专利名称：最大功率点的检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及最大功率点的检测电路，特别涉及能够追踪随入射到太阳能电池的太阳光强度和周边温度而变化的最大功率点的最大功率点检测电路。
最近，对能够更有效地利用太阳能的装置的研究非常活跃。为了把太阳能转化成电能而使用着太阳能电池，但太阳能电池的功率如图4所示随入射到太阳能电池的太阳光强度及如图5所示随周边温度而发生变化。这样的变化可改变太阳能电池的输出阻抗。所以，当用太阳能电池驱动固定的负载时发生阻抗的不匹配而出现由太阳能电池加到负载的功率传输效率差的问题。因此，正在开展使功率传输达到最大化从而最充分地利用能源的研究。
图6表示的美国专利4,873,480号中的技术。此专利技术在太阳能电池面板上设置了电池阵列和一个独立的电池，并通过该独立的电池产生基准电压。将产生的该基准电压与电池阵列的输出电压相比较后产生脉冲宽度调制信号，对该脉冲宽度调制信号响应并调整供给负载的功率从而使太阳能电池的输出电压与太阳光强度和周边温度无关而总是保持一定的电压值。
但是，上述美国专利技术存在如下的问题如图4所示，由太阳光产生的最大功率点的电压是一点点逐渐变化的，因而使用一定的基准电压可以提高它的效率，却不能经常在全部条件下传输最大功率，并且不得不备有另一独立的电池。
图7表示的是美国专利4,580,090号的技术。为补偿图5所示的随温度变化而产生的太阳能电池的电压变化，使用了能够检测太阳能电池的输出电压并使被检测的电压按温度可得到补偿的热敏电阻。但它也存在如下的问题，即检测电压是通过对太阳能电池的输出电压由电阻的电压分配进行分压而得到的，并利用与这些电阻串联的热敏电阻进行温度补偿，因此在太阳光极小的情况下无法控制而导致整体效率的降低。
图8表示的是美国专利4,916,382号的技术。它利用模拟数字转换器对太阳能电池的输出电压和输出电流进行转换得到相应的数字数据，再利用微处理器对所得到的数字数据进行程序处理后储存最大功率点。但此专利技术也存在问题，即由于使用了微处理器再加上接口电路的组成等，使电路的结构复杂、成本上升。
为了解决上述现有技术的问题，本发明提供一种与太阳光强度和周边温度无关且能够经常追踪最大功率点的最大功率点的检测电路。
本发明的另一目的在于提供一种电路结构简单的最大功率点的检测电路。
为达到上述目的，本发明的第一种结构具有响应太阳能电池的输出电压和输出电流并产生功率检测信号的功率检测单元；产生取样信号的信号发生单元；以及最大功率点判断单元，该判断单元响应上述取样信号，对由以前的一定期间内的上述功率信号充电的第一电荷量与同上述一定期间相等的现在的一定期间内的上述功率检测信号充电的第二电荷量进行比较，若以前的电荷量大于现在的电荷量则判断为上述太阳能电池的输出功率在减小并产生此判断信号。由此，可进行与太阳光强度和周边温度无关的最大功率点的追踪。而且，电路的构成也简单了。
本发明的第二种结构是，上述功率检测单元包括检测上述太阳能电池的输出电压并产生电压检测信号的电压检测部分；检测上述太阳能电池的输出电流并产生电流检测信号的电路检测部分；以及将上述的电压检测信号和电流检测信号相乘而产生上述功率检测信号的乘法器。因此，能产生具有特性曲线的功率检测信号。
本发明的第三种结构是，上述信号发生单元的取样信号包含在一个周期中高电平区间比低电平区间长的第一开关信号；上述第一开关信号的高电平区间移位而形成的第二开关信号；与上述第一及第二开关信号的周期相同的时钟信号，该时钟信号一个周期中的高电平区间是上述第一及第二开关信号的高电平重叠的区间；与上述第一及第二开关信号的周期相同且以上述时钟信号的下降沿做为上升沿的置位信号。因此，可以检测出在两个期间内功率检测信号的大小没有变化而保持原状。
本发明的第四种结构是，上述最大功率点的判断单元包含比较器；连接在上述比较器的反向端与接地之间的响应上述功率检测信号而变化的第一电流源，连接在上述比较器的正向端与接地之间并响应上述功率检测信号而变化的具有与上述第一电流源相同的电流强度的第二电流源；连接在上述比较器的反向端与正向端之间的电容器；连接在上述比较器的反向端与基准电压之间的在上述第一开关信号的高电平区间接通而在低电平区间断开的第一开关；连接在上述比较器的正向端与基准电压之间的在上述第二开关信号的高电平区间接通而在低电平区间断开的第二开关；响应上述时钟信号并锁存上述比较器的输出又能响应上述置位信号将输出置位的触发电路。从而，能够检测出太阳能电池的输出功率与以前的期间相比，现在的期间内是增加了还是减小了。
附图的简要说明
图1是本发明的最大功率点的检测电路的构成示意图；图2是上述图1中各处信号波形的时序图；图3是太阳能电池的输出电压、电流及功率的关系示意图；图4是表示入射到太阳能电池的太阳光强度与输出电压及电流关系的特性曲线图；图5是表示周边温度与输出电压及电流关系的特性曲线图；图6是现有的最大功率追踪器的电路构成示意图；图7是现有的为实现功率传输最大化的系统构成示意图；图8是为提高光电池的电能源转换效率而结合了可变阻抗调整电路的太阳能系统的电路构成示意图。
下面参照附图详细说明本发明的最佳实施例。
图1表示的是安装有本发明的最大功率点的检测电路的太阳能电源装置的构成。本图的电路包括响应太阳能电池或太阳能电池阵列10的输出电压和输出电流并产生功率检测信号的功率检测单元20；产生取样信号的信号发生单元30；最大功率点判断单元40，该判断单元40响应上述取样信号，对由以前的一定期间内的上述功率检测信号充电的第一电荷量与同上述的一定期间相等的由现在的一定期间内的上述功率检测信号充电的第二电荷量进行比较，若以前的电荷量大于现在的电荷量则判断为上述太阳能电池的输出功率在减小，并产生此判断信号。本图中未说明的标号100是DC-DC变换器，200是负载。
上述功率检测单元20由检测上述太阳电池10的输出电压并产生电压检测信号的电压检测部分22，检测上述太阳能电池(太阳能电池阵列)10的输出电流并产生电流检测信号的电流检测部分24，以及将上述的电压检测信号和电流检测信号相乘而产生上述功率检测信号的乘法器26构成。
上述信号发生单元30的取样信号包括图2所示的T1、T2、T3组成的一个周期内高电平区间长于低电平区间的第一开关信号S1；上述第一开关信号S1的高电平移位后形成的第二开关信号S2；与上述第一及第二开关信号S1、S2的周期相同的时钟信号S3，该时钟信号一个周期中的高电平区间是上述第一及第二开关信号S1、S2的高电平重叠的区间；与上述第一及第二天开信号S1、S2的周期相同且以上述时钟信号S3的下降沿做为上升沿的置位信号S4。
上述最大功率点的判断单元40包括比较器U1；连接在上述比较器U1的反向端(一)与接地之间的响应上述功率检测信号而变化的第一电流源CS1；连接在上述比较器U1的正向端(+)与接地之间的响应上述功率检测信号而变化的具有与上述第一电流源CS1相同的电流强度的第二电流源CS2；连接在上述比较器U1的反向端(-)与正向端(+)之间的电容器C1；连接在上述比较器U1的反向端(-)与基准电压Vref之间的在上述第一开关信号S1的高电平区间接通而在低电平区间断开的第一开关SW1；连接在上述比较器U1的正向端(+)与基准电压Vref之间的在上述第二开关信号S2的高电平区间接通而在低电平区间断开的第二开关SW2；响应上述时钟信号S3而锁存上述比较器U1的输出又能响应上述置位信号S4将输出置位的触发电路FF1。
具有以上构成的本发明的作用和效果如下。
上述图1中功率检测单元20产生上述太阳能电池阵列10的输出电压Voc和输出电流Isc决定的具有图3所示特性曲线的功率检测信号。且在图3的A区域功率在增加，在B区域功率在减小。从而，最大功率点Pmax是由电压Vm与电流Im相乘得到的。
此功率检测信号提供给上述最大功率点的判断单元40。如图2所示，上述最大功率点的判断单元40，在初期由于第一及第二开关信号都处于高电平状态，因此比较器U1的反向端和正向端加载基准电压而保持相同电位。保持同一电位时比较器U1的输出处于低电平。此时电容器两端电压维持零状态。
接着，在上述第二开关信号处于低电平而上述第一开关信号处于高电平的Td1区间内，开关SW1处于通状态而开关SW2处于断状态。由此，在起始阶段，由基准电压供给的电流I通过上述电流源CS1和电容器C1及第二电流源CS2进行分流。电容器不断充电为第一电荷量的过程中反向端的电位一直保持基准电压，但正向端的电位与电容的容量成比例地逐渐下降为-Vc。在上述第一开关信号S1处于低电平而第二开关信号S2处于高电平状态的Td2区间开关SW1断开而开关SW2接通。由此，与前面情况相反，正向端(+)的电位上升为基准电压，反向端上升到Vref+Vc使电容器C1中的充电电荷量通过第一电流源CS1放电。由于上述Td1与Td2区间相等，故在功率检测信号保持同一量值时，在上述Td1中响应功率检测信号的电流源的电流值与在上述Td2中响应功率检测信号的电流值相等，上述电容器C1充电的电荷量和放电的电荷量也相等，因此上述Td2结束时反向端的电位与基准电压相同。
从而，上述比较器U1的输出保持低电平状态。由此由上述置位信号S4置位维持高电平输出状态的上述触发电路FF1的输出，由于在上述时钟信号S3的上升沿锁存上述比较器U1的输出状态，故其输出处于低电平状态。即，可以检测出在上述Td1与Td2两个期间内功率检测信号大小没有变化保持原来状态。
若按图2所示，T2中的上述Td2区间的功率检测信号比上述Td1区间的功率检测信号大的时候，上述电容器C1两端的电压变为“负(-)”。即，上述反向端(-)的电位下降到低于基准电压的电位。因此，上述正向端(+)的电位维持基准电压而上述反向端(-)的电位下降到基准电压以下，从而使上述比较器U1的输出保持高电平状态。换句话说，能够检测出太阳能电池的输出功率与在以前的期间相比在现在的期间内增加了。
相反地，如图2所示，在T3中与上述Td1区间的功率检测信号相比，上述Td2区间的功率检测信号的大小在减小的情况下，上述电容器C1两端的电压保持高于基准电压的电位。因此，上述正向端(+)的电位维持基准电压而上述反向端(-)的电位保持高于基准电压的电位，即上述电容器C1两端的电压保持“正(+)”，所以上述比较器U1的输出处于低电平状态。上述触发器FF1在上述时钟信号S3的上升沿锁存比较器的输出，故触发器的输出处于低电平状态。换句话说，能够检测出太阳能电池的输出功率与以前的期间相比在现在的期间内减小了。
因此，上述触发器FF1能够锁存上述比较器U1的输出。即，在图2中Td2区间结束时由时钟信号的上升沿锁存并输出比较器的输出，在时钟信号的下降沿由上升的置位信号保证总是在功率增加的方向开始，从而防止了在一个周期内由任何原因引起的系统的误动作。
综上所述，由于第一种结构具有以下单元响应太阳能电池的输出电压和输出电流并产生功率检测信号的功率检测单元；产生取样信号的信号发生单元；以及最大功率点判断单元，该判断单元响应上述取样信号，对由以前的一定期间内的上述功率检测信号充电的第一电荷量与同上述一定期间相等的由现在的一定期间内的上述功率检测信号充电的第二电荷量进行比较，若以前的电荷量大于现在的电荷量则判断为上述太阳能电池的输出功率在减小并产生此判断信号。因此，能够经常以一定的周期检测功率最大点，并对一定期间内的噪声或瞬间的功率变化迅速反应，防止误动作。而且，第一种结构还包括电容器、比较器、开关、电流源等比较简单的模拟电路，并能检测最大功率点，所以具有电路构成简单、节省成本的优点。
第二种结构的上述功率检测单元包括检测上述太阳能电池的输出电压并产生电压检测信号的电压检测部分；检测上述太阳能电池的输出电流并产生电流检测信号的电流检测部分；以及将上述的电压检测信号和电流检测信号相乘从而产生上述功率检测信号的乘法器，因此能够产生具有特性曲线的功率检测信号。
第三种结构的上述信号发生单元的取样信号包括在一个周期中高电平区间比低电平区间长的第一开关信号；上述第一开关信号的高电平区间移位而形成的第二开关信号；与上述第一及第二开关信号的周期相同的时钟信号，该时钟信号一个周期中的高电平区间是上述第一及第二开关信号的高电平重叠的区间；与上述第一及第二开关信号的周期相同且以上述时钟信号的下降沿做为上升没的置位信号。因此，能够检测出在两个期间内功率检测信号的大小没有变化而保持原来状态。
第四种结构的上述最大功率点的判断单元包括比较器；连接在上述比较器的反向端与接地之间的响应上述功率检测信号而起变化的第一电流源；连接在上述比较器的正向端与接地之间的响应上述功率检测信号而起变化的具有与上述第一电流源相同的电流强度的第二电流源；连接在上述比较器的反向端与正向端之间的电容器；连接在上述比较器的反向端与基准电压之间的在上述第一开关信号的高电平区间接通而在低电平区间断开的第一开关；连接在上述比较器的正向端与基准电压之间的在上述第二开关信号的高电平区间接通而在低电平区间断开的第二开关；响应上述时钟信号并锁存上述比较器的输出又能响应上述置位信号将输出置位的触发电路。因此，能够检测出太阳能电池的输出功率与以前的期间相比，在现在的期间内是增加还是减小了。
权利要求
1.一种最大功率点的检测电路，其特征在于该检测电路包括响应太阳能电池的输出电压和输出电流并产生功率检测信号的功率检测单元；产生取样信号的信号发生单元；最大功率点的判断单元，该判断单元响应所述取样信号，对由以前的一定期间内的所述功率检测信号充电的第一电荷量与同所述一定期间相等的由现在的一定期间内的所述功率检测信号充电的第二电荷量进行比较，若以前的电荷量大于现在的电荷量则判断为所述太阳能电池的输出功率在减小并产生此判断信号。
2.根据权利要求1所述的最大功率点的检测电路，其特征在于所述功率检测单元包括检测所述太阳能电池的输出电压并产生电压检测信号的电压检测部分；检测所述太阳能电池的输出电流并产生电流检测信号的电流检测部分；以及将所述的电压检测信号和电流检测信号相乘而产生所述功率检测信号的乘法器。
3.根据权利要求1所述的最在功率点的检测电路，其特征在于所述信号发生单元的取样信号包括在一个周期中高电平区间比低电平区间长的第一开关信号；所术第一开关信号的高电平区间移位而形成的第二开关信号；与所述第一及第二开关信号的周期相同的时钟信号，该时钟信号一个周期中的高电平区间是所述第一及第二开关信号高电平重叠的区间；与所述第一及第二开关信号的周期相同且以所述时钟信号的下降沿做为上升沿的置位信号。
4.根据权利要求1所述的最大功率点的检测电路，其特征还在于所述最大功率点的判断单元包括比较器；连接在所述比较器的反向端与接地之间的响应所述功率检测信号而起变化的第一电流源；连接在所述比较器的正向端与接地之间的响应所述功率检测信号而起变化的具有与所述第一电流源相同的电流强度的第二电流源；连接在所述比较器的反向端与正向端之间的电容器；连接在所述比较器的反向端与基准电压之间的在所述第一开关信号的高电平区间接通而在低电平区间断开的第一开关；连接在所述比较器的正向端与基准电压之间的在所述第二开关信号的高电平区间接通而在低电平区间断开的第二开关；响应所述时钟信号并锁存所述比较器的输出又能响应所述置位信号将输出置位的触发电路。
全文摘要
一种对随入射到太阳能电池的太阳光强度和周边温度而变化的最大功率点进行追踪的检测电路,包括:响应太阳能电池的输出电压与电流并产生功率检测信号的功率检测单元;对以前和现在的一定的相同期间的功率平均值进行比较的比较器U1;在上述现在的一定期间结束时锁存比较器的输出信号而在以前的期间开始时置位输出,若现在的功率平均值小于以前的功率平均值则判断为上述太阳能电池的输出功率在减小并产生其判断信号的判断单元40。
文档编号H01L31/042GK1185584SQ9710972
公开日1998年6月24日 申请日期1997年4月24日 优先权日1996年5月15日
发明者赵显敏, 金容虎 申请人:三星电子株式会社