最大功率點(diǎn)跟蹤控制器及相關(guān)系統(tǒng)與方法
【專利說明】最大功率點(diǎn)跟蹤控制器及相關(guān)系統(tǒng)與方法
【背景技術(shù)】
[0001] 光伏電池產(chǎn)生隨電流、電池運(yùn)行條件、電池物理學(xué)、電池缺陷和電池照度而變化的 電壓。如圖1所示，用于光伏電池的一個數(shù)學(xué)模型將輸出電流模擬為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，包括： 輸入端口，所述輸入端口用于電耦合到電源； 輸出端口，所述輸出端口用于電耦合到負(fù)載； 控制開關(guān)器件，所述控制開關(guān)器件適于在其導(dǎo)通狀態(tài)與非導(dǎo)通狀態(tài)之間反復(fù)切換，以 將功率從所述輸入端口傳送到所述輸出端口；以及 控制子系統(tǒng)，所述控制子系統(tǒng)適于至少部分地基于表示流出所述輸出端口的電流的信 號來控制所述控制開關(guān)器件的切換，以調(diào)節(jié)跨所述輸入端口的電壓，以使表示從所述輸出 端口輸出的功率的信號最大化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于至少部分地 基于表示流出所述輸出端口的電流的所述信號和跨所述輸入端口的所述電壓與參考電壓 之間的差來控制所述控制開關(guān)器件的切換。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于改變所述參 考電壓的量值，以使表示從所述輸出端口輸出的功率的所述信號最大化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于部分地基于 由-Kv*(Vin-Vref)+Ki*Io給出的誤差信號來控制所述控制開關(guān)器件的切換，其中，Kv是 第一縮放因子，Ki是第二因子，Vin是跨所述輸入端口的所述電壓，Vref是所述參考電壓， 以及Io是表示流出所述輸出端口的電流的所述信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制開關(guān)器件電耦合在所述輸 入端口的第一端子與所述輸出端口的第一端子之間，所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制器還包括續(xù) 流器件，所述續(xù)流器件電耦合在所述輸出端口的所述第一端子與所述輸出端口的第二端子 之間，所述續(xù)流器件適于當(dāng)所述控制開關(guān)器件處于其非導(dǎo)通狀態(tài)時為在所述輸出端口的所 述第一端子與所述第二端子之間流動的電流提供路徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)包括乘法器，所述 乘法器適于根據(jù)表示跨所述輸出端口的平均電壓的縮放信號與表示流出所述輸出端口的 平均電流的縮放信號的乘積來確定表示從所述輸出端口輸出的功率的所述信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還包括： 電壓縮放子系統(tǒng)，所述電壓縮放子系統(tǒng)適于通過將表示跨所述輸出端口的平均電壓的 信號縮放到第一預(yù)定范圍內(nèi)來生成表示跨所述輸出端口的平均電壓的所述縮放信號；以及 電流縮放子系統(tǒng)，所述電流縮放子系統(tǒng)適于通過將表示流出所述輸出端口的平均電流 的信號縮放到第二預(yù)定范圍內(nèi)來生成表示流出所述輸出端口的平均電流的所述縮放信號。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述電流縮放子系統(tǒng)還適于防止表 示流出所述輸出端口的平均電流的所述縮放信號的量值下降到最小閾值以下。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述電流縮放子系統(tǒng)還適于當(dāng)表示 流出所述輸出端口的平均電流的所述信號在第一數(shù)值范圍內(nèi)時，將正偏移值增加到表示流 出所述輸出端口的平均電流的所述縮放信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還包括電流濾波 器子系統(tǒng)，所述電流濾波器子系統(tǒng)適于通過對表示流出所述輸出端口的電流的所述信號進(jìn) 行濾波來生成表示流出所述輸出端口的平均電流的所述信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還包括電壓濾波 器子系統(tǒng)，所述電壓濾波器子系統(tǒng)適于通過對表示跨所述輸出端口的電壓的信號進(jìn)行濾波 來生成表示跨所述輸出端口的平均電壓的所述信號。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于當(dāng)跨所述 輸入端口的所述電壓下降到閾值以下時，抑制所述參考電壓的所述量值的減小。
13. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于當(dāng)抑制所 述參考電壓的所述量值的減小會導(dǎo)致跨所述輸入端口的所述電壓下降到閾值以下時，抑制 所述參考電壓的所述量值的減小。
14. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于當(dāng)跨所述 輸入端口的所述電壓上升到閾值以上時，抑制所述參考電壓的所述量值的增大。
15. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于： 當(dāng)用以控制所述控制開關(guān)器件的占空比的命令低于第一閾值時，將所述參考電壓的所 述量值改變第一步長，以使表示從所述輸出端口輸出的功率的所述信號最大化；以及 當(dāng)用以控制所述控制開關(guān)器件的占空比的命令大于或等于第二閾值時，將所述參考電 壓的所述量值改變第二步長，以使表示從所述輸出端口輸出的功率的所述信號最大化； 所述第二步長小于所述第一步長。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述第一閾值與所述第二閾值相 同。
17. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于： 當(dāng)表示從所述輸出端口輸出的功率的所述信號的在所述參考電壓的量值的連續(xù)變化 之間的差低于第一閾值時，將所述參考電壓的所述量值改變第一步長，以使表示從所述輸 出端口輸出的功率的所述信號最大化；以及 當(dāng)表示從所述輸出端口輸出的功率的所述信號的在所述參考電壓的量值的連續(xù)變化 之間的差大于或等于第二閾值時，將所述參考電壓的所述量值改變第二步長，以使表示從 所述輸出端口輸出的功率的所述信號最大化； 所述第二步長大于所述第一步長。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述第一閾值與所述第二閾值相 同。
19. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于： 當(dāng)用以控制所述控制開關(guān)器件的占空比的命令在第一數(shù)值范圍內(nèi)時，以第一速率改變 所述參考電壓的所述量值，以使表示從所述輸出端口輸出的功率的所述信號最大化；以及 當(dāng)用以控制所述控制開關(guān)器件的所述占空比的命令在第二數(shù)值范圍內(nèi)時，以第二速率 改變所述參考電壓的所述量值，以使表示從所述輸出端口輸出的功率的所述信號最大化； 所述第二速率大于所述第一速率。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述第一數(shù)值范圍表示所述控制 開關(guān)器件的所述占空比在零與百分之百之間的命令，以及所述第二數(shù)值范圍表示所述控制 開關(guān)器件的所述占空比小于零或者大于百分之百的命令。
21. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于：響應(yīng)于跨 所述輸入端口的所述電壓的所述量值下降到閾值以下而增大所述參考電壓的所述量值。
22. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于：在啟動所 述開關(guān)電路時，至少部分地基于跨所述輸入端口的所述電壓的初始值來設(shè)定所述參考電壓 的初始量值。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于：在啟動 所述開關(guān)電路時，將所述參考電壓的所述初始量值設(shè)定為跨是所述輸入端口的所述電壓的 分?jǐn)?shù)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于：響應(yīng)于表 示流出所述輸出端口的電流的所述信號指示流出所述輸出端口的電流的量值已經(jīng)下降到 第一閾值電平以下而減小所述參考電壓的所述量值。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制子系統(tǒng)還適于：響應(yīng)于 表示流出所述輸出端口的電流的所述信號指示流出所述輸出端口的電流的量值已經(jīng)下降 到第二閾值電平以下而以固定占空比操作所述控制開關(guān)器件，其中，所述第二閾值電平低 于所述第一閾值電平。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，所述控制開關(guān)器件和所述控制子 系統(tǒng)是共同的集成電路的部分。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器，其中： 所述控制開關(guān)器件包括動態(tài)調(diào)整尺寸的場效應(yīng)晶體管； 所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制器還包括電流重構(gòu)器子系統(tǒng)，所述電流重構(gòu)器子系統(tǒng)適于生 成表示