專利名稱：一種太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于調(diào)壓技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路及 方法，即能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在太陽(yáng)光照較弱、光伏電壓較低的情況下，太陽(yáng)能電 池板向負(fù)載提供穩(wěn)定電壓的功能。
背景技術(shù)：
目前，全球范圍內(nèi)煤炭、石油等不可再生能源日漸減少，同時(shí)，以煤炭為主要能源 的電力行業(yè)給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染問(wèn)題。世界各國(guó)都在積極尋找、開(kāi)發(fā)新能源，并逐漸將 目光轉(zhuǎn)移到可再生、清潔能源的研究、開(kāi)發(fā)和利用上來(lái)。在此背景下，太陽(yáng)能作為一種新的 能源形式，以其全球總存儲(chǔ)量大、可開(kāi)發(fā)利用性好、清潔無(wú)污染的特點(diǎn)，在近幾十年的時(shí)間 里作為一種新的能源利用方式登上了歷史的舞臺(tái)。關(guān)于太陽(yáng)能發(fā)電，一般的方法是通過(guò)太陽(yáng)能電池吸收并將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化成電能，然 后通過(guò)調(diào)壓控制器穩(wěn)壓并輸出穩(wěn)定的直流電。由于太陽(yáng)能電池的輸出功率不穩(wěn)定，特別是 在帶負(fù)載的情況下輸出電流變化較大，為了得到恒功率、比較穩(wěn)定的電流輸出，現(xiàn)有技術(shù)中 通常采用特別涉及的調(diào)壓控制器進(jìn)行控制。而常用的調(diào)壓控制器一般都需要有單片機(jī)或 DSP技術(shù)的支持才可以實(shí)現(xiàn)，且具有電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電能損耗大等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合 理，可為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)提供恒功率、穩(wěn)定電流的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路。本發(fā)明的另一目的還在于提供由上述電路實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào) 壓方法。為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案—種太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，包括輔助電源電路、輸入穩(wěn)壓電容、升 壓電感、絕緣柵晶體管、續(xù)流二極管、第一二極管、控制驅(qū)動(dòng)電路、輸出穩(wěn)壓電容、負(fù)載和采 樣電路，所述輸入穩(wěn)壓電容外接在光伏發(fā)電系統(tǒng)上；所述升壓電感的一端與輸入穩(wěn)壓電容 的正極連接，另一端與絕緣柵晶體管的集電極連接；所述絕緣柵晶體管的柵極與控制驅(qū)動(dòng) 電路連接，其發(fā)射極與輸入穩(wěn)壓電容的負(fù)極連接；所述續(xù)流二極管的陽(yáng)極與絕緣柵晶體管 的發(fā)射極連接，其陰極與絕緣柵晶體管的集電極連接；所述第一二極管的陽(yáng)極與絕緣柵晶 體管的集電極連接，其陰極與負(fù)載連接；輸出穩(wěn)壓電容的正極與第一二極管的陰極連接，其 負(fù)極與續(xù)流二極管的陽(yáng)極連接；所述負(fù)載分別與輸出穩(wěn)壓電容、采集電路連接；所述采集 電路分別與輸入穩(wěn)壓電容、負(fù)載、輸出穩(wěn)壓電容、控制驅(qū)動(dòng)電路連接。所述輸入穩(wěn)壓電容包括第一穩(wěn)壓電容和第二穩(wěn)壓電容，第一穩(wěn)壓電容與第二穩(wěn)壓 電容并聯(lián)；第一穩(wěn)壓電容的正極和第二穩(wěn)壓電容的正極均與升壓電感的一端連接；第一穩(wěn) 壓電容的負(fù)極和第二穩(wěn)壓電容的負(fù)極均與絕緣柵晶體管的發(fā)射極連接。
所述控制驅(qū)動(dòng)電路包括第一三極管、第二三極管、第三三極管、比較器、求和電路、 求差電路、乘法器、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第十一電阻和第十二電阻，所 述第一三極管的發(fā)射極接地，其基極與比較器連接，其集電極與第二三極管的基極連接； 第二三極管的基極與第三三極管的基極連接，其發(fā)射極分別與第三三極管的集電極、絕緣 柵晶體管的柵極連接，其集電極與第十二電阻的一端連接；第十二電阻的另一端分別與第 十一電阻、輔助電源電路連接；第十一電阻的另一端與第二三極管的基極；第三三極管的 集電極與絕緣柵晶體管的柵極連接，其發(fā)射極與輔助電源電路連接；所述比較器的正極與 求和電路連接，其負(fù)極與采集電路連接；所述求和電路的一個(gè)正極端分別與第七電阻、第八 電阻連接，其另一個(gè)正極端與求差電路連接；第七電阻的另一端與輔助電源電路連接，第八 電阻的另一端接地；所述第七電阻、第九電阻、第十電阻依次連接，且第十電阻接地；所述 求差電路的一端連接在第九電阻與第十電阻之間，另一端與乘法器連接，乘法器與采集電 路連接。所述采樣電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和電流傳感器，所述 第一電阻與第二電阻串聯(lián)，第一電阻的另一端連接在輸入穩(wěn)壓電容的正極與升壓電感之 間，第二電阻的另一端連接在輸入穩(wěn)壓電容的負(fù)極與絕緣柵晶體管的發(fā)射極之間；所述第 三電阻與第四電阻串聯(lián)，第三電阻的另一端與負(fù)載、輸出穩(wěn)壓電容的正極連接，第四電阻的 另一端與輸出穩(wěn)壓電容的負(fù)極連接；所述電流傳感器的正極與負(fù)載連接，其負(fù)極與輸出穩(wěn) 壓電容的負(fù)極連接，其測(cè)試端與控制驅(qū)動(dòng)電路連接；所述第三電阻與第四電阻之間、第三電 阻與第四電阻之間分別設(shè)有輸出端，所述輸出端均與控制驅(qū)動(dòng)電路連接。 所述電流傳感器的測(cè)試端與控制驅(qū)動(dòng)電路中的乘法器連接。所述第一電阻與第二電阻之間設(shè)有輸出端，所述輸出端與控制驅(qū)動(dòng)電路中的比較 器連接；所述第三電阻與第四電阻之間設(shè)有輸出端，所述輸出端與控制驅(qū)動(dòng)電路中的乘法 器連接。所述輸入穩(wěn)壓電容外接在光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池板的輸出端上。所述輔助電源電路包括穩(wěn)壓芯片一、第三電容、第四電容、第四二極管、穩(wěn)壓芯片 二、第五電容、第六電容、第五二極管、穩(wěn)壓芯片三、第七電容、第五電阻、第六電阻、第八電 容、第六二極管、第七二極管和第九電容，所述穩(wěn)壓芯片一包括引腳一、引腳二和引腳三，其 引腳一分別與輸入穩(wěn)壓電容的正極、第三電容的正極連接，其引腳二與第三電容的負(fù)極連 接；第四電容的兩端分別與穩(wěn)壓芯片一的引腳二、引腳三連接；所述第四二極管的陰極與 穩(wěn)壓芯片一的引腳三連接，其陽(yáng)極與穩(wěn)壓芯片一的引腳二連接；穩(wěn)壓芯片一的引腳二和引 腳三分別與控制驅(qū)動(dòng)電路連接；所述穩(wěn)壓芯片二包括引腳一、引腳二和引腳三，其引腳一分別與輸入穩(wěn)壓電容的 正極、第五電容的正極連接，其引腳二與第五電容的負(fù)極連接；第六電容的兩端分別與穩(wěn)壓 芯片二的引腳二、引腳三連接；所述第四二極管的陰極與穩(wěn)壓芯片二的引腳三連接，其陽(yáng)極 與穩(wěn)壓芯片二的引腳二連接；穩(wěn)壓芯片二的引腳二和引腳三分別與控制驅(qū)動(dòng)電路連接；第 五二極管的陰極與穩(wěn)壓芯片二的引腳三連接，其陽(yáng)極與穩(wěn)壓芯片二的引腳二連接；所述穩(wěn)壓芯片三包括引腳一、引腳二和引腳三，其引腳一分別與輸入穩(wěn)壓電容的 正極、第七電容的正極連接，其引腳二與第五電阻連接，第五電阻的另一端與第七電容的負(fù) 極連接；第八電容的一端與第七電容的負(fù)極連接，另一端與第六電阻、第七二極管的陽(yáng)極連接；第六電阻的另一端、第七二極管的陰極均與穩(wěn)壓芯片三的引腳三連接；第六二極管的 陰極與引腳一連接，其陽(yáng)極與引腳三連接；所述引腳三與控制驅(qū)動(dòng)電路連接；所述第九電 容的一端與第七電容的負(fù)極，另一端與控制驅(qū)動(dòng)電路連接；第七電容的負(fù)極與控制驅(qū)動(dòng)電 路連接。穩(wěn)壓芯片一、穩(wěn)壓芯片二、穩(wěn)壓芯片三分別優(yōu)選為穩(wěn)壓芯片7805、穩(wěn)壓芯片7905、 穩(wěn)壓芯片LM317K。第一三極管、第三三極管為pnp晶體管，第二三極管為npn晶體管。由上述電路實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓方法，包括如下步驟(1)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)通電，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)兩端的電壓為在設(shè)定范圍值 內(nèi)變化的輸入電壓，此時(shí)，輸入電壓通過(guò)輸入穩(wěn)壓電容進(jìn)行穩(wěn)壓；(2)穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸入電壓通過(guò)升壓電感、絕緣柵晶體管和第一二極管上升至一 定的輸出電壓，所述輸出電壓通過(guò)輸出穩(wěn)壓電容對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸出電壓提 供給負(fù)載使用，同時(shí)負(fù)載的電流通過(guò)續(xù)流二極管進(jìn)行續(xù)流；(3)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)或輔助電源電路為采集電路供電，采集電路對(duì)太陽(yáng)能光 伏發(fā)電系統(tǒng)兩端的電壓和負(fù)載兩端的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)，并將采集信號(hào)和監(jiān)測(cè) 的信號(hào)傳送給控制驅(qū)動(dòng)電路；(4)控制驅(qū)動(dòng)電路對(duì)步驟(2)的采集和監(jiān)測(cè)的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)處理的結(jié)果控 制第一三極管的通斷情況，進(jìn)而控制驅(qū)動(dòng)絕緣柵晶體管，以使絕緣柵晶體管產(chǎn)生PWM波形；(5)絕緣柵晶體管的電壓重新調(diào)節(jié)，輸入穩(wěn)壓電容穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸入電壓通過(guò)升 壓電感、絕緣柵晶體管和第一二極管重新調(diào)節(jié)至一定的輸出電壓，所述輸出電壓通過(guò)輸出 穩(wěn)壓電容對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸出電壓提供給負(fù)載使用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載兩端的輸 出電壓的實(shí)時(shí)調(diào)整。所述步驟(3)中，具體包括如下步驟(3-1)第三電阻和第四電阻采集負(fù)載兩端的輸出電壓，并將輸出電壓的數(shù)值信號(hào) 發(fā)送至控制驅(qū)動(dòng)電路的乘法器中；(3-2)電流傳感器采集負(fù)載的輸出電流，并將輸出電流的數(shù)值信號(hào)發(fā)送至控制驅(qū) 動(dòng)電路的乘法器中；(3-3)第一電阻和第二電阻采集輸入電壓，并將輸入電壓的數(shù)值信號(hào)發(fā)送至控制 驅(qū)動(dòng)電路的比較器中；所述步驟(4)中，具體包括如下步驟(4-1)控制驅(qū)動(dòng)電路的乘法器接收步驟(3-1)采集的輸出電壓和步驟(3-2)采集 的輸出電流的數(shù)值信號(hào)，并通過(guò)乘法器對(duì)輸出電壓和輸出電流進(jìn)行乘法處理，將其轉(zhuǎn)換為 輸出功率信號(hào)；(4-2)控制驅(qū)動(dòng)電路的求差電路通過(guò)比較處理，求得步驟(4-1)所得的輸出功 率與參考功率的差值大小，兩者的差值經(jīng)求和電路與鋸齒波進(jìn)行求和處理，得到調(diào)整鋸齒 波；(4-3)控制驅(qū)動(dòng)電路的比較器接收步驟(3-3)所得的輸入電壓的數(shù)值信號(hào)，并將 調(diào)整鋸齒波的幅值與該輸入電壓進(jìn)行比較，生成PWM波形；當(dāng)調(diào)整鋸齒波的幅值小于輸入 電壓時(shí)，第一三極管開(kāi)通，同時(shí)第三三極管導(dǎo)通，通過(guò)第三三極管的集電極向絕緣柵晶體管輸出低電平；當(dāng)調(diào)整鋸齒波形的幅值大于輸入電壓時(shí)，第一三極管斷開(kāi)，同時(shí)第二三極管導(dǎo) 通，通過(guò)第二三極管的發(fā)射極向絕緣柵晶體管輸出高電平。 在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，隨著太陽(yáng)光照的強(qiáng)弱改變，設(shè)太陽(yáng)能光伏電壓在[Vmin， VfflaJ上變化，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)兩端的電壓為輸入電壓，負(fù)載兩端的電壓為輸出電壓，輸 入穩(wěn)壓電容對(duì)輸入電壓進(jìn)行穩(wěn)壓后，設(shè)其穩(wěn)定電壓值為Vin ；再經(jīng)過(guò)升壓電感、絕緣柵晶體 管和第一二極管升壓至負(fù)載所需電壓V。ut，V。ut由輸出穩(wěn)壓電容C。ut穩(wěn)壓。輸入電壓、輸出電 壓之間滿足關(guān)系
_4] Vout =r~V'"其中α為占空比，V。ut為輸出電壓，Vin為輸入電壓穩(wěn)壓后的穩(wěn)定電壓值，因此改 變占空比的大小即可調(diào)節(jié)輸出電壓值。本發(fā)明通過(guò)對(duì)光伏信號(hào)采樣，產(chǎn)生PWM信號(hào)波來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓值，以維持輸出電 壓的穩(wěn)定。采樣電路采集輸入電壓Vin，并將其與調(diào)節(jié)鋸齒波進(jìn)行比較，輸出高電位為+15V， 低電位為-5V的PWM波形。當(dāng)輸入電壓Vin升高時(shí)，占空比α減小，使得輸出電壓V。ut減小； 當(dāng)輸入電壓Vin減小時(shí)，占空比α增大，使得輸出電壓V。ut增大。另外，采樣電路采集輸出 電壓Vout和輸出電流Iout并將其轉(zhuǎn)換成輸出功率信號(hào)，此信號(hào)與參考功率信號(hào)求差，然后 將差值與鋸齒波求和，所得新的調(diào)節(jié)鋸齒波與輸入電壓采樣值Vin進(jìn)行比較而生成PWM波 形，調(diào)節(jié)占空比大小，即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定功率輸出。本電路所用到的+5V、_5V和+15V電位都來(lái)自于輔助電源電路，分別通過(guò)輔助電源 電路中的穩(wěn)壓芯片一、穩(wěn)壓芯片二、穩(wěn)壓芯片三獲得，為采集電路和控制驅(qū)動(dòng)電路供電，不 需要額外接入電池，因此可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種比較節(jié)能的調(diào)壓電路，它不僅不需要單片機(jī)或DSP技術(shù)的 支持，電路較簡(jiǎn)單，而且能夠較好地實(shí)現(xiàn)恒功率輸出，給負(fù)載供電。(2)本發(fā)明可節(jié)約電路能耗的問(wèn)題，且在電路中不需用任何控制器芯片，因此不需 要外界供電，可由本電路來(lái)自動(dòng)檢測(cè)自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)壓，以達(dá)到使用需求。(3)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，且成本較低，能達(dá)到節(jié)能要求。


圖1是本發(fā)明電路的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示控制驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1所示輔助電源電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。實(shí)施例如圖1所示，本太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，包括輔助電源電路2、輸入穩(wěn)壓電容、升壓電感27、絕緣柵晶體管觀、續(xù)流二極管30、第一二極管四、控制驅(qū)動(dòng)電路3、 輸出穩(wěn)壓電容31、負(fù)載36和采樣電路，所述輸入穩(wěn)壓電容外接在光伏發(fā)電系統(tǒng)上；所述升 壓電感27的一端與輸入穩(wěn)壓電容的正極5連接，另一端與絕緣柵晶體管觀的集電極連接； 所述絕緣柵晶體管觀的柵極與控制驅(qū)動(dòng)電路3連接，其發(fā)射極與輸入穩(wěn)壓電容的負(fù)極6連 接；所述續(xù)流二極管30的陽(yáng)極與絕緣柵晶體管觀的發(fā)射極連接，其陰極與絕緣柵晶體管 28的集電極連接；所述第一二極管四的陽(yáng)極與絕緣柵晶體管觀的集電極連接，其陰極與 負(fù)載36連接；輸出穩(wěn)壓電容31的正極與第一二極管四的陰極連接，其負(fù)極與續(xù)流二極管 30的陽(yáng)極連接；所述負(fù)載36分別與輸出穩(wěn)壓電容31、采集電路連接；所述采集電路分別與 輸入穩(wěn)壓電容、負(fù)載36、輸出穩(wěn)壓電容31、控制驅(qū)動(dòng)電路3連接。所述輸入穩(wěn)壓電容包括第一穩(wěn)壓電容23和第二穩(wěn)壓電容對(duì)，第一穩(wěn)壓電容23與 第二穩(wěn)壓電容M并聯(lián)；第一穩(wěn)壓電容23的正極和第二穩(wěn)壓電容M的正極均與升壓電感27 的一端連接；第一穩(wěn)壓電容23的負(fù)極和第二穩(wěn)壓電容M的負(fù)極均與絕緣柵晶體管觀的發(fā) 射極連接。如圖2所示，所述控制驅(qū)動(dòng)電路3包括第一三極管43、第二三極管44、第三三極管 45、比較器、求和電路、求差電路、乘法器、第七電阻39、第八電阻40、第九電阻38、第十電阻 37、第十一電阻41和第十二電阻42，所述第一三極管43的發(fā)射極接地，其基極與比較器連 接，其集電極與第二三極管44的基極連接；第二三極管44的基極與第三三極管45的基極 連接，其發(fā)射極分別與第三三極管45的集電極20、絕緣柵晶體管觀的柵極連接，其集電極 與第十二電阻42的一端連接；第十二電阻42的另一端18分別與第十一電阻41、輔助電源 電路2連接；第十一電阻41的另一端與第二三極管44的基極；第三三極管45的集電極20 與絕緣柵晶體管觀的柵極連接，其發(fā)射極17與輔助電源電路2連接；所述比較器的正極 與求和電路連接，其負(fù)極19與采集電路連接；所述求和電路的一個(gè)正極端分別與第七電阻 39、第八電阻40連接，其另一個(gè)正極端與求差電路連接；第七電阻39的另一端16與輔助電 源電路2連接，第八電阻40的另一端接地；所述第七電阻39、第九電阻38、第十電阻37依 次連接，且第十電阻37接地；所述求差電路的一端連接在第九電阻38與第十電阻37之間， 另一端與乘法器連接，乘法器的輸入端21和輸入端22均與采集電路連接。所述采樣電路包括第一電阻25、第二電阻沈、第三電阻32、第四電阻33和電流傳 感器4，所述第一電阻25與第二電阻沈串聯(lián)，第一電阻25的另一端連接在輸入穩(wěn)壓電容 的正極5與升壓電感27之間，第二電阻沈的另一端連接在輸入穩(wěn)壓電容的負(fù)極6與絕緣 柵晶體管觀的發(fā)射極之間；所述第三電阻32與第四電阻33串聯(lián)，第三電阻32的另一端與 負(fù)載36、輸出穩(wěn)壓電容31的正極連接，第四電阻33的另一端與輸出穩(wěn)壓電容31的負(fù)極連 接；所述電流傳感器4的正極與負(fù)載36連接，其負(fù)極與輸出穩(wěn)壓電容31的負(fù)極連接，其測(cè) 試端11與控制驅(qū)動(dòng)電路3連接；所述第三電阻32與第四電阻33之間、第三電阻32與第四 電阻33之間分別設(shè)有輸出端，所述輸出端均與控制驅(qū)動(dòng)電路3連接。所述電流傳感器4的測(cè)試端11與控制驅(qū)動(dòng)電路3中的乘法器連接。所述第一電阻25與第二電阻沈之間設(shè)有輸出端9，所述輸出端9與控制驅(qū)動(dòng)電路 3中的比較器連接；所述第三電阻32與第四電阻33之間設(shè)有輸出端12，所述輸出端12與 控制驅(qū)動(dòng)電路3中的乘法器連接。所述輸入穩(wěn)壓電容外接在光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池板1的輸出端上。
如圖3所示，所述輔助電源電路2包括穩(wěn)壓芯片一、第三電容46、第四電容47、第 四二極管48、穩(wěn)壓芯片二、第五電容49、第六電容58、第五二極管50、穩(wěn)壓芯片三、第七電容 51、第五電阻52、第六電阻53、第八電容M、第六二極管55、第七二極管56和第九電容57， 所述穩(wěn)壓芯片一包括引腳一 8、引腳二和引腳三13，其引腳一 8分別與輸入穩(wěn)壓電容的正極 5、第三電容46的正極連接，其引腳二與第三電容46的負(fù)極連接；第四電容47的兩端分別 與穩(wěn)壓芯片一的引腳二、引腳三連接；所述第四二極管48的陰極與穩(wěn)壓芯片一的引腳三13 連接，其陽(yáng)極與穩(wěn)壓芯片一的引腳二連接；穩(wěn)壓芯片一的引腳二和引腳三13分別與控制驅(qū) 動(dòng)電路3連接；所述穩(wěn)壓芯片二包括引腳一、引腳二 7和引腳三14，其引腳一分別與輸入穩(wěn)壓電 容的正極5、第五電容49的正極連接，其引腳二 7與第五電容49的負(fù)極連接；第六電容58 的兩端分別與穩(wěn)壓芯片二的引腳二 7、引腳三14連接；所述第四二極管48的陰極與穩(wěn)壓芯 片二的引腳三14連接，其陽(yáng)極與穩(wěn)壓芯片二的引腳二 7連接；穩(wěn)壓芯片二的引腳二 7和引 腳三14分別與控制驅(qū)動(dòng)電路3連接；第五二極管50的陰極與穩(wěn)壓芯片二的引腳三14連 接，其陽(yáng)極與穩(wěn)壓芯片二的引腳二 7連接；所述穩(wěn)壓芯片三包括引腳一、引腳二和引腳三15，其引腳一分別與輸入穩(wěn)壓電容 的正極5、第七電容51的正極連接，其引腳二與第五電阻52連接，第五電阻52的另一端與 第七電容51的負(fù)極連接；第八電容M的一端與第七電容51的負(fù)極連接，另一端與第六電 阻53、第七二極管56的陽(yáng)極連接；第六電阻53的另一端、第七二極管56的陰極均與穩(wěn)壓 芯片三的引腳三15連接；第六二極管55的陰極與引腳一連接，其陽(yáng)極與引腳三15連接；所 述引腳三15與控制驅(qū)動(dòng)電路3連接；所述第九電容57的一端與第七電容51的負(fù)極，另一 端與控制驅(qū)動(dòng)電路3連接；第七電容51的負(fù)極與控制驅(qū)動(dòng)電路3連接。穩(wěn)壓芯片一、穩(wěn)壓芯片二、穩(wěn)壓芯片三分別為穩(wěn)壓芯片7805、穩(wěn)壓芯片7905、穩(wěn)壓 芯片 LM317K。第一三極管43、第三三極管45為pnp晶體管，第二三極管44為npn晶體管。由上述電路實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓方法，包括如下步驟(1)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)通電，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)兩端的電壓為在設(shè)定范圍值 內(nèi)變化的輸入電壓，此時(shí)，輸入電壓通過(guò)輸入穩(wěn)壓電容進(jìn)行穩(wěn)壓；(2)穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸入電壓通過(guò)升壓電感27、絕緣柵晶體管28和第一二極管四 上升至一定的輸出電壓，所述輸出電壓通過(guò)輸出穩(wěn)壓電容31對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的穩(wěn)定 輸出電壓提供給負(fù)載36使用，同時(shí)負(fù)載36的電流通過(guò)續(xù)流二極管30進(jìn)行續(xù)流；(3)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)或輔助電源電路2為采集電路供電，采集電路對(duì)太陽(yáng)能 光伏發(fā)電系統(tǒng)兩端的電壓和負(fù)載36兩端的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)，并將采集信號(hào) 和監(jiān)測(cè)的信號(hào)傳送給控制驅(qū)動(dòng)電路3 ；(4)控制驅(qū)動(dòng)電路3對(duì)步驟(2)的采集和監(jiān)測(cè)的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)處理的結(jié)果控 制第一三極管43的通斷情況，進(jìn)而控制驅(qū)動(dòng)絕緣柵晶體管28，以使絕緣柵晶體管觀產(chǎn)生 PWM波形；(5)絕緣柵晶體管28的電壓重新調(diào)節(jié)，輸入穩(wěn)壓電容穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸入電壓通過(guò) 升壓電感27、絕緣柵晶體管觀和第一二極管四重新調(diào)節(jié)至一定的輸出電壓，所述輸出電壓 通過(guò)輸出穩(wěn)壓電容31對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸出電壓提供給負(fù)載36使用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載36兩端的輸出電壓的實(shí)時(shí)調(diào)整。所述步驟(3)中，具體包括如下步驟(3-1)第三電阻32和第四電阻33采集負(fù)載36兩端的輸出電壓，并將輸出電壓的 數(shù)值信號(hào)發(fā)送至控制驅(qū)動(dòng)電路3的乘法器中；(3-2)電流傳感器4采集負(fù)載36的輸出電流，并將輸出電流的數(shù)值信號(hào)發(fā)送至控 制驅(qū)動(dòng)電路3的乘法器中；(3-3)第一電阻25和第二電阻沈采集輸入電壓，并將輸入電壓的數(shù)值信號(hào)發(fā)送至 控制驅(qū)動(dòng)電路3的比較器中；所述步驟中，具體包括如下步驟(4-1)控制驅(qū)動(dòng)電路3的乘法器接收步驟(3-1)采集的輸出電壓和步驟(3-2)采 集的輸出電流的數(shù)值信號(hào)，并通過(guò)乘法器對(duì)輸出電壓和輸出電流進(jìn)行乘法處理，將其轉(zhuǎn)換 為輸出功率信號(hào)；(4-2)控制驅(qū)動(dòng)電路3的求差電路通過(guò)比較處理，求得步驟G-1)所得的輸出功 率與參考功率的差值大小，兩者的差值經(jīng)求和電路與鋸齒波進(jìn)行求和處理，得到調(diào)整鋸齒 波；(4-3)控制驅(qū)動(dòng)電路3的比較器接收步驟(3-3)所得的輸入電壓的數(shù)值信號(hào)，并將 調(diào)整鋸齒波的幅值與該輸入電壓進(jìn)行比較，生成PWM波形；當(dāng)調(diào)整鋸齒波的幅值小于輸入 電壓時(shí)，第一三極管43開(kāi)通，同時(shí)第三三極管45導(dǎo)通，通過(guò)第三三極管45的集電極向絕緣 柵晶體管觀輸出低電平；當(dāng)調(diào)整鋸齒波形的幅值大于輸入電壓時(shí)，第一三極管43斷開(kāi)，同 時(shí)第二三極管44導(dǎo)通，通過(guò)第二三極管44的發(fā)射極向絕緣柵晶體管觀輸出高電平。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，隨著太陽(yáng)光照的強(qiáng)弱改變，設(shè)太陽(yáng)能光伏電壓在 [Vmin, Vmax]上變化，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)兩端的電壓為輸入電壓，負(fù)載36兩端的電壓為 輸出電壓，輸入穩(wěn)壓電容對(duì)輸入電壓進(jìn)行穩(wěn)壓后，設(shè)其穩(wěn)定電壓值為Vin ；再經(jīng)過(guò)升壓電感 27、絕緣柵晶體管觀和第一二極管四升壓至負(fù)載36所需電壓Vout，Vout由輸出穩(wěn)壓電容 31Cout穩(wěn)壓。輸入電壓、輸出電壓之間滿足關(guān)系Vout =-^—Vin
l-a其中α為占空比，Vout為輸出電壓，Vin為輸入電壓穩(wěn)壓后的穩(wěn)定電壓值，因此改 變占空比的大小即可調(diào)節(jié)輸出電壓值。本發(fā)明通過(guò)對(duì)光伏信號(hào)采樣，產(chǎn)生PWM信號(hào)波來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓值，以維持輸出電 壓的穩(wěn)定。采樣電路采集輸入電壓Vin，并將其與調(diào)節(jié)鋸齒波進(jìn)行比較，輸出高電位為+15V， 低電位為-5V的PWM波形。當(dāng)輸入電壓Vin升高時(shí)，占空比α減小，使得輸出電壓Vout減 小；當(dāng)輸入電壓Vin減小時(shí)，占空比α增大，使得輸出電壓Vout增大。另外，采樣電路采 集輸出電壓Vout和輸出電流Iout并將其轉(zhuǎn)換成輸出功率信號(hào)，此信號(hào)與參考功率信號(hào)求 差，然后將差值與鋸齒波求和，所得新的調(diào)節(jié)鋸齒波與輸入電壓采樣值Vin進(jìn)行比較而生 成PWM波形，調(diào)節(jié)占空比大小，即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定功率輸出。本電路所用到的+5V、_5V和+15V電位都來(lái)自于輔助電源電路2，分別通過(guò)輔助電 源電路2中的穩(wěn)壓芯片一、穩(wěn)壓芯片二、穩(wěn)壓芯片三獲得，為采集電路和控制驅(qū)動(dòng)電路3供電，不需要額外接入電池，因此可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，其特征在于包括輔助電源電路、輸入 穩(wěn)壓電容、升壓電感、絕緣柵晶體管、續(xù)流二極管、第一二極管、控制驅(qū)動(dòng)電路、輸出穩(wěn)壓電 容、負(fù)載和采樣電路，所述輸入穩(wěn)壓電容外接在光伏發(fā)電系統(tǒng)上；所述升壓電感的一端與輸 入穩(wěn)壓電容的正極連接，另一端與絕緣柵晶體管的集電極連接；所述絕緣柵晶體管的柵極 與控制驅(qū)動(dòng)電路連接，其發(fā)射極與輸入穩(wěn)壓電容的負(fù)極連接；所述續(xù)流二極管的陽(yáng)極與絕 緣柵晶體管的發(fā)射極連接，其陰極與絕緣柵晶體管的集電極連接；所述第一二極管的陽(yáng)極 與絕緣柵晶體管的集電極連接，其陰極與負(fù)載連接；輸出穩(wěn)壓電容的正極與第一二極管的 陰極連接，其負(fù)極與續(xù)流二極管的陽(yáng)極連接；所述負(fù)載分別與輸出穩(wěn)壓電容、采集電路連 接；所述采集電路分別與輸入穩(wěn)壓電容、負(fù)載、輸出穩(wěn)壓電容、控制驅(qū)動(dòng)電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，其特征在于所述輸 入穩(wěn)壓電容包括第一穩(wěn)壓電容和第二穩(wěn)壓電容，第一穩(wěn)壓電容與第二穩(wěn)壓電容并聯(lián)；第一 穩(wěn)壓電容的正極和第二穩(wěn)壓電容的正極均與升壓電感的一端連接；第一穩(wěn)壓電容的負(fù)極和 第二穩(wěn)壓電容的負(fù)極均與絕緣柵晶體管的發(fā)射極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，其特征在于所述控 制驅(qū)動(dòng)電路包括第一三極管、第二三極管、第三三極管、比較器、求和電路、求差電路、乘法 器、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻、第十一電阻和第十二電阻，所述第一三極管 的發(fā)射極接地，其基極與比較器連接，其集電極與第二三極管的基極連接；第二三極管的基 極與第三三極管的基極連接，其發(fā)射極分別與第三三極管的集電極、絕緣柵晶體管的柵極 連接，其集電極與第十二電阻的一端連接；第十二電阻的另一端分別與第十一電阻、輔助電 源電路連接；第十一電阻的另一端與第二三極管的基極；第三三極管的集電極與絕緣柵晶 體管的柵極連接，其發(fā)射極與輔助電源電路連接；所述比較器的正極與求和電路連接，其負(fù) 極與采集電路連接；所述求和電路的一個(gè)正極端分別與第七電阻、第八電阻連接，其另一個(gè) 正極端與求差電路連接；第七電阻的另一端與輔助電源電路連接，第八電阻的另一端接地； 所述第七電阻、第九電阻、第十電阻依次連接，且第十電阻接地；所述求差電路的一端連接 在第九電阻與第十電阻之間，另一端與乘法器連接，乘法器與采集電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，其特征在于所述采 樣電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和電流傳感器，所述第一電阻與第二 電阻串聯(lián)，第一電阻的另一端連接在輸入穩(wěn)壓電容的正極與升壓電感之間，第二電阻的另 一端連接在輸入穩(wěn)壓電容的負(fù)極與絕緣柵晶體管的發(fā)射極之間；所述第三電阻與第四電阻 串聯(lián)，第三電阻的另一端與負(fù)載、輸出穩(wěn)壓電容的正極連接，第四電阻的另一端與輸出穩(wěn)壓 電容的負(fù)極連接；所述電流傳感器的正極與負(fù)載連接，其負(fù)極與輸出穩(wěn)壓電容的負(fù)極連接， 其測(cè)試端與控制驅(qū)動(dòng)電路連接；所述第三電阻與第四電阻之間、第三電阻與第四電阻之間 分別設(shè)有輸出端，所述輸出端均與控制驅(qū)動(dòng)電路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，其特征在于所述電 流傳感器的測(cè)試端與控制驅(qū)動(dòng)電路中的乘法器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，其特征在于所述第 一電阻與第二電阻之間設(shè)有輸出端，所述輸出端與控制驅(qū)動(dòng)電路中的比較器連接；所述第 三電阻與第四電阻之間設(shè)有輸出端，所述輸出端與控制驅(qū)動(dòng)電路中的乘法器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，其特征在于所述輸入穩(wěn)壓電容外接在光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池板的輸出端上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，其特征在于所述輔 助電源電路包括穩(wěn)壓芯片一、第三電容、第四電容、第四二極管、穩(wěn)壓芯片二、第五電容、第 六電容、第五二極管、穩(wěn)壓芯片三、第七電容、第五電阻、第六電阻、第八電容、第六二極管、 第七二極管和第九電容，所述穩(wěn)壓芯片一包括引腳一、引腳二和引腳三，其引腳一分別與輸 入穩(wěn)壓電容的正極、第三電容的正極連接，其引腳二與第三電容的負(fù)極連接；第四電容的兩 端分別與穩(wěn)壓芯片一的引腳二、引腳三連接；所述第四二極管的陰極與穩(wěn)壓芯片一的引腳 三連接，其陽(yáng)極與穩(wěn)壓芯片一的引腳二連接；穩(wěn)壓芯片一的引腳二、引腳三分別與控制驅(qū)動(dòng) 電路連接；所述穩(wěn)壓芯片二包括引腳一、引腳二和引腳三，其引腳一分別與輸入穩(wěn)壓電容的正極、 第五電容的正極連接，其引腳二與第五電容的負(fù)極連接；第六電容的兩端分別與穩(wěn)壓芯片 二的引腳二、引腳三連接；所述第四二極管的陰極與穩(wěn)壓芯片二的引腳三連接，其陽(yáng)極與穩(wěn) 壓芯片二的引腳二連接；穩(wěn)壓芯片二的引腳二和引腳三分別與控制驅(qū)動(dòng)電路連接；第五二 極管的陰極與穩(wěn)壓芯片二的引腳三連接，其陽(yáng)極與穩(wěn)壓芯片二的引腳二連接；所述穩(wěn)壓芯片三包括引腳一、引腳二和引腳三，其引腳一分別與輸入穩(wěn)壓電容的正極、 第七電容的正極連接，其引腳二與第五電阻連接，第五電阻的另一端與第七電容的負(fù)極連 接；第八電容的一端與第七電容的負(fù)極連接，另一端與第六電阻、第七二極管的陽(yáng)極連接； 第六電阻的另一端、第七二極管的陰極均與穩(wěn)壓芯片三的引腳三連接；第六二極管的陰極 與引腳一連接，其陽(yáng)極與引腳三連接；所述引腳三與控制驅(qū)動(dòng)電路連接；所述第九電容的 一端與第七電容的負(fù)極，另一端與控制驅(qū)動(dòng)電路連接；第七電容的負(fù)極與控制驅(qū)動(dòng)電路連 接。
9.由權(quán)利要求1 8任一項(xiàng)所述電路實(shí)現(xiàn)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓方法，其 特征在于，包括如下步驟(1)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)通電，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)兩端的電壓為在設(shè)定范圍值內(nèi)變 化的輸入電壓，此時(shí)，輸入電壓通過(guò)輸入穩(wěn)壓電容進(jìn)行穩(wěn)壓；(2)穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸入電壓通過(guò)升壓電感、絕緣柵晶體管和第一二極管上升至一定的 輸出電壓，所述輸出電壓通過(guò)輸出穩(wěn)壓電容對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸出電壓提供給 負(fù)載使用，同時(shí)負(fù)載的電流通過(guò)續(xù)流二極管進(jìn)行續(xù)流；(3)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)或輔助電源電路為采集電路供電，采集電路對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā) 電系統(tǒng)兩端的電壓和負(fù)載兩端的輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)，并將采集信號(hào)和監(jiān)測(cè)的信 號(hào)傳送給控制驅(qū)動(dòng)電路；(4)控制驅(qū)動(dòng)電路對(duì)步驟(2)的采集和監(jiān)測(cè)的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)處理的結(jié)果控制第 一三極管的通斷情況，進(jìn)而控制驅(qū)動(dòng)絕緣柵晶體管，以使絕緣柵晶體管產(chǎn)生PWM波形；(5)絕緣柵晶體管的電壓重新調(diào)節(jié)，輸入穩(wěn)壓電容穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸入電壓通過(guò)升壓電 感、絕緣柵晶體管和第一二極管重新調(diào)節(jié)至一定的輸出電壓，所述輸出電壓通過(guò)輸出穩(wěn)壓 電容對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的穩(wěn)定輸出電壓提供給負(fù)載使用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載兩端的輸出電 壓的實(shí)時(shí)調(diào)整。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓方法，其特征在于，所述步 驟(3)中，具體包括如下步驟(3-1)第三電阻和第四電阻采集負(fù)載兩端的輸出電壓，并將輸出電壓的數(shù)值信號(hào)發(fā)送 至控制驅(qū)動(dòng)電路的乘法器中；(3-2)電流傳感器采集負(fù)載的輸出電流，并將輸出電流的數(shù)值信號(hào)發(fā)送至控制驅(qū)動(dòng)電 路的乘法器中；(3-3)第一電阻和第二電阻采集輸入電壓，并將輸入電壓的數(shù)值信號(hào)發(fā)送至控制驅(qū)動(dòng) 電路的比較器中；所述步驟中，具體包括如下步驟(4-1)控制驅(qū)動(dòng)電路的乘法器接收步驟(3-1)采集的輸出電壓和步驟(3- 采集的輸 出電流的數(shù)值信號(hào)，并通過(guò)乘法器對(duì)輸出電壓和輸出電流進(jìn)行乘法處理，將其轉(zhuǎn)換為輸出 功率信號(hào)；(4-2)控制驅(qū)動(dòng)電路的求差電路通過(guò)比較處理，求得步驟(4-1)所得的輸出功率與參 考功率的差值大小，兩者的差值經(jīng)求和電路與鋸齒波進(jìn)行求和處理，得到調(diào)整鋸齒波；(4-3)控制驅(qū)動(dòng)電路的比較器接收步驟(3- 所得的輸入電壓的數(shù)值信號(hào)，并將調(diào)整 鋸齒波的幅值與該輸入電壓進(jìn)行比較，生成PWM波形；當(dāng)調(diào)整鋸齒波的幅值小于輸入電壓 時(shí)，第一三極管開(kāi)通，同時(shí)第三三極管導(dǎo)通，通過(guò)第三三極管的集電極向絕緣柵晶體管輸出 低電平；當(dāng)調(diào)整鋸齒波的幅值大于輸入電壓時(shí)，第一三極管斷開(kāi)，同時(shí)第二三極管導(dǎo)通，通 過(guò)第二三極管的發(fā)射極向絕緣柵晶體管輸出高電平。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)壓電路，包括輔助電源電路、輸入穩(wěn)壓電容、升壓電感、絕緣柵晶體管、續(xù)流二極管、第一二極管、控制驅(qū)動(dòng)電路、輸出穩(wěn)壓電容、負(fù)載和采樣電路，升壓電感與輸入穩(wěn)壓電容、絕緣柵晶體管連接；絕緣柵晶體管與控制驅(qū)動(dòng)電路、輸入穩(wěn)壓電容連接；續(xù)流二極管與絕緣柵晶體管連接；第一二極管與絕緣柵晶體管、負(fù)載連接；輸出穩(wěn)壓電容與第一二極管、續(xù)流二極管連接；負(fù)載分別與輸出穩(wěn)壓電容、采集電路連接；采集電路與輸入穩(wěn)壓電容、負(fù)載、輸出穩(wěn)壓電容、控制驅(qū)動(dòng)電路連接。本發(fā)明還提供了上述電路實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)調(diào)壓方法。本發(fā)明不需單片機(jī)支持，能實(shí)現(xiàn)恒功率輸出和給負(fù)載供電。
文檔編號(hào)G05F1/56GK102081419SQ20101052732
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者康龍?jiān)? 張宏坡, 溫懋勤, 聶洪濤, 魏業(yè)文 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)