專利名稱：太陽能板最大功率追蹤方法及電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能板(photo-voltaic array)的應用，且特別涉及一種太陽能 板最大功率追蹤方法及電路。
背景技術：
隨著石化能源的枯竭，如太陽能等再生能源的開發(fā)，已成為現(xiàn)今追求綠色能源 的大趨勢，因此，太陽能發(fā)電系統(tǒng)也已廣泛地應用在家庭電器設備、通訊系統(tǒng)、交通號 志與照明系統(tǒng)等的供電設備中。請參考圖1所示，在太陽能發(fā)電系統(tǒng)的應用中，通常以太陽能板11來將太陽能 轉換為電能，再經(jīng)轉換器(Converter) 12或換流器(Inverter)供電至負載13。其中，為了 能夠提高太陽能板11的使用效能，并使用圖中包括最大功率追蹤單元151、電流控制單 元152、脈波寬度調(diào)變單元153與柵極驅(qū)動單元154的最大功率追蹤電路15，來控制將太 陽能板11操作在最大功率點(Maximum Power Point，簡稱MPP)上。請參考圖2所示，其為公知的一種太陽能板的光電特性曲線。由圖中可知，在 不同太陽能照度的情況下，太陽能板的輸出功率Ppv，隨著太陽能輸出照度的增加而增 加，而在相同太陽能照度的情況下，則太陽能板的輸出功率Ppv，將依圖中的最大功率點 Pmax區(qū)分為A區(qū)與B區(qū)。當太陽能板操作在A區(qū)時，太陽能板的輸出功率Ppv會隨著太 陽能板的輸出電壓VpvW增加而增加，而當太陽能板操作在B區(qū)時，太陽能板的輸出功率 Ppv則隨著太陽能板的輸出電壓Vpv的增加而下降。因此，公知乃經(jīng)常使用一種擾動與觀察法，來追蹤太陽能最大功率，其追蹤的 操作示意圖如圖3所示。圖中，實線代表太陽能板在同一照度下的光電特性曲線；實線 上方的虛線代表增載時的功率操作曲線；實線下方的虛線代表降載時的功率操作曲線。如圖所示，當太陽能板操作在B區(qū)時，假設負載功率由Dl增載至C11，此時由 于負載功率應與太陽能板的輸出功率相等，故太陽能板的實際工作點將會往實線方向平 行移動而操作在D2點。同理，當負載功率繼續(xù)增載而由D2往C12移動時，太陽能板的 工作點也將由C12往D3點平行移動。依此類推，當負載功率持續(xù)增載至Cl (m-1)點時， 也將因為太陽能板的輸出功率等于負載功率，使得太陽能板操作在最大功率點Dm上。此時，如再次增載至Clm點，太陽能板的操作將進入A區(qū)，且因負載由太陽 能板所提供，故當負載增載至Clm點時，其實際的操作電壓應與太陽能板的輸出電壓相 同，或負載端電壓應與太陽能板輸出電壓Vpv有Kv值比例關系(Kv值為轉換器輸出對 輸入電壓的轉移函數(shù))，依照負載端電壓與太陽能板輸出電壓Vpv的轉換關系，亦可找到 Clm對應于太陽能板光電特性曲線上的點Dm+1。圖中，假設Kv值等于1，則負載端電 壓與太陽能板輸出電壓Vpv相等，因此太陽能板上的實際工作點將會往實線方向垂直移動 而操作在Dm+1點。同理，當負載繼續(xù)增加，太陽能板的實際工作點也將逐漸由Dm往 Dn移動，最后會移動到O點。反之，當負載功率由太陽能板光電特性曲線上的Dn點降低至C2(n_l)時，假設頁
Kv值等于1，貝IJ負載端電壓與太陽能板輸出電壓Vpv相等，因此太陽能板上的實際工作點 將會往實線方向垂直移動而操作在Dn-I上。依此類推，太陽能板的工作點將隨著負載功 率降低而往最大功率點Dm移動，且若繼續(xù)降低負載時，太陽能板的工作點將由Dm繼續(xù) 往Dl的方向移動。故知，圖1的最大功率追蹤單元151所應用的追蹤太陽能板最大功率的擾動與觀 察法，乃以檢測增降載操作前后的太陽能板的輸出功率Ppv與輸出電壓\%的變化，來判 斷太陽能板工作在A或B區(qū)，再據(jù)以決定下一步應進行增載或降載操作，使太陽能板的 工作點，得以往光電特性曲線上的最大功率點Dm移動，進而操作在最大功率點Dm上， 或在最大功率點Dm附近擾動。請參考圖4所示，其為公知的一種太陽能板使用擾動與觀察法追蹤最大功率的 操作流程圖。在步驟41中，最大功率追蹤單元151會檢測太陽能板的輸出電壓Vpv(Vn) 與輸出電流IPV(In)、并據(jù)以計算出其輸出功率Ppv(Pn),然后進入步驟411，以判斷增降 載操作前、后太陽能板的輸出功率Pb、PnW變化，且當增降載操作后太陽能板的輸出功 率變大時，進入步驟412以判斷增降載操作前、后太陽能板的輸出電壓Vb、Vn的變化， 如增降載操作后太陽能板的輸出電壓也變大時，代表太陽能板操作在A區(qū)，應執(zhí)行步驟 413，以從而設定增降載操作命令D= 1，來進行降載操作，而如增降載操作后太陽能板 的輸出電壓變小時，代表太陽能板操作在B區(qū)，應執(zhí)行步驟414，以從而設定增降載操作 命令D = O，來進行增載操作。反之，當步驟411判斷增降載操作后的太陽能板輸出功率并未變大時，進入步 驟421中，以決定增降載操作后的太陽能板輸出功率變小或不變。如變小時，再進入步 驟422以判斷增降載操作前、后太陽能板的輸出電壓Vb、Vn的變化，如增降載操作后太 陽能板的輸出電壓也變小時，代表太陽能板操作在A區(qū)，應執(zhí)行步驟424，以從而設定增 降載操作命令D= 1，來進行降載操作，而如增降載操作后太陽能板的輸出電壓變大時， 代表太陽能板操作在B區(qū)，應執(zhí)行步驟423，以從而設定增降載操作命令D = 0，來進行 增載操作。另如在步驟421中判斷增降載操作后的太陽能板輸出功率并未變動時，則應進 入步驟431，以判斷增降載操作前、后太陽能板的輸出電壓Vb、Vn的變化，且如未變動 時，代表太陽能板已操作在最大功率點上，而無須執(zhí)行增載或降載的操作。其后，再分 別進入步驟45，以將增降載操作后的太陽能板的輸出功率Pn與輸出電壓Vn，更新為增降 載操作前的太陽能板的輸出功率Pb與輸出電壓Vb值，以供下一回合的操作使用。圖1中，當電流控制單元152接收最大功率追蹤單元151的增降載操作命令、 且負載13電壓Vci為固定時，即可依據(jù)所檢測的負載電流Ici與增降載預設電流差值ΔΙ， 來計算增降載操作的目標負載電流Iref,從而調(diào)整輸出的脈寬調(diào)變的循環(huán)周期信號Te與 責任周期信號De，使脈波寬度調(diào)變單元153得以產(chǎn)生所需的脈波寬度調(diào)變信號GD1 GDn,進而由柵極驅(qū)動單元154產(chǎn)生足以驅(qū)動轉換器12的柵極驅(qū)動信號G1 Gn，以控制 負載電流Ici如圖5所示地逐步升或降至目標負載電流IreP由前述說明中可知，使用公知的最大功率追蹤電路15，來控制將太陽能板11操 作在最大功率點時，由于最大功率追蹤單元151必須使用乘法運算或采用累加運算的加 法器，來估算太陽能輸出功率PPV，并需采用暫存器儲存前一狀態(tài)的電壓及功率，故其在硬件實現(xiàn)上不僅電路復雜，更難以與一般的脈波寬度調(diào)變單元153電路相結合，而形成 一顆具有最大功率追蹤功能的集成電路芯片。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種太陽能板最大功率追蹤方法及電路，其可 通過最大功率追蹤的不同演算流程，來簡化太陽能板最大功率追蹤電路，使能夠?qū)崿F(xiàn)與 現(xiàn)有脈波寬度調(diào)變電路相結合，而形成一顆具有最大功率追蹤功能的集成電路芯片的目 的。為達上述及其他目的，本發(fā)明提供一種太陽能板最大功率追蹤方法，可適用于 追蹤太陽能板供電至負載的功率。此方法包括下列步驟首先，檢測增降載操作前的 太陽能板的操作前輸出電壓；然后，依預設電流差值來執(zhí)行太陽能板的增降載操作；再 檢測增降載操作后的太陽能板的操作后輸出電壓；當前述的增降載操作為增載，且在預 設時間內(nèi)所檢測的操作后輸出電壓，已較操作前輸出電壓減少幅度不小于預設電壓差值 時，設定下一次的增降載操作為增載；當增降載操作為增載，且在預設時間內(nèi)所檢測的 操作后輸出電壓，較操作前輸出電壓并未減少，或預設時間已到達，而所檢測的操作后 輸出電壓的減少幅度仍未達其預設電壓差值時，設定下一次的增降載操作為降載；當前 述的增降載操作為降載，且在預設時間內(nèi)所檢測的操作后輸出電壓，已較操作前輸出電 壓增加幅度不小于預設電壓差值時，設定下一次的增降載操作為降載；以及當增降載操 作為降載，且在預設時間內(nèi)所檢測的操作后輸出電壓，較操作前輸出電壓并未增加，或 預設時間已到達，而所檢測的操作后輸出電壓的增加幅度仍未達預設電壓差值時，設定 下一次的增降載操作為增載。其中，所設定的預設電流差值與預設電壓差值，符合下述的關系式
Vpv^hy Av vpv,-euI-< — <-—^
ΙΡν] Δ/ Ipn + AI式中，Vpvi代表太陽能板的輸出電壓，Ipvi代表太陽能板的輸出電流，Δ V代表 所設定的預設電壓差值，ΔI代表所設定的預設電流差值。其中，預設時間依據(jù)預設電流差值的大小與太陽能板的反應靈敏度來設定。也 就是說，預設時間至少需大于增降載操作時，太陽能板能即時地反應而輸出與原輸出電 流具有預設電流差值的輸出電流的時間。其中，執(zhí)行增降載操作的步驟包括參考預設電流差值與增降載操作的類別， 來計算脈波寬度調(diào)變的循環(huán)周期；然后檢測太陽能板的輸出電流；以及以太陽能板的輸 出電流在零值與預設電流峰值間的變化，來設定脈波寬度調(diào)變的責任周期。其中，計算脈波寬度調(diào)變的循環(huán)周期的步驟，參考增降載操作前的循環(huán)周期與 預設電流差值，來計算增減時間差，以更新循環(huán)周期。所計算的時間差為執(zhí)行增降載操 作后，太陽能板的平均輸出電流恰可增減前述預設電流差值的時間。本發(fā)明另提供一種太陽能板最大功率追蹤電路，可適用于產(chǎn)生脈波寬度調(diào)變的 柵極信號，用以控制柵極驅(qū)動單元來驅(qū)動轉換器，以追蹤太陽能板供電至負載的功率。 此太陽能板最大功率追蹤電路包括最大功率追蹤單元、電流控制單元與脈波寬度調(diào)變 單元。
其中，最大功率追蹤單元用以執(zhí)行檢測增降載操作前的太陽能板的操作前輸出 電壓、發(fā)出執(zhí)行增降載操作的命令、檢測增降載操作后的太陽能板的操作后輸出電壓、 當增降載操作為增載，且在預設時間內(nèi)所檢測的操作后輸出電壓，已較操作前輸出電壓 減少幅度不小于預設電壓差值時，設定下一次的增降載操作為增載、當增降載操作為增 載，且在預設時間內(nèi)所檢測的操作后輸出電壓，較操作前輸出電壓并未減少，或預設時 間已到達，而所檢測的操作后輸出電壓的減少幅度仍未達預設電壓差值時，設定下一次 的增降載操作為降載、當增降載操作為降載，且在預設時間內(nèi)所檢測的操作后輸出電 壓，已較操作前輸出電壓增加幅度不小于預設電壓差值時，設定下一次的增降載操作為 降載、以及當增降載操作為降載，且在預設時間內(nèi)所檢測的操作后輸出電壓，較操作前 輸出電壓并未增加，或預設時間已到達，而所檢測的操作后輸出電壓的增加幅度仍未達 預設電壓差值時，設定下一次的增降載操作為增載等的功能。電流控制單元耦接最大功率追蹤單元，用以依據(jù)太陽能板的輸出電流、預設電 流差值與增降載操作的命令，來產(chǎn)生循環(huán)周期信號與責任周期信號。脈波寬度調(diào)變單元 耦接電流控制單元，用以依據(jù)電流控制單元輸出的循環(huán)周期信號與責任周期信號，來產(chǎn) 生前述的柵極信號。在實施例中，此太陽能板最大功率追蹤電路的預設電流差值與預設電壓差值的 設定，符合下述的關系式
Vpvi +AV AV Vpvx——<—< .PV'T Ipvx Δ/ Ipvi + AI式中，Vpvi代表太陽能板的輸出電壓，Ipvi代表太陽能板的輸出電流，Δ V代表 預設電壓差值，△ I代表預設電流差值。在實施例中，此太陽能板最大功率追蹤電路的預設時間，依據(jù)預設電流差值的 大小與太陽能板的反應靈敏度來設定。也就是說，預設時間至少需大于增降載操作時， 太陽能板能即時地反應而輸出與原輸出電流具有預設電流差值的輸出電流的時間。在實施例中，此太陽能板最大功率追蹤電路的電流控制單元，會參考預設電流 差值與增降載操作的類別來計算所產(chǎn)生柵極信號的循環(huán)周期，再依據(jù)所計算的循環(huán)周期 而產(chǎn)生循環(huán)周期信號，并以太陽能板的輸出電流在零值與預設電流峰值間的變化，來設 定柵極信號的責任周期，以產(chǎn)生所需的責任周期信號。 在實施例中，此太陽能板最大功率追蹤電路的電流控制單元，參考增降載操作 前的循環(huán)周期與預設電流差值，來計算增減時間差，以更新循環(huán)周期。所計算的時間差 為執(zhí)行增降載操作后，太陽能板的平均輸出電流恰可增減前述預設電流差值的時間。綜上所述，由于公知的擾動與觀察法追蹤最大功率的方法，必須使用乘法器來 計算太陽能板的功率，而本發(fā)明的方法則不需要乘法器，只須符合設計限制條件即可達 成最大功率追蹤的功能，此不但可以降低乘法器的成本，也可以增加處理的時間。另 外，如與公知的增益電導法作比較時，也由于增益電導法須計算G與AG，因G = i/v、 AG = di/dv而必須使用到除法器，本發(fā)明的方法則不需任何乘法器及除法器，可降低成 本及增加處理時間。故知，由于本發(fā)明所提供的一種太陽能板最大功率追蹤方法及電路，其追蹤最 大功率的演算流程，已不需使用乘法器來估算太陽能板的輸出功率Ppv，因此可以簡化太陽能板最大功率追蹤電路，而能實現(xiàn)與現(xiàn)有脈波寬度調(diào)變電路相結合，而形成一顆具有 最大功率追蹤功能的集成電路芯片的目的。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特以優(yōu)選實 施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1顯示公知的一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)的方塊示意圖。圖2顯示公知的一種太陽能板的光電特性曲線。圖3顯示公知的一種追蹤太陽能最大功率的擾動與觀察法的操作示意圖。圖4顯示公知的一種太陽能板使用擾動與觀察法追蹤最大功率的操作流程圖。圖5顯示圖1的公知太陽能發(fā)電系統(tǒng)的操作時序示意圖。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)的方塊示意圖。圖7顯示圖6的最大功率追蹤單元的追蹤流程示意圖。圖8A顯示圖6的電流控制單元控制升壓轉換器增載的輸入端電流波形示意圖。圖8B顯示圖6的電流控制單元控制升壓轉換器降載的輸入端電流波形示意圖。圖9顯示圖6的電流控制單元的增降載流程示意圖。圖IOA顯示圖6的電流控制單元控制降壓轉換器增載的輸入端電流波形示意圖。圖IOB顯示圖6的電流控制單元控制降壓轉換器降載的輸入端電流波形示意圖。圖1IA顯示圖6的電流控制單元控制升壓轉換器增載的輸出端電流波形示意圖。圖IlB顯示圖6的電流控制單元控制升壓轉換器降載的輸出端電流波形示意圖。
具體實施例方式請參考圖6所示，其是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)的方塊示 意圖。圖中，此系統(tǒng)以包括最大功率追蹤單元651、電流控制單元652與脈波寬度調(diào)變單 元653的太陽能板最大功率追蹤電路65，來產(chǎn)生脈波寬度調(diào)變的柵極信號GD1 GDn， 用以控制柵極驅(qū)動單元64產(chǎn)生足以驅(qū)動轉換器62的柵極驅(qū)動信號G1 Gn，以追蹤太陽 能板61供電至負載63的功率。其中，最大功率追蹤單元651追蹤最大功率的演算流程，已不再需要使用乘法 器來估算太陽能板的輸出功率PPV，而配合電流控制單元652執(zhí)行增降載操作時，所設定 的預設電流差值ΔΙ，以及系統(tǒng)執(zhí)行增降載操作前、后所檢測的太陽能板61的輸出電壓 Vpvi與Vpv2的電壓差，是否有達到預設電壓差值Δν，來判斷太陽能板61是操作在A區(qū) 或B區(qū)，再據(jù)以決定下一步應進行增載或降載操作，使太陽能板61的工作點，得以如圖 3般地往光電特性曲線上的最大功率點Dm移動，進而在最大功率點Dm附近擾動操作。為了適當?shù)貨Q定預設電壓差值AV與預設電流差值ΔΙ，使太陽能板61無論在圖 3的光電特性曲線的任一工作點，往最大功率點Dm移動時，均得以執(zhí)行具有預設電流差 值ΔΙ的增降載操作過程，其前、后所檢測的太陽能板61的輸出電壓Vpvi與Vpv2的電壓 差，是否達到預設電壓差值Δν，來判斷太陽能板61是操作在A區(qū)或B區(qū)，再據(jù)以決定 下一步應進行增載或降載操作，預設電壓差值Δ V與預設電流差值ΔI，優(yōu)選地設定在如 下說明的條件下。
如圖3所示，當太陽能板61操作在A區(qū)時，如降低負載，將會使太陽能板61的 工作點由Dn往Dm移動，且太陽能板61的輸出電壓Vpv也將隨著輸出功率Ppv的增加而 增加。假設降載操作前、后太陽能板61的輸出電流為Ipvi及Ipv2，而輸出電壓及功率分別 為VPV1、VPV2&PPV1、PPV2。其中，因降載操作且太陽能板61的輸出電壓VpvS增加， 故太陽能板61的輸出電流Ipvi及IPV2、輸出電壓Vpvi及Vpv2將如下式Ipv2 = Ipvi-AI.........(1)Vpv2 = Vpvi+ Δ V.........(2)Ppv2 = Vpv2 · Ipv2 = (Vpvi+ Δ V) · (Ipvi- Δ I)= Vpvi · Ipvi+ Δ V · Ipvi- ΔI · Vpvi- Δ V ΔI= Ppvi+ Δ V · Ipvi- ΔI · Vpvi- Δ V ΔI .........(3)由于操作在A區(qū)，降載時Ppv2 > Ppvi，因此式(3)又可寫成Ppv2-Ppvi = Δ V · Ipvi- ΔI · Vpvi- Δ V ΔI > 0 .........(4)由式(4)中可得出Δ V/Δ I的不等式如下所示
AV Vpvi +AV"77 > ~；
M 1PVi.........(5)由式(5)中可得知，在A區(qū)降載操作時，只要將Δ V/ΔI設定大于(Vpvi+Δ V) / IPV1，即可使太陽能板61的工作點往最大功率點Dm移動。但當已調(diào)整到最大功率點又 持續(xù)降載時，太陽能板61的工作點將會進入B區(qū)，此時因Ppv2 <PPV1，使得預設電壓差 值Δ V與預設電流差值ΔΙ將不符合式(5)的工作條件，而應改為增載操作。圖3中，當太陽能板61操作在B區(qū)時，如增加負載，將會使太陽能板61的工 作點由Dl往Dm移動，且太陽能板61的輸出電壓Vpv也將隨著輸出功率Ppv的增加而減 少。假設增載操作前、后太陽能板61的輸出電流為Ipvi及Ipv2，而輸出電壓及功率分別 為VPV1、VPV2&PPV1、PPV2。其中，因增載操作且太陽能板61的輸出電壓VpvS減少， 故太陽能板61的輸出電流Ipvi及IPV2、輸出電壓Vpvi及Vpv2將如下式Ipv2 = Ipvi+ ΔI.........(6)Vpv2 = Vpvi- Δ V.........(7)Ppv2 = Vpv2 · Ipv2 = (Vpvi- Δ V) · (Ipvi+ Δ I)= Vpvi · Ipvi- Δ V · Ipvi+ ΔI · Vpvi- Δ V ΔI= Ppvi- Δ V · Ipvi+ ΔI · Vpvi- Δ V ΔI .........(8)由于操作在B區(qū)，增載時Ppv2 > Ppvi，因此式⑶又可寫成Ppv2-Ppvi = ΔI · Vpvi- Δ V · Ipvi- Δ V ΔI > 0 .........(9)由式(9)中可得出Δ V/ΔΙ的不等式如下所示 AV ζ Vpy1.........(10)故知，在B區(qū)增載操作時，Δ V/Δ I的設定要符合式(10)的不等式。相同地， 如已調(diào)整到最大功率點Dm又持續(xù)增載時，太陽能板61的工作點將會進入A區(qū)，使得Ppv2 <PPV1，預設電壓差值Δ V與預設電流差值ΔΙ也將不符合式(10)的工作條件，而應改 為降載操作。因太陽能板61操作在A區(qū)時，預設電壓差值Δ V與預設電流差值Δ I要符合式(5)，而操作在B區(qū)時，要符合式(10)的不等式，故知預設電壓差值AV與預設電流差 值ΔI的設定符合下述關系式
Vpn+AVVpvxV, Δ/ Ipvx+AI.........(11)在決定了預設電壓差值AV與預設電流差值ΔΙ后，最大功率追蹤單元651即可 在增降載操作后，僅依太陽能板61的輸出電壓Vpv的變化，來判斷太陽能板61是操作在 A區(qū)或B區(qū)，進而決定下一步操作是要增載或降載，而無須使用乘法器來估算太陽能板 61的輸出功率PPV。請參考圖7所示，首先在步驟71中，最大功率追蹤單元651會讀取預設電壓差 值Δ V，并檢測太陽能板61的輸出電壓VPV2。其后在步驟72中，將增降載操作旗標C 設為1，并假設太陽能板61是操作在B區(qū)，而將增降載操作命令D設為0，以執(zhí)行增載 操作。然后在步驟73中，將太陽能板61的輸出電壓VpviS為等于VPV2，以保留增降載 操作前的輸出電壓值。在步驟74中，判斷前一回合增降載操作命令D是否為0 如為0代表前一回合為 增載操作，故太陽能板61操作在B區(qū)，流程乃進入步驟751，以令計時器T2重新計數(shù)。 設定計時器T2的目的是，當太陽能板61已調(diào)整到最大功率點Dm又持續(xù)增載時，太陽能 板61的工作點將會進入A區(qū)，而無法獲得符合條件的預設電壓差值Δ V，因而必須在計 時器T2到達預設時間td后，判斷太陽能板61的工作點已進入A區(qū)而發(fā)出降載操作的命 令。在計時器T2重新計數(shù)之后，流程進入步驟752，以檢測太陽能板61的輸出電壓 Vpv2,然后在步驟753中，判斷太陽能板61的輸出電壓Vpv2是否如預期地較前一狀態(tài)為 小？如否，代表太陽能板61可能已因照度的變化進入A區(qū)，而應進入步驟767中，以發(fā) 出降載操作的命令，并設定增降載操作旗標C。反之，則進入步驟754，以計算太陽能板 61的輸出電壓的變化，并在步驟755中，判斷其變化是否不小于預設電壓差值AV 在步驟755中，如判斷為是，則代表太陽能板61仍然操作在B區(qū)，流程應進入 步驟757中，以發(fā)出增載的增降載操作命令，并設定增降載操作旗標C。反之，則進入步 驟756，以判斷計時器T2是否已到達預設時間td 如已到達，代表太陽能板61的操作， 可能已由B區(qū)跨入A區(qū)，故應進入步驟767中，以發(fā)出降載的增降載操作命令，并設定 增降載操作旗標C。否則，流程回到步驟752，以繼續(xù)檢測太陽能板61的輸出電壓Vpv2 的變化，直到其變化不小于預設電壓差值Δ V或計時器T2已到達預設時間td為止。當步驟74中，判斷前一回合增降載操作命令D不為0時，代表前一回合為降載 操作，故太陽能板61是操作在A區(qū)，流程乃進入步驟761，以令計時器T1重新計數(shù)。設 定計時器T1的目的是，當太陽能板61已調(diào)整到最大功率點Dm又持續(xù)降載時，太陽能板 61的工作點將會進入B區(qū)，而無法獲得符合條件的預設電壓差值Δ V，因而必須在計時 器1\到達預設時間td后，判斷太陽能板61的工作點已進入B區(qū)而發(fā)出增載的增降載操作 命令。其中，計時器T1或T2的預設時間td，依據(jù)預設電流差值ΔΙ的大小與太陽能板 61的反應靈敏度來設定。也就是說，預設時間td至少需大于增降載操作時，太陽能板61 能即時地反應而輸出與原輸出電流具有預設電流差值ΔΙ的輸出電流的時間，以獲得符合條件的預設電壓差值Δ V。當然，計時器T1或T2的預設時間td可以分別設定為不同值 的。在計時器T1重新計數(shù)之后，流程進入步驟762，以檢測太陽能板61的輸出電壓 Vpv2,然后在步驟763中，判斷太陽能板61的輸出電壓Vpv2是否如預期地較前一狀態(tài)為 大？如否，代表太陽能板61可能已因照度的變化進入B區(qū)，而應進入步驟757中，以發(fā) 出增載的增降載操作命令，并設定增降載操作旗標C。反之，則進入步驟764，以計算 太陽能板61的輸出電壓的變化，并在步驟765中，判斷其變化是否不小于預設電壓差值 Δ V ？在步驟765中，如判斷為是，則代表太陽能板61仍然操作在A區(qū)，流程應進入 步驟767中，以發(fā)出降載的增降載操作命令，并設定增降載操作旗標C。反之，則進入步 驟766，以判斷計時器T1是否已到達預設時間td 如已到達，代表太陽能板61的操作， 可能已由A區(qū)跨入B區(qū)，故應進入步驟757中，以發(fā)出增載的增降載操作命令，并設定 增降載操作旗標C。否則，流程回到步驟762，以繼續(xù)檢測太陽能板61的輸出電壓Vpv2 的變化，直到其變化不小于預設電壓差值Δ V或計時器T1已到達預設時間td為止。圖6中，電流控制單元652耦接最大功率追蹤單元651，以依據(jù)太陽能板61的 輸出電流IPV、預設電流差值ΔΙ與增降載操作的命令，來產(chǎn)生循環(huán)周期信號Te與責任周 期信號Dc，以交由耦接電流控制單元652的脈波寬度調(diào)變單元653，據(jù)以產(chǎn)生柵極信號 Gi Gn。電流控制單元652的電流控制增降載的作法，可以是采用輸出電流回授的閉回 路模式或如圖8A至IlB的開回路模式。請參考圖8A與8B所示，分別顯示圖6的電流控制單元控制升壓轉換器增載與 降載的輸入端電流波形示意圖。圖中，電流控制單元652會參考預設電流差值ΔΙ與增 降載操作的增載或降載類別來計算所產(chǎn)生柵極信號的循環(huán)周期TeN，再依據(jù)所計算的循環(huán) 周期Tcn而產(chǎn)生循環(huán)周期信號Te，并以例如升壓轉換器的轉換器62輸入端電流I1 (也就是 太陽能板61的輸出電流Ipv)在零值與預設電流峰值ΔΙΡ間的變化，來設定柵極信號& Gn的責任周期，以產(chǎn)生所需的責任周期信號De。其中，因預設電流峰值ΔΙΡ的大小為固定，故增降載操作前后，轉換器62輸入 端電流I1由零值上升至預設電流峰值ΔΙΡ的時間Δ γ、以及由預設電流峰值ΔΙΡ下降至 零值的時間△。均不變，而增降載操作所需的預設電流差值ΔΙ，則由增減產(chǎn)生循環(huán)周期 信號Te的循環(huán)周期TeN來達成。例如，圖8A中轉換器62輸入端電流I1的增載，乃將增 載前的循環(huán)周期TeN減去參考預設電流差值ΔΙ所計算的時間差ΔΤ而得，而圖8B中轉 換器62輸入端電流1,的降載，乃將降載前的循環(huán)周期TeN加上參考預設電流差值ΔΙ所計 算的時間差ΔΤ而得。前述所計算的時間差Δ T為執(zhí)行增降載操作后，太陽能板61的平 均輸出電流Ipv(也就是轉換器62輸入端電流Ilfav))恰可增減預設電流差值ΔΙ的時間，其 操作流程將參考圖9來說明。圖9中，流程首先進入步驟91，以讀取預設電流差值ΔΙ、預設電流峰值ΔΙΡ與 預設的循環(huán)周期TeN，并在步驟92中讀取最大功率追蹤單元651輸出的增降載操作旗標C 與增降載操作命令D，隨即進入步驟93，以判斷增降載操作旗標C是否已設定為1 ？如 未設定為1代表無須增、降載，流程直接進入步驟952，以維持原有的循環(huán)周期TeN。反 之，流程進入步驟941，以參考預設電流差值ΔΙ與循環(huán)周期TeN，來計算增、減預設電流差值ΔΙ所需的時間差ΔΤ\、Δ T2,然后進入步驟942中，以依據(jù)增降載操作命令D的 值，來判斷是要增載或降載？并分別在步驟943與944中，參考所計算的時間差ΔΤ\、 Δ T2,來調(diào)整降載與增載的循環(huán)周期TeN，以及在步驟951中復歸增降載操作旗標C。在步驟952中，流程會啟動計時器T3的計數(shù)，然后進入步驟953，以將責任周期 信號Dc設定為1，再進入步驟954檢測轉換器62輸入端電流I1,并在步驟955中判斷轉 換器62輸入端電流I1是否已達預設電流峰值ΔΙΡ，直至轉換器62輸入端電流I1到達預設 電流峰值ΔΙΡ為止。之后，流程進入步驟956，以將責任周期信號De設定為0，再進入 步驟957判斷計時器T3的計數(shù)是否已達循環(huán)周期TCN，直至計時器T3的計數(shù)已達循環(huán)周 期Tcn為止。其中，循環(huán)周期信號Tc可以在啟動計時器T3的計數(shù)時一同產(chǎn)生。請參考圖IOA與IOB所示，分別顯示圖6的電流控制單元控制降壓轉換器增載 與降載的輸入端電流波形示意圖。圖中，電流控制單元652也是參考預設電流差值ΔΙ 與增降載操作的增載或降載類別來計算所產(chǎn)生柵極信號的循環(huán)周期TeN，再依據(jù)所計算的 循環(huán)周期Tcn而產(chǎn)生循環(huán)周期信號Tc，并以例如降壓轉換器的轉換器62輸入端電流I1(也 就是太陽能板61的輸出電流Ipv)在零值與預設電流峰值ΔΙΡ間的變化，來設定柵極信號 G1 Gn的責任周期，以產(chǎn)生所需的責任周期信號De。其中，圖IOA轉換器62輸入端電流I1的增載，乃將增載前的循環(huán)周期Tcn減去 參考預設電流差值ΔΙ所計算的時間差ΔΤ而得，而圖IOB中轉換器62輸入端電流I1的 降載，則將降載前的循環(huán)周期TeN加上參考預設電流差值Δ I所計算的時間差Δ T而得。 所計算的時間差ΔΤ為執(zhí)行增降載操作后，太陽能板61的平均輸出電流Ipv(也就是轉換 器62輸入端電流Iliav))恰可增減預設電流差值ΔΙ的時間，其操作流程亦與圖9相同。請參考圖1IA與1IB所示，分別顯示圖6的電流控制單元控制升壓轉換器增載 與降載的輸出端電流波形示意圖。圖中，電流控制單元652同樣也是參考預設電流差值 ΔΙ與增降載操作的增載或降載類別來計算所產(chǎn)生柵極信號的循環(huán)周期TeN，再依據(jù)所計 算的循環(huán)周期Tcn而產(chǎn)生循環(huán)周期信號Tc，并以例如升壓轉換器的轉換器62輸出端電流 Io(其與太陽能板61的輸出電流Ipv有K1值比例關系)在零值與預設電流峰值ΔΙΡ間的變 化，來設定柵極信號G1 Gn的責任周期，以產(chǎn)生所需的責任周期信號De。其中，圖IlA中轉換器62輸出端電流I。的增載(也就是太陽能板61的輸出電流 Ipv的增載)，乃將增載前的循環(huán)周期TeN減去參考預設電流差值△ I所計算的時間差Δ τ 而得，而圖IlB中轉換器62輸出端電流Iq的降載(也就是太陽能板61的輸出電流Ipv的 降載)，則是將降載前的循環(huán)周期TeN加上參考預設電流差值ΔΙ所計算的時間差ΔΤ而 得，其操作流程亦與圖9的原理相類似。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域 技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的各種修改與變型，亦屬本發(fā)明的范 圍。因此，本發(fā)明的保護范圍當視所附權利要求為準。
權利要求
1.一種太陽能板最大功率追蹤方法，適用于追蹤太陽能板供電至負載的功率，包括 下列步驟檢測所述太陽能板的操作前輸出電壓；依預設電流差值以執(zhí)行增降載操作；檢測所述太陽能板的操作后輸出電壓；當所述增降載操作為增載，且在預設時間內(nèi)所檢測的所述操作后輸出電壓，已較所 述操作前輸出電壓減少幅度不小于預設電壓差值時，設定下一次的所述增降載操作為增 載；當所述增降載操作為增載，且在所述預設時間內(nèi)所檢測的所述操作后輸出電壓，較 所述操作前輸出電壓并未減少，或所述預設時間已到達，而所檢測的所述操作后輸出電 壓的減少幅度仍未達所述預設電壓差值時，設定下一次的所述增降載操作為降載；當所述增降載操作為降載，且在所述預設時間內(nèi)所檢測的所述操作后輸出電壓，已 較所述操作前輸出電壓增加幅度不小于所述預設電壓差值時，設定下一次的所述增降載 操作為降載；以及當所述增降載操作為降載，且在所述預設時間內(nèi)所檢測的所述操作后輸出電壓，較 所述操作前輸出電壓并未增加，或所述預設時間已到達，而所檢測的所述操作后輸出電 壓的增加幅度仍未達所述預設電壓差值時，設定下一次的所述增降載操作為增載。
2.如權利要求1所述的太陽能板最大功率追蹤方法，其中，所述預設電流差值與所述 預設電壓差值的設定符合下述關系式 式中，Vpvi代表所述太陽能板的輸出電壓，Ipvi代表所述太陽能板的輸出電流，AV 代表所述預設電壓差值，ΔI代表所述預設電流差值。
3.如權利要求1所述的太陽能板最大功率追蹤方法，其中，所述預設時間是依據(jù)所述 預設電流差值的大小與所述太陽能板的反應靈敏度而設定。
4.如權利要求1所述的太陽能板最大功率追蹤方法，其中，執(zhí)行所述增降載操作的步 驟包括參考所述預設電流差值與所述增降載操作的類別，來計算脈波寬度調(diào)變的循環(huán)周期；檢測所述太陽能板的輸出電流；以及以所述太陽能板的所述輸出電流在零值與預設電流峰值間的變化，來設定脈波寬度 調(diào)變的責任周期。
5.如權利要求4所述的太陽能板最大功率追蹤方法，其中，計算所述循環(huán)周期的步驟 參考所述增降載操作前的所述循環(huán)周期與所述預設電流差值，來計算增減時間差，以更 新所述循環(huán)周期，所述時間差為執(zhí)行所述增降載操作后，平均的所述輸出電流恰可增減 所述預設電流差值的時間。
6.—種太陽能板最大功率追蹤電路，適用于產(chǎn)生脈波寬度調(diào)變的柵極信號，所述 柵極信號用以控制柵極驅(qū)動單元來驅(qū)動轉換器，以便可以追蹤太陽能板供電至負載的功 率，包括最大功率追蹤單元，用以執(zhí)行檢測所述太陽能板的操作前輸出電壓、發(fā)出執(zhí)行增降 載操作的命令、檢測所述太陽能板的操作后輸出電壓、當所述增降載操作為增載，且在 預設時間內(nèi)所檢測的所述操作后輸出電壓，已較所述操作前輸出電壓減少幅度不小于預 設電壓差值時，設定下一次的所述增降載操作為增載、當所述增降載操作為增載，且在 所述預設時間內(nèi)所檢測的所述操作后輸出電壓，較所述操作前輸出電壓并未減少，或所 述預設時間已到達，而所檢測的所述操作后輸出電壓的減少幅度仍未達所述預設電壓差 值時，設定下一次的所述增降載操作為降載、當所述增降載操作為降載，且在所述預設 時間內(nèi)所檢測的所述操作后輸出電壓，已較所述操作前輸出電壓增加幅度不小于所述預 設電壓差值時，設定下一次的所述增降載操作為降載、以及當所述增降載操作為降載， 且在所述預設時間內(nèi)所檢測的所述操作后輸出電壓，較所述操作前輸出電壓并未增加， 或所述預設時間已到達，而所檢測的所述操作后輸出電壓的增加幅度仍未達所述預設電 壓差值時，設定下一次的所述增降載操作為增載的功能；電流控制單元，耦接所述最大功率追蹤單元，用以依所述太陽能板的輸出電流、預 設電流差值與所述增降載操作的命令，來產(chǎn)生循環(huán)周期信號與責任周期信號；以及脈波寬度調(diào)變單元，耦接所述電流控制單元，用以依據(jù)所述循環(huán)周期信號與所述責 任周期信號，來產(chǎn)生所述柵極信號。
7.如權利要求6所述的太陽能板最大功率追蹤電路，其中，所述預設電流差值與所述預設電壓差值的設定符合下述關系式Vpn +AV ^AV ^ Vpvi Ipy1Δ7 Ipy1 + AI式中，Vpvi代表所述太陽能板的輸出電壓，Ipvi代表所述太陽能板的輸出電流，AV 代表所述預設電壓差值，ΔI代表所述預設電流差值。
8.如權利要求6所述的太陽能板最大功率追蹤電路，其中，所述預設時間是依據(jù)所述 預設電流差值的大小與所述太陽能板的反應靈敏度而設定。
9.如權利要求6所述的太陽能板最大功率追蹤電路，其中，所述電流控制單元會參考 所述預設電流差值與所述增降載操作的類別來計算所述柵極信號的循環(huán)周期，再依據(jù)所 計算的所述循環(huán)周期而產(chǎn)生所述循環(huán)周期信號，并以所述太陽能板的所述輸出電流在零 值與預設電流峰值間的變化，來設定所述柵極信號的責任周期，以產(chǎn)生所需的所述責任 周期信號。
10.如權利要求9所述的太陽能板最大功率追蹤電路，其中，所述電流控制單元參考 所述增降載操作前的所述循環(huán)周期與所述預設電流差值，來計算增減時間差，以更新所 述循環(huán)周期，所述時間差為執(zhí)行所述增降載操作后，平均的所述輸出電流恰可增減所述 預設電流差值的時間。
全文摘要
一種太陽能板最大功率追蹤方法及電路，以預設電流差值來執(zhí)行太陽能板的增降載操作，并以太陽能板在增降載操作前后的輸出電壓的變化，來判斷太陽能板是操作在A區(qū)或B區(qū)，以決定下一回合的增降載操作。因此追蹤最大功率的演算流程，已不需使用乘法器來估算太陽能板的輸出功率，故可以簡化太陽能板最大功率追蹤電路，而能實現(xiàn)與現(xiàn)有脈波寬度調(diào)變電路相結合，形成一顆具有最大功率追蹤功能的集成電路芯片的目的。
文檔編號G05F1/67GK102012714SQ20091017302
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權日2009年9月4日
發(fā)明者劉國基, 吳盈志, 曾圣有 申請人:立锜科技股份有限公司