最大功率点跟踪控制器及相关系统与方法
【专利说明】最大功率点跟踪控制器及相关系统与方法
【背景技术】
[0001] 光伏电池产生随电流、电池运行条件、电池物理学、电池缺陷和电池照度而变化的 电压。如图1所示，用于光伏电池的一个数学模型将输出电流模拟为：
【主权项】
1. 一种最大功率点跟踪控制器，包括： 输入端口，所述输入端口用于电耦合到电源； 输出端口，所述输出端口用于电耦合到负载； 控制开关器件，所述控制开关器件适于在其导通状态与非导通状态之间反复切换，以 将功率从所述输入端口传送到所述输出端口；以及 控制子系统，所述控制子系统适于至少部分地基于表示流出所述输出端口的电流的信 号来控制所述控制开关器件的切换，以调节跨所述输入端口的电压，以使表示从所述输出 端口输出的功率的信号最大化。
2. 根据权利要求1所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于至少部分地 基于表示流出所述输出端口的电流的所述信号和跨所述输入端口的所述电压与参考电压 之间的差来控制所述控制开关器件的切换。
3. 根据权利要求2所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于改变所述参 考电压的量值，以使表示从所述输出端口输出的功率的所述信号最大化。
4. 根据权利要求3所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于部分地基于 由-Kv*(Vin-Vref)+Ki*Io给出的误差信号来控制所述控制开关器件的切换，其中，Kv是 第一缩放因子，Ki是第二因子，Vin是跨所述输入端口的所述电压，Vref是所述参考电压， 以及Io是表示流出所述输出端口的电流的所述信号。
5. 根据权利要求4所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制开关器件电耦合在所述输 入端口的第一端子与所述输出端口的第一端子之间，所述最大功率点跟踪控制器还包括续 流器件，所述续流器件电耦合在所述输出端口的所述第一端子与所述输出端口的第二端子 之间，所述续流器件适于当所述控制开关器件处于其非导通状态时为在所述输出端口的所 述第一端子与所述第二端子之间流动的电流提供路径。
6. 根据权利要求5所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统包括乘法器，所述 乘法器适于根据表示跨所述输出端口的平均电压的缩放信号与表示流出所述输出端口的 平均电流的缩放信号的乘积来确定表示从所述输出端口输出的功率的所述信号。
7. 根据权利要求6所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还包括： 电压缩放子系统，所述电压缩放子系统适于通过将表示跨所述输出端口的平均电压的 信号缩放到第一预定范围内来生成表示跨所述输出端口的平均电压的所述缩放信号；以及 电流缩放子系统，所述电流缩放子系统适于通过将表示流出所述输出端口的平均电流 的信号缩放到第二预定范围内来生成表示流出所述输出端口的平均电流的所述缩放信号。
8. 根据权利要求7所述的最大功率点跟踪控制器，所述电流缩放子系统还适于防止表 示流出所述输出端口的平均电流的所述缩放信号的量值下降到最小阈值以下。
9. 根据权利要求8所述的最大功率点跟踪控制器，所述电流缩放子系统还适于当表示 流出所述输出端口的平均电流的所述信号在第一数值范围内时，将正偏移值增加到表示流 出所述输出端口的平均电流的所述缩放信号。
10. 根据权利要求7所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还包括电流滤波 器子系统，所述电流滤波器子系统适于通过对表示流出所述输出端口的电流的所述信号进 行滤波来生成表示流出所述输出端口的平均电流的所述信号。
11. 根据权利要求10所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还包括电压滤波 器子系统，所述电压滤波器子系统适于通过对表示跨所述输出端口的电压的信号进行滤波 来生成表示跨所述输出端口的平均电压的所述信号。
12. 根据权利要求3所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于当跨所述 输入端口的所述电压下降到阈值以下时，抑制所述参考电压的所述量值的减小。
13. 根据权利要求3所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于当抑制所 述参考电压的所述量值的减小会导致跨所述输入端口的所述电压下降到阈值以下时，抑制 所述参考电压的所述量值的减小。
14. 根据权利要求3所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于当跨所述 输入端口的所述电压上升到阈值以上时，抑制所述参考电压的所述量值的增大。
15. 根据权利要求3所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于： 当用以控制所述控制开关器件的占空比的命令低于第一阈值时，将所述参考电压的所 述量值改变第一步长，以使表示从所述输出端口输出的功率的所述信号最大化；以及 当用以控制所述控制开关器件的占空比的命令大于或等于第二阈值时，将所述参考电 压的所述量值改变第二步长，以使表示从所述输出端口输出的功率的所述信号最大化； 所述第二步长小于所述第一步长。
16. 根据权利要求15所述的最大功率点跟踪控制器，所述第一阈值与所述第二阈值相 同。
17. 根据权利要求3所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于： 当表示从所述输出端口输出的功率的所述信号的在所述参考电压的量值的连续变化 之间的差低于第一阈值时，将所述参考电压的所述量值改变第一步长，以使表示从所述输 出端口输出的功率的所述信号最大化；以及 当表示从所述输出端口输出的功率的所述信号的在所述参考电压的量值的连续变化 之间的差大于或等于第二阈值时，将所述参考电压的所述量值改变第二步长，以使表示从 所述输出端口输出的功率的所述信号最大化； 所述第二步长大于所述第一步长。
18. 根据权利要求17所述的最大功率点跟踪控制器，所述第一阈值与所述第二阈值相 同。
19. 根据权利要求3所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于： 当用以控制所述控制开关器件的占空比的命令在第一数值范围内时，以第一速率改变 所述参考电压的所述量值，以使表示从所述输出端口输出的功率的所述信号最大化；以及 当用以控制所述控制开关器件的所述占空比的命令在第二数值范围内时，以第二速率 改变所述参考电压的所述量值，以使表示从所述输出端口输出的功率的所述信号最大化； 所述第二速率大于所述第一速率。
20. 根据权利要求19所述的最大功率点跟踪控制器，所述第一数值范围表示所述控制 开关器件的所述占空比在零与百分之百之间的命令，以及所述第二数值范围表示所述控制 开关器件的所述占空比小于零或者大于百分之百的命令。
21. 根据权利要求3所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于：响应于跨 所述输入端口的所述电压的所述量值下降到阈值以下而增大所述参考电压的所述量值。
22. 根据权利要求3所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于：在启动所 述开关电路时，至少部分地基于跨所述输入端口的所述电压的初始值来设定所述参考电压 的初始量值。
23. 根据权利要求22所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于：在启动 所述开关电路时，将所述参考电压的所述初始量值设定为跨是所述输入端口的所述电压的 分数。
24. 根据权利要求3所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于：响应于表 示流出所述输出端口的电流的所述信号指示流出所述输出端口的电流的量值已经下降到 第一阈值电平以下而减小所述参考电压的所述量值。
25. 根据权利要求24所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制子系统还适于：响应于 表示流出所述输出端口的电流的所述信号指示流出所述输出端口的电流的量值已经下降 到第二阈值电平以下而以固定占空比操作所述控制开关器件，其中，所述第二阈值电平低 于所述第一阈值电平。
26. 根据权利要求1所述的最大功率点跟踪控制器，所述控制开关器件和所述控制子 系统是共同的集成电路的部分。
27. 根据权利要求1所述的最大功率点跟踪控制器，其中： 所述控制开关器件包括动态调整尺寸的场效应晶体管； 所述最大功率点跟踪控制器还包括电流重构器子系统，所述电流重构器子系统适于生 成表示