(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，所述電路包括太陽能電池(太陽能電池陣列)15、將來自所述太陽能電池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)太陽能電池15的輸出電壓Vin(V)和檢測出的輸出電流值I檢測太陽能電池15的最大輸出功率點(diǎn)，根據(jù)該檢測信號(hào)跟蹤太陽能電池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)連接在太陽能電池15的輸出端和接地之間的電感器L1、由開關(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包括輸入太陽能電池15的輸出電壓Vin(V)和由電流感知電阻器Rs檢測出的輸出電流值I，從而檢測出最大輸出功率點(diǎn)的最大輸出功率點(diǎn)檢測裝置310；將最大輸出功率點(diǎn)檢測信號(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)和電流檢測信號(hào)進(jìn)行比較，發(fā)出斷開控制信號(hào)的比較裝置330；對應(yīng)于規(guī)定的頻率，例如對應(yīng)于45kHz的時(shí)鐘信號(hào)CLK，接通開關(guān)器件T1，且對應(yīng)于斷開控制信號(hào)而斷開的開關(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)檢測裝置310包括對應(yīng)于太陽能電池15的輸出電壓V和輸出電流值I，發(fā)出功率檢測信號(hào)的功率檢測單元20；發(fā)出采樣信號(hào)的信號(hào)發(fā)生單元30；對應(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。
功率檢測單元20包括檢測太陽能電池15的輸出電壓，從而發(fā)出電壓檢測信號(hào)的電壓檢測部分22；檢測太陽能電池15的輸出電流，亦即電流感知電阻器Rs上的電壓降，發(fā)出電流檢測信號(hào)I的電流檢測部分24；將電壓檢測信號(hào)和電流檢測信號(hào)相乘，發(fā)出功率檢測信號(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，對應(yīng)于功率檢測信號(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，對應(yīng)于功率檢測信號(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，在第一開關(guān)信號(hào)S1的高電平區(qū)間接通，在低電平區(qū)間斷開的第一開關(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，在第二開關(guān)信號(hào)S2的高電平區(qū)間接通，在低電平區(qū)間斷開的第二開關(guān)SW2；按照時(shí)鐘信號(hào)S3鎖住比較器U1的輸出，對應(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)間長的第一開關(guān)信號(hào)S1；自第一開關(guān)信號(hào)S1移位了一個(gè)高電平區(qū)間的第二開關(guān)信號(hào)S2；與第一以及第二開關(guān)信號(hào)S1、S2的周期相同，在第一和第二開關(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)施例的工作過程進(jìn)行說明。
在圖1中，將太陽能電池15的輸出電壓Vin向交流變換電路100輸入，在開關(guān)器件T1導(dǎo)通時(shí)，能量被儲(chǔ)存在電感器L1中，在開關(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，即可與太陽能電池15的最大輸出功率點(diǎn)相對應(yīng)，使交流變換電路100進(jìn)行工作。
由于太陽能電池15的輸出電壓Vin隨太陽光的強(qiáng)度和周圍溫度變化，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)行說明。首先，像下面這樣檢測最大輸出功率點(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。
圖4是表示功率檢測信號(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)檢測裝置310中的功率檢測單元20，根據(jù)太陽能電池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信號(hào)，太陽能電池15的輸出端短路時(shí)，是電流Isc，太陽能電池15的輸出端開通時(shí)，是輸出電壓Vc。也就是說，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可以通過電壓Vm和電流Im的積獲得。將這樣的功率檢測信號(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，第二開關(guān)信號(hào)S2成為低電平狀態(tài)，在第一開關(guān)信號(hào)S1的高電平區(qū)間，即Td1區(qū)間里，開關(guān)SW1為接通狀態(tài)，開關(guān)SW2為斷開狀態(tài)。因此，在其初期，從標(biāo)準(zhǔn)電壓端(Vref)供給電流I，『I/2 』電流流過第一電流源CS1，另『I/2』電流流過電容器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。
第一開關(guān)信號(hào)S1成為低電平狀態(tài)時(shí)，第二開關(guān)信號(hào)S2在高電平狀態(tài)的區(qū)間Td2，開關(guān)SW1斷開，開關(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，功率檢測信號(hào)保持相同值，此時(shí)，對應(yīng)于區(qū)間Td1的功率檢測信號(hào)的電流值和對應(yīng)于區(qū)間Td2的功率檢測信號(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的功率檢測信號(hào)的值比區(qū)間Td1的功率檢測信號(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，太陽能電池15的輸出功率比起先前的期間來，在當(dāng)前的期間里增加了。
與之相反，區(qū)間Td2的功率檢測信號(hào)的值比時(shí)間T3內(nèi)的區(qū)間Td1的功率檢測信號(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，可以檢測出太陽能電池15的輸出功率比起先前的期間來，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始工作，由此，可以防止在一個(gè)周期內(nèi)無論什么原因引起的系統(tǒng)的誤操作。
圖6是表示太陽能電池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和太陽能電池15的輸出電流值I(電流檢測信號(hào))進(jìn)行比較。經(jīng)比較，如果兩個(gè)信號(hào)相同，則發(fā)出斷開控制信號(hào)。
開關(guān)器件T1輸入來自開關(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)，太陽能電池15的輸出電流通過開關(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上的電壓降檢測出的輸出電流值I(電流檢測信號(hào))在比較器裝置330中進(jìn)行比較，太陽能電池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，太陽能電池15的輸出電流也同時(shí)增加。
如圖6所示，當(dāng)通過最大輸出功率點(diǎn)，功率檢測單元20的檢測信號(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)通過最大輸出功率點(diǎn)的時(shí)間t2，最大輸出功率點(diǎn)檢測信號(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，即可檢測出在經(jīng)常的一定周期內(nèi)功率的最大點(diǎn)，故和太陽光的強(qiáng)度和周圍的溫度無關(guān)，可以將總是跟蹤太陽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)明涉及的使用太陽能電池的電源設(shè)備，對一定時(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)明涉及的使用太陽能電池的電源設(shè)備，由于由電容器、比較器、開關(guān)、電流源等比較簡單的模擬電路構(gòu)成，就可檢測出最大輸出功率點(diǎn)，故電路構(gòu)成簡單，且可降低成本。
權(quán)利要求
1.一種使用太陽能電池的電源設(shè)備，其特征在于包括將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，輸出直流電壓的太陽能電池；將所述太陽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)所述太陽能電池的輸出電壓和輸出電流檢測所述太陽能電池的最大輸出功率點(diǎn)，基于所述功率檢測信號(hào)跟蹤所述太陽能電池的輸出電流，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能電池的輸出端和接地之間串聯(lián)連接的電感器、開關(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)所述太陽能電池的輸出電壓和所述電流感知電阻器檢測的電流檢測信號(hào)，檢測最大輸出功率點(diǎn)的最大輸出功率點(diǎn)檢測裝置；將所述最大輸出功率點(diǎn)檢測信號(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的電流檢測信號(hào)進(jìn)行比較，發(fā)出斷開控制信號(hào)的比較器裝置；按照所規(guī)定頻率的時(shí)鐘信號(hào)將所述開關(guān)器件接通，或根據(jù)所述比較器裝置的斷開控制信號(hào)將其斷開的開關(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)制控制器包括對應(yīng)于太陽能電池的輸出電壓和輸出電流，發(fā)出功率檢測信號(hào)的功率檢測單元；發(fā)出采樣信號(hào)的信號(hào)發(fā)生單元；對應(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)間里來自所述功率檢測單元的功率檢測信號(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)間里來自所述功率檢測單元的功率檢測信號(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所述的使用太陽能電池的電源設(shè)備，其特征在于，所述功率檢測單元包括檢測所述太陽能電池的輸出電壓，發(fā)出電壓檢測信號(hào)的電壓檢測部分；檢測所述太陽能電池的輸出電流，發(fā)出電流檢測信號(hào)的電流檢測部分；將所述電壓檢測信號(hào)和電流檢測信號(hào)相乘，發(fā)出所述功率檢測信號(hào)的乘法器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使用太陽能電池的電源設(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)間長的第一開關(guān)信號(hào)；在所述第一開關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間移相的第二開關(guān)信號(hào)；和所述第一、第二開關(guān)信號(hào)周期相同，在所述第一、第二開關(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，在所述第一開關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間接通，且在低電平區(qū)間斷開的第一開關(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，在所述第二開關(guān)信號(hào)的高電平區(qū)間接通，且在低電平區(qū)間斷開的第二開關(guān)；按照所述時(shí)鐘信號(hào)，鎖住所述比較器的輸出，對應(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)檢測裝置的最大輸出功率點(diǎn)檢測信號(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
一種使用太陽能電池的電源設(shè)備,太陽能電池將太陽能轉(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;通過脈寬調(diào)制控制器根據(jù)太陽能電池的輸出電壓和輸出電流檢測太陽能電池的最大輸出功率點(diǎn),基于所述功率檢測信號(hào)跟蹤太陽能電池的輸出電流,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,不受陽光強(qiáng)度和溫度的影響,構(gòu)成電路簡單且能保持固定的輸出電壓。
文檔編號(hào)H02M3/155GK1171650SQ9711096
公開日1998年1月28日 申請日期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 申請人:三星電子株式會(huì)社