控制結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及控制結構，且尤其涉及適合與光伏或太陽能板(下面稱為太陽能板)一起使用以增加其可用輸出的控制結構。雖然尤其適合結合太陽能板使用，但是控制結構可以與多種其他設備或電源一起使用。
【背景技術】
[0002]太陽能板被越來越廣泛地用于發電。其輸出可以直接用于驅動其他設備或可以用于給電存儲裝置充電或供電到主電網。由于太陽能板的輸出依據例如入射光強度、工作溫度和其他因素呈非線性變化，因此從太陽能板到負載的直接的未控制的輸出供應一般是不合適的。圖1圖形地示出了在不同入射光強度下太陽能板的典型1-V輸出，顯示了生成的電流和相關聯的輸出電壓之間的關系。如果太陽能板形成其一部分的電路工作在圖1中的線1，則出現最大功率輸出。很明顯，隨著光強度改變，最大輸出所需的工作電流和電壓改變。為了保證太陽能板和相關聯的電路工作在最大功率點附近，使用了最大功率點跟蹤算法。最大功率點跟蹤算法的輸出用于改變太陽能板提供的負載，例如切入或切出其電阻，嘗試將太陽能板的工作保持在其最優點附近。
[0003]在一些較早的系統中該算法用于保證電路工作在開路電壓的70%。這通過重復且快速連接斷開負載的電源(即來自太陽能板的輸出)來實現。例如，該電源可以每秒連接和斷開1000至3000次。通過以這種方式一時間比例的斷開輸出，占空比被降低到例如如上所述的大約70 %。
[0004]雖然這種系統可以在一些環境中工作較為滿意，當電源被斷開時沒有從太陽能板到負載的輸出且因此即使太陽能板可能工作在最大功率點，但當太陽能板斷開時可能的功率丟失。因此這種結構的效率比其應有的低。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種控制結構由此能夠增強且優選優化太陽能板的有用輸出。
[0006]根據本發明，提供了一種用于在控制從包括內部電容的電源單元到輸出的電供應中使用的控制結構，該控制結構包括電感器、被設置與內部電容并聯的開關、以及控制器，能夠操作用于控制所述開關的操作由此所述開關的閉合導致形成LCR電路，所述內部電容形成所述LCR電路的電容。
[0007]在這樣的結構中不需要提供最大功率點跟蹤算法等，且優選地沒有出現這樣的算法等。
[0008]pn結二極管從其性質上形成可變結電容。這樣的二極管典型地存在包括太陽能板的單元中。在過去當建模太陽能板和相關聯控制電路的輸出時忽略該結電容。如果這樣的二極管被設置與電壓源(例如太陽能板)并聯，則初始地，使用該供應的部分來給該結電容充電。
[0009]此外，如果該電壓源采用太陽能板的形式，則該電壓源本身實際上將形成電容，該電容也將被充電。由于太陽能板的輸出不是均勻的且隨著例如入射光強度、溫度和其他因素而改變，因此該電容上的電荷是不斷變化的。與所述內部電容相關聯的電容器電流因此能在任意給定時間點依據該電容是被充電還是被放電而是正的或負的。在常規設置的太陽能板中，該電流的方向取決于例如光照強度是增加還是降低。但是在上述的結構中，內部電容能量的提取通過以控制方式的所述開關的操作來實現，由此使得總系統的操作的效率提升。
[0010]在本發明的結構中，當開關打開時，單元的內部電容充電。開關的閉合會導致內部電容向電感器放電。通過對開關的操作的合適控制可以理解來自電源單元(否則其只是轉向對內部電容充電)的輸出能夠被提取以供使用。當開關再次打開時，導致內部電容重新充電，能量能夠從電感器被提取并用于滿足與之連接的負載的需求。此外，當開關閉合時，來自電源單元的輸出電流流過電感，導致在電感中存儲能量。當開關打開時，功率被提供給負載。只要來自電源的輸出電流被持續提供給電感，且電感器電流在開關閉合時上升并在開關打開時下降，來自控制結構的輸出電壓將比其輸出電壓大。
[0011]優選地，控制器使得開關以150-700kHz頻率范圍，優選600-700kHz(例如在650kHz的頻率)在其打開和閉合位置之間移動。電感的大小的變化改變開關應當工作的頻率。
[0012]如果電源單元包括逆變器，例如與太陽能板結合使用的串逆變器或微逆變器，控制結構可以集成到逆變器或可以包括適用于與逆變器連接的模塊。
[0013]本發明還涉及用于使用上述形式的控制結構控制單元的輸出的方法，該方法包括步驟:
[0014]打開開關，由此使得單元的內部電容變為被充電；
[0015]閉合開關，由此使得單元的內部電容放電，提供增加的電流給電感器;以及
[0016]再打開開關，由此使得單元的內部電容變為被再充電，同時從電感器提取能量以滿足負載的電需求。
【附圖說明】
[0017]通過示例的方式參考附圖進一步描述本發明，在附圖中:
[0018]圖1是示出在不同入射光強度下典型太陽能板單元的1-V輸出關系的圖；
[0019]圖2是示出根據本發明的實施方式的控制結構的圖；
[0020]圖3是比較圖2的控制結構與常規太陽能板控制結構的輸出的圖；以及[0021 ]圖4是示出可替換實施方式的圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1中所示和這里描述的，太陽能板的輸出依據多個因素顯著變化，該因素尤其是隨著任意給定時間的太陽能板上的入射光的強度。
[0023]參考圖2，示出了根據實施方式的控制結構的電路圖。該電路圖代表用于控制來自太陽能板的輸出以允許從中提取最大功率的控制結構。雖然描述為與太陽能板有關，但可以理解本發明可以用于其他應用，其中期望增強功率水平，其能從包括可變電壓源和內部電容的單元被提取。
[0024]如圖2所示，太陽能板10跨其端子連接有pn結二極管12。該二極管12具有內部結電容，如圖2中電容14所示。雖然沒有示出，但是太陽能板10還具有與其相關聯的擴散電容。太陽能板10和二極管12典型地被提供為單個單元，由圖2中的虛線16表示，在單元16內存在反應電阻的恒定電阻18、20，且結電容14和擴散電容構成單元16的可變內部電容。因此Vp表示來自單元16的電壓輸出。可以理解該輸出由于上述原因是可變的。
[0025]來自單元16的輸出被提供給電感器22、包括開關26的線路24，開關26被提供和設置由此當開關打開時，太陽能板10的輸出用于給單元16的內部電容充電且還用于滿足連接到輸出端子28的負載的需求。V-表示來自控制結構的輸出電壓。電感器22的電感優選地相對小，被選擇以匹配太陽能板10和其內部電容的特性。
[0026]當開關26閉合時，但單元16的內部電容能夠放電，線路24中的開關26的閉合導致LCR電路的形成，從內部電容的放電被提供給電感器22，增加該電感的電流供應由此在隨后再打開開關26時，來自電感器22的能量能被提取并用于滿足負載。當開關26被閉合時，來自單元16的增加的輸出電流被提供給電感22，導致在電感22中存儲能量。之后開關的打開使得功率從電感22被提取并提供給負載同時還導致內部電容再次充電