專利名稱：可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
已有的太陽(yáng)能技術(shù)基本都是基于照明、大型發(fā)電工程等等；針對(duì)空調(diào)器、電冰 箱等家用電器的電源的應(yīng)用也都是把太陽(yáng)能逆變成交流電后，再二次轉(zhuǎn)換成直流電，由 于多了一次逆變，效率較低；同時(shí)需要與市電同步，電路復(fù)雜；單獨(dú)組網(wǎng)的在沒(méi)有太陽(yáng) 時(shí)使用效果欠佳。太陽(yáng)能電池板一般是直接并聯(lián)或串聯(lián)，當(dāng)出現(xiàn)某一塊電池板出問(wèn)題或被遮蔭 時(shí)，太陽(yáng)能電池板陣列的工作將大受影響，出問(wèn)題或被遮蔭的電池板會(huì)異常發(fā)熱，嚴(yán)重 時(shí)整個(gè)電源系統(tǒng)甚至不能正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作靈活、制作成本低、性能穩(wěn) 定、適用范圍廣的可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)及其控制方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中 的不足之處。按此目的設(shè)計(jì)的一種可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能控制器和 太陽(yáng)能電池板陣列，其特征是太陽(yáng)能電池板陣列的輸出與太陽(yáng)能控制器連接，太陽(yáng)能控 制器的輸出直接連接到需要直流電源的用電器并與該用電器的直流電源側(cè)的高壓儲(chǔ)能電 解電容并聯(lián)；太陽(yáng)能控制器包括主控MCU、DC-DC隔離變換電路、DC電壓隔離取樣單 元電路和DC電壓取樣單元電路，太陽(yáng)能電池板陣列由二個(gè)以上的控制與變換單元組成， 每個(gè)控制與變換單元包括一個(gè)太陽(yáng)能電池板和一個(gè)MPPT與BOOST控制單元。所述DC電壓取樣單元電路的輸入與太陽(yáng)能電池板陣列的輸出連接，DC電壓取 樣單元電路的輸出與主控MCU連接。所述DC電壓隔離取樣單元電路的輸入與DC-DC隔離變換電路的輸出連接；DC 電壓隔離取樣單元電路的輸出與主控MCU連接。所述主控MCU的輸出與DC-DC隔離變換電路相連。所述控制與變換單元中的太陽(yáng)能電池板的輸出直接與MPPT與BOOST控制單元連接。所述太陽(yáng)能電池板陣列包括由二個(gè)以上的控制與變換單元串聯(lián)構(gòu)成的基本串聯(lián) 單元；或者，包括由二個(gè)以上的控制與變換單元并聯(lián)構(gòu)成的基本并聯(lián)單元；或者，包括 由二個(gè)以上的基本串聯(lián)單元并聯(lián)構(gòu)成的并-串連陣列；或者，包括由二個(gè)以上的基本并 聯(lián)單元串聯(lián)構(gòu)成的串-并聯(lián)陣列。一種可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)的控制方法，DC-DC隔離變換電路預(yù) 設(shè)負(fù)載端輸出電壓值，該負(fù)載端輸出電壓值大于市電提供的負(fù)載端輸出電壓值，主控 MCU3調(diào)整DC-DC隔離變換電路的輸出電壓的方法包括DC隔離取樣單元電路檢測(cè)DC-DC隔離變換電路的輸出電壓，負(fù)載較重而低于預(yù)設(shè)定輸出電壓時(shí)，主控MCU不斷 的增加驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比，直至達(dá)到允許的最大值后不在增加，不足的能量將由市 電提供；當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，主控MCU調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比，輸出電壓達(dá)到設(shè)定的目 標(biāo)值后維持該占空比以使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值上；當(dāng)負(fù)載原因或太陽(yáng)能電池板陣列的 原因?qū)е螺敵鲭妷喊l(fā)生波動(dòng)時(shí)，主控MCU根據(jù)DC隔離取樣單元電路、DC取樣單元電 路的取樣結(jié)果調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比。所述BOOST電路預(yù)設(shè)太陽(yáng)能電池板陣列的輸出電壓值，當(dāng)DC-DC隔離變換電 路的能量需求小于太陽(yáng)能電池板陣列能提供的最大功率時(shí)，MPPT太陽(yáng)能最大能力跟蹤 控制功能關(guān)閉，BOOST電路以預(yù)設(shè)定的輸出電壓值進(jìn)行控制；當(dāng)DC-DC隔離變換電路 的能量需求增加，不能夠穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的電壓值上，此時(shí)MPPT太陽(yáng)能最大能力跟蹤控制 功能打開(kāi)，MPPT功能控制BOOST電路的輸出占空比，使太陽(yáng)能電池的輸出能量達(dá)到最 大。本發(fā)明可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)的DC-DC隔離變換電路通過(guò)預(yù)設(shè)負(fù)載 端輸出電壓值，該負(fù)載端輸出電壓值大于市電提供的負(fù)載端輸出電壓值，當(dāng)DC隔離取樣 單元電路檢測(cè)DC-DC隔離變換電路的輸出電壓，負(fù)載較重而低于預(yù)設(shè)定輸出電壓時(shí)，主 控MCU不斷的增加驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比，直至達(dá)到允許的最大值后不在增加，不足的 能量將由市電提供；當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，主控MCU調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比，輸出電壓達(dá) 到設(shè)定的目標(biāo)值后維持該占空比以使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值上；當(dāng)負(fù)載原因或太陽(yáng)能電 池板陣列的原因?qū)е螺敵鲭妷喊l(fā)生波動(dòng)時(shí)，主控MCU根據(jù)DC隔離取樣單元電路、DC 取樣單元電路的取樣結(jié)果調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比。另外，BOOST電路預(yù)設(shè)太陽(yáng)能電 池板陣列的輸出電壓值，當(dāng)DC-DC隔離變換電路的能量需求小于太陽(yáng)能電池板陣列能提 供的最大功率時(shí)，MPPT太陽(yáng)能最大能力跟蹤控制功能關(guān)閉，BOOST電路以預(yù)設(shè)定的輸 出電壓值進(jìn)行控制；當(dāng)DC-DC隔離變換電路的能量需求增加，不能夠穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的電壓 值上，此時(shí)MPPT太陽(yáng)能最大能力跟蹤控制功能打開(kāi)，MPPT功能控制BOOST電路的輸 出占空比，使太陽(yáng)能電池的輸出能量達(dá)到最大。通過(guò)上述控制系統(tǒng)及其控制方法，可以 實(shí)現(xiàn)最大程度利用太陽(yáng)能，減少對(duì)市電的依賴。本發(fā)明通過(guò)把太陽(yáng)能電池板單元和MPPT與BOOST控制單元組成一個(gè)控制與變 換單元，然后將控制與變換單元進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)等組合，構(gòu)成太陽(yáng)能電池板陣列，可以 實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板陣列中的每個(gè)太陽(yáng)能電池板單元的最大能量輸出，同時(shí)弱化個(gè)體的出 現(xiàn)問(wèn)題對(duì)整套太陽(yáng)能電池板陣列的影響，提高在出現(xiàn)故障或異常情況下的太陽(yáng)能電池板 陣列的輸出能量。太陽(yáng)能經(jīng)DC-DC隔離變換后，直接用直流電與市電經(jīng)AC-DC變換后 的直流電并聯(lián)，減少了目前常見(jiàn)的DC-AC逆變后再經(jīng)過(guò)AC-DC變換的環(huán)節(jié)，提高了變 換的效率，同時(shí)也避免了與電網(wǎng)的市電進(jìn)行同步，減少了技術(shù)的復(fù)雜度。本發(fā)明避免了太陽(yáng)能的二次逆變，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)在太陽(yáng)能控制器內(nèi)的市電轉(zhuǎn)直 流電后與太陽(yáng)能電經(jīng)隔離升壓后的并聯(lián)，并能實(shí)現(xiàn)可控的自由切換，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能的最 大化利用，同時(shí)在太陽(yáng)能不足時(shí)利用市電不降低空調(diào)器、電冰箱等家用電器的實(shí)際使用 效果。同時(shí)，由于針對(duì)單個(gè)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行專用的MPPT控制與BOOST變換，利用 BOOST電路的電流源特性與輸出二極管的反向阻斷特性，可以輕易的實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板 陣列的不同規(guī)模的串聯(lián)、并聯(lián)、串-并聯(lián)或并_串聯(lián)，當(dāng)其中的某一個(gè)或某幾個(gè)太陽(yáng)能電池板出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，對(duì)整個(gè)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的影響減到最小，在太陽(yáng)能陣列配置合理時(shí)幾 乎不會(huì)影響其工作。本發(fā)明中的控制與變換單元中的太陽(yáng)能電池板單元的輸出直接與MPPT與 BOOST控制單元連接，由MPPT與BOOST控制單元進(jìn)行太陽(yáng)能的最大能力跟蹤控制及 BOOST升壓變換。本發(fā)明中的太陽(yáng)能控制器及太陽(yáng)能電池板陣列與輸出的直流電是完全隔離的。 當(dāng)然，還可以根據(jù)實(shí)際的需要做成不隔離的。本發(fā)明利用取之不盡的綠色能源太陽(yáng)能來(lái)驅(qū)動(dòng)空調(diào)器電冰箱等家用電器的運(yùn) 行，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能經(jīng)DC-DC變換后與市電經(jīng)過(guò)整流的直流電直接并聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電 池輕易構(gòu)成中/大型的陣列，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作靈活、制作成本低、性能穩(wěn)定、 適用范圍廣的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的原理框圖。圖2為本發(fā)明中的控制與變換單元的工作原理框圖。圖3為本發(fā)明中的BOOST變換單元的工作原理簡(jiǎn)圖。圖4為本發(fā)明中的DC-DC隔離變換電路的全橋電路工作原理圖。圖5為本發(fā)明中的DC-DC隔離變換電路的CUK電路工作原理圖。圖6為本發(fā)明中的基本串聯(lián)單元示意圖。圖7為本發(fā)明中的基本并聯(lián)單元示意圖。圖8為本發(fā)明中的串-并聯(lián)陣列示意圖。圖9為本發(fā)明中的并_串聯(lián)陣列示意圖。圖中1為太陽(yáng)能控制器，2為太陽(yáng)能電池板陣列，3為主控MCU，4為DODC 隔離變換電路，6為DC電壓隔離取樣單元電路，7為DC電壓取樣單元電路，8為控制與 變換單元，81為太陽(yáng)能電池板，82為MPPT與BOOST控制單元。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參見(jiàn)圖1，本可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能控制器1和太陽(yáng)能 電池板陣列2;太陽(yáng)能控制器1主要由DC-DC隔離變換電路4、DC電壓隔離取樣單元電 路6、DC電壓取樣單元電路7、主控MCU3組成；太陽(yáng)能電池板陣列2由二個(gè)以上的控 制與變換單元8組成，見(jiàn)圖2所示，每個(gè)控制與變換單元8包括一個(gè)太陽(yáng)能電池板81及 一個(gè)MPPT與BOOST控制單元82。太陽(yáng)能電池板陣列2的輸出與太陽(yáng)能控制器1連接，太陽(yáng)能控制器1的輸出直接 連接到需要直流電源的用電器，比如空調(diào)器的直流電源側(cè)，并與用電器的直流電源側(cè) 的高壓儲(chǔ)能電解電容并聯(lián)。DC電壓隔離取樣單元電路6的輸入與DC-DC隔離變換電路4的輸出連接，隔 離取樣電路使用公知的電阻分壓加隔離運(yùn)放電路，也可以采用隔離取樣集成專用模塊， 還可以是帶光耦的電阻取樣網(wǎng)絡(luò)的取樣電路，及其他方式的隔離取樣電路。
DC電壓隔離取樣單元電路6的輸出與主控MCU3連接，用于檢測(cè)DODC隔 離變換電路4的輸出電壓，主控MCU3根據(jù)該輸出電壓進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)整 DC-DC隔離變換電路4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比進(jìn)行調(diào)整?？刂婆c變換單元中的太陽(yáng)能電池板單元的輸出直接與MPPT與BOOST控制單 元連接，由MPPT與BOOST控制單元進(jìn)行太陽(yáng)能的最大能力跟蹤控制及BOOST升壓變換。主控MCU3調(diào)整DC-DC隔離變換電路4的輸出電壓的方法是當(dāng)太陽(yáng)能充足且 負(fù)載適當(dāng)時(shí)，輸出電壓可以達(dá)到設(shè)定值，此設(shè)定值一定要大于市電經(jīng)過(guò)變換后的直流電 電壓，使得市電側(cè)的直流電輸出的不導(dǎo)通，從而市電供電完全截止，完全由太陽(yáng)能電池 提供能量。當(dāng)負(fù)載加重后和/或太陽(yáng)能變?nèi)鯐r(shí)，此時(shí)太陽(yáng)能的能量不足以滿足負(fù)載的需 求，此時(shí)電壓下降，當(dāng)下降到足夠低之后，市電側(cè)的直流電通過(guò)輸出二極管將市電自動(dòng) 接入，此時(shí)太陽(yáng)能按照啟動(dòng)MPPT功能按最大能力輸出，具體表現(xiàn)為當(dāng)通過(guò)DC隔離取 樣單元電路6檢測(cè)到DC-DC隔離變換電路4的能量需求較小時(shí)，MPPT太陽(yáng)能最大能力 跟蹤控制功能關(guān)閉，BOOST電路以預(yù)設(shè)定的輸出電壓值進(jìn)行控制；隨著DC-DC隔離變 換電路4的能量需求的增加，最終不能夠穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的電壓值上，此時(shí)MPPT太陽(yáng)能最大 能力跟蹤控制功能打開(kāi)并發(fā)揮作用，由MPPT功能來(lái)控制BOOST電路的輸出占空比，此 時(shí)太陽(yáng)能電池的輸出能量達(dá)到最大。主控MCU3的輸出與DC-DC隔離變換電路4相連，結(jié)合DC隔離取樣單元電路 6和DC電壓取樣單元電路7的取樣輸出一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)DC-DC隔離變換電路4的驅(qū)動(dòng)脈 沖信號(hào)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)DC-DC隔離變換電路4的輸出電壓的調(diào)整。隔離取樣電路可 以是帶光耦的電阻取樣網(wǎng)絡(luò)，也可以是帶隔離功能的運(yùn)算放大器的輸入使用電阻網(wǎng)絡(luò)的 取樣電路，還可以是其他方式的隔離取樣電路。處于安全方面的考慮，太陽(yáng)能控制器1及太陽(yáng)能電池陣列2與輸出的直流電是完 全隔離的，中間使用高頻安全隔離變壓器進(jìn)行隔離與能量的傳送。太陽(yáng)能控制器1中的DC電壓取樣單元電路7的工作過(guò)程描述如下太陽(yáng)能控制 器1的DC電壓取樣單元電路7的輸入與太陽(yáng)能電池板陣列2的輸出連接，DC電壓取樣 單元電路7的輸出與主控MCU3連接，用于檢測(cè)太陽(yáng)能電池板陣列2的輸出電壓，使用電 阻分壓取樣電路。DC-DC電壓隔離取樣單元電路6的輸出與DC-DC隔離變換電路4的 輸出連接，輸出與主控MCU3連接，用于檢測(cè)DC-DC隔離變換電路4的輸出電壓，主控 MCU3根據(jù)該輸出電壓值進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。參見(jiàn)圖2，控制與變換單元8中的太陽(yáng)能電池板81的輸出直接與MPPT與 BOOST控制單元82連接，由MPPT與BOOST控制單元82進(jìn)行太陽(yáng)能的最大能力跟蹤 控制及BOOST升壓變換，其中MPPT技術(shù)采用公知的一般性技術(shù)，包括一個(gè)智能化的單 片機(jī)及相關(guān)的外圍電路?？刂婆c變換單元8中的太陽(yáng)能電池板81的輸出直接與MPPT與BOOST控制單元 82連接，由MPPT與BOOST控制單元82進(jìn)行太陽(yáng)能的最大能力跟蹤控制及BOOST升 壓變換。由于將太陽(yáng)能單個(gè)電池板的電能輸出直接連接了 一個(gè)專屬的MPPT與BOOST控 制單元，這樣就可以實(shí)現(xiàn)把太陽(yáng)能電池及其控制單元作為一個(gè)整體參與構(gòu)建電池陣列。MPPT功能可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的最大能力的利用，實(shí)現(xiàn)單塊太陽(yáng)能電池板的最大能力輸出。 而BOOST電路由電路理論可知是一種電流源型的變換電路，理論上利用BOOST電路可 以實(shí)現(xiàn)與任意的電源電壓并聯(lián)，實(shí)際上還要受到BOOST電路所選擇的器件的極限參數(shù)的 限制，所有其輸出可以在根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)的BOOST電路允許的極限范圍內(nèi)的任意值的 電壓并聯(lián)。參見(jiàn)圖3，控制與變換單元8的基本構(gòu)成單元BOOST電路，其輸出為一個(gè)二極 管，利用二極管的單向?qū)щ娞匦约癇OOST電路的電流源特性，可方便地實(shí)現(xiàn)多個(gè)基本單 元的串聯(lián)或并聯(lián)。由于二極管的單向?qū)щ娦?，?dāng)該太陽(yáng)能電池板或其控制部分出現(xiàn)異常 時(shí)，二極管可以阻止并聯(lián)輸出端的電壓進(jìn)行回授；故多路并聯(lián)時(shí)其中的一路或多路損壞 時(shí)不會(huì)影響到其他路的輸出。對(duì)于串聯(lián)支路則會(huì)阻斷該支路的電流的輸出，故多路串聯(lián) 時(shí)該支路的輸出將會(huì)被阻斷。見(jiàn)圖4-圖5，為DC-DC隔離變換電路4可以采用的電路形式，太陽(yáng)能控制器 1及太陽(yáng)能電池板陣列2與輸出的直流電是完全隔離的，中間使用高頻安全隔離變壓器進(jìn) 行隔離與能量的傳送，其中，圖4為全橋逆變高頻變壓器隔離電路，圖5為CUK結(jié)構(gòu)高 頻變壓器隔離電路。主控MCU3調(diào)整DC-DC隔離變換電路4的輸出電壓的方法是當(dāng)通過(guò)DC電 壓隔離取樣單元電路6檢測(cè)到DC-DC隔離變換電路4的輸出因負(fù)載較重而低于設(shè)定電壓 時(shí)，主控MCU3就不斷的增加驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比，直至達(dá)到允許的最大值后就不在 增加，不足的能量將由市電補(bǔ)充提供。當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，主控MCU3適當(dāng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比，在輸出電壓達(dá)到 設(shè)定的目標(biāo)值后就維持該占空比以使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值上；當(dāng)由于負(fù)載原因或太陽(yáng) 能電池板陣列的原因?qū)е螺敵鲭妷喊l(fā)生波動(dòng)時(shí)，主控MCU3根據(jù)DC隔離取樣單元電路6 的取樣結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的差異，還可以根據(jù)需要將以上技術(shù)方案不使用隔離變壓 器，而直接使用公知的BOOST或CUK電路做成不隔離的。參見(jiàn)圖6-圖9，太陽(yáng)能電池陣列2包括由二個(gè)以上的控制與變換單元8串聯(lián)構(gòu) 成的基本串聯(lián)單元，見(jiàn)圖6，如由Al控制與變換單元、A2控制與變換單元、……、An 控制與變換單元串聯(lián)構(gòu)成的基本串聯(lián)單元；或者包括由二個(gè)以上的控制與變換單元8并聯(lián)構(gòu)成的基本并聯(lián)單元，見(jiàn)圖7，如 由Al控制與變換單元、A2控制與變換單元、……、An控制與變換單元串聯(lián)構(gòu)成的基 本并聯(lián)單元；或者包括由二個(gè)以上的基本并聯(lián)單元串聯(lián)構(gòu)成的串-并聯(lián)陣列，見(jiàn)圖8，如由Al 基本并聯(lián)單元、A2基本并聯(lián)單元、……、An基本并聯(lián)單元串聯(lián)構(gòu)成的串_并聯(lián)陣列；或者包括由二個(gè)以上的基本串聯(lián)單元并聯(lián)構(gòu)成的并-串連陣列，見(jiàn)圖9，如由Al 基本串聯(lián)單元、A2基本串聯(lián)單元、……、An基本串聯(lián)單元構(gòu)成的串聯(lián)單元，與由Bl 基本串聯(lián)單元、B2基本串聯(lián)單元、……、Bn基本串聯(lián)單元構(gòu)成的串聯(lián)單元并聯(lián)構(gòu)成的 并-串聯(lián)陣列。由控制與變換單元82構(gòu)成基本單元，多個(gè)基本單元串聯(lián)后組成一個(gè)大的基本串 聯(lián)單元；多個(gè)基本單元還可以并聯(lián)成為一個(gè)大的基本并聯(lián)單元；多個(gè)大的串聯(lián)級(jí)數(shù)相同的基本串聯(lián)單元或雖然級(jí)數(shù)有差異但輸出電壓與電流特性相近的基本串聯(lián)單元還可以再 并聯(lián)，構(gòu)成串-并聯(lián)太陽(yáng)能電池板陣列。單個(gè)串聯(lián)支路的電壓特性要保持一致或相似， 否則并聯(lián)后的陣列的輸出電壓將受限于這組輸出電壓不一致的串聯(lián)支路。多個(gè)大的基本并聯(lián)單元還可以再串聯(lián)組成并-串聯(lián)太陽(yáng)能陣列，基本并聯(lián)單元 的電流特性要一致，如果其電流特性不一致的話，串聯(lián)后的陣列的輸出電流將受限于輸 出電流最小的那組基本并聯(lián)單元，從而造成資源浪費(fèi)。如此重復(fù)，根據(jù)需要進(jìn)行更大范圍的交叉延伸組合，構(gòu)成更大規(guī)模的串-并聯(lián) 陣列、并-串聯(lián)陣列、串-聯(lián)混合陣列，比如串-并-串聯(lián)、并-串-并、串-并_串-并等等。太陽(yáng)能電池控制與變換單元8的工作過(guò)程為當(dāng)太陽(yáng)能控制器1的輸出負(fù)載變 輕，即DC-DC隔離變換電路4的能量需求較小時(shí)，MPPT太陽(yáng)能最大能力跟蹤控制功能 關(guān)閉，BOOST電路以預(yù)設(shè)定的輸出電壓值350Vdc進(jìn)行控制；隨著太陽(yáng)能控制器的輸出 負(fù)載越來(lái)越重，DC-DC隔離變換電路4的能量需求的越來(lái)越大，最終太陽(yáng)能控制器1的 輸出電壓不能夠穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的電壓值350Vdc上時(shí)，MPPT太陽(yáng)能最大能力跟蹤控制功能 打開(kāi)并發(fā)揮作用，由MPPT功能來(lái)控制BOOST電路的輸出占空比，此時(shí)太陽(yáng)能電池的輸 出能量達(dá)到最大。促成控制與變換單元82的太陽(yáng)能電池的規(guī)格可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行定制，可 以是一樣的，也可以是不一樣的，但其MPPT與BOOST控制單元電路必須是相同或相近 規(guī)格的，其輸出的電流特性與電壓特性必須相同或相似，以方便進(jìn)行并聯(lián)、串聯(lián)組合成 太陽(yáng)能電池板陣列。在MPPT的控制中及BOOST電路的DODC升壓轉(zhuǎn)換控制中，包含有太陽(yáng)能電 池的電流檢測(cè)及電壓功能與過(guò)流、過(guò)壓、欠壓保護(hù)功能，有輸出電流過(guò)流及輸出電壓過(guò) 壓、低壓保護(hù)功能，限制超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)格的電流與電壓輸出，以提高太陽(yáng)能控制與變換單 元的長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性與可靠性。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的差異，本發(fā)明還可以根據(jù)需要將以上技術(shù)方案不使用隔離 變壓器，而直接使用公知的BOOST或CUK電路做成不隔離的。
權(quán)利要求
1.一種可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)，包括太陽(yáng)能控制器⑴和太陽(yáng)能電池板陣 列(2)，其特征是太陽(yáng)能電池板陣列(2)的輸出與太陽(yáng)能控制器(1)連接，太陽(yáng)能控制器 (1)的輸出直接連接到需要直流電源的用電器并與該用電器的直流電源側(cè)的高壓儲(chǔ)能電解 電容并聯(lián)；太陽(yáng)能控制器⑴包括主控MCU (3)、DC-DC隔離變換電路(4)、DC電壓 隔離取樣單元電路(6)和DC電壓取樣單元電路(7)，太陽(yáng)能電池板陣列(2)由二個(gè)以上 的控制與變換單元(8)組成，每個(gè)控制與變換單元(8)包括一個(gè)太陽(yáng)能電池板(81)和一 個(gè)MPPT與BOOST控制單元(82)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)，其特征是所述DC電壓 取樣單元電路(7)的輸入與太陽(yáng)能電池板陣列(2)的輸出連接，DC電壓取樣單元電路(7) 的輸出與主控MCU(3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)，其特征是所述DC 電壓隔離取樣單元電路(6)的輸入與DC-DC隔離變換電路⑷的輸出連接；DC電壓隔 離取樣單元電路(6)的輸出與主控MCU(3)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)，其特征是所述主控 MCU(3)的輸出與DC-DC隔離變換電路⑷相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)，其特征是所述控制與變 換單元⑶中的太陽(yáng)能電池板(81)的輸出直接與MPPT與BOOST控制單元(82)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)，其特征是所述太陽(yáng) 能電池板陣列(2)包括由二個(gè)以上的控制與變換單元(8)串聯(lián)構(gòu)成的基本串聯(lián)單元；或 者，包括由二個(gè)以上的控制與變換單元(8)并聯(lián)構(gòu)成的基本并聯(lián)單元；或者，包括由二 個(gè)以上的基本串聯(lián)單元并聯(lián)構(gòu)成的并-串連陣列；或者，包括由二個(gè)以上的基本并聯(lián)單 元串聯(lián)構(gòu)成的串-并聯(lián)陣列。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征 在于所述DC-DC隔離變換電路(4)預(yù)設(shè)負(fù)載端輸出電壓值，該負(fù)載端輸出電壓值大于 市電提供的負(fù)載端輸出電壓值，主控MCU3調(diào)整DC-DC隔離變換電路⑷的輸出電壓的 方法包括DC隔離取樣單元電路(6)檢測(cè)DC-DC隔離變換電路⑷的輸出電壓，負(fù)載較 重而低于預(yù)設(shè)定輸出電壓時(shí)，主控MCU(3)不斷的增加驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比，直至達(dá) 到允許的最大值后不在增加，不足的能量將由市電提供；當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，主控MCU(3) 調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的占空比，輸出電壓達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)值后維持該占空比以使輸出電壓 穩(wěn)定在設(shè)定值上；當(dāng)負(fù)載原因或太陽(yáng)能電池板陣列的原因?qū)е螺敵鲭妷喊l(fā)生波動(dòng)時(shí)，主 控MCU (3)根據(jù)DC隔離取樣單元電路(6)、DC取樣單元電路(7)的取樣結(jié)果調(diào)整驅(qū)動(dòng) 脈沖信號(hào)的占空比。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于所述BOOST電路預(yù)設(shè)太陽(yáng)能電池板陣列(2)的輸出電壓值，當(dāng)DC-DC隔離變換電 路⑷的能量需求小于太陽(yáng)能電池板陣列⑵能提供的最大功率時(shí)，MPPT太陽(yáng)能最大能 力跟蹤控制功能關(guān)閉，BOOST電路以預(yù)設(shè)定的輸出電壓值進(jìn)行控制；當(dāng)DC-DC隔離變 換電路(4)的能量需求增加，不能夠穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的電壓值上，此時(shí)MPPT太陽(yáng)能最大能力 跟蹤控制功能打開(kāi)，MPPT功能控制BOOST電路的輸出占空比，使太陽(yáng)能電池的輸出能 量達(dá)到最大。
全文摘要
一種可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)及其控制方法，可提供直流電源的太陽(yáng)能控制系統(tǒng)包括太陽(yáng)能控制器和太陽(yáng)能電池板陣列，其特征是太陽(yáng)能電池板陣列的輸出與太陽(yáng)能控制器連接，太陽(yáng)能控制器的輸出直接連接到需要直流電源的用電器并與該用電器的直流電源側(cè)的高壓儲(chǔ)能電解電容并聯(lián)；太陽(yáng)能控制器包括主控MCU、DC-DC隔離變換電路、DC電壓隔離取樣單元電路和DC電壓取樣單元電路，太陽(yáng)能電池板陣列由二個(gè)以上的控制與變換單元組成，每個(gè)控制與變換單元包括一個(gè)太陽(yáng)能電池板和一個(gè)MPPT與BOOST控制單元。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能經(jīng)DC-DC變換后與市電經(jīng)過(guò)整流的直流電直接并聯(lián)，其具有操作靈活、性能穩(wěn)定和用范圍廣的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02N6/00GK102013853SQ20101058587
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者李強(qiáng), 王斌 申請(qǐng)人:廣東美的電器股份有限公司