太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，包含電性連接太陽(yáng)陣輸出電壓VSA和太陽(yáng)陣輸出電流ISA的差分模塊，電性連接差分模塊的分壓模塊，電性連接分壓模塊的開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊，電性連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊的電壓比較模塊，置位復(fù)位模塊，電性連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊、電壓比較模塊和置位復(fù)位模塊的邏輯選擇模塊，以及電性連接置位復(fù)位模塊和邏輯選擇模塊的濾波模塊。本發(fā)明基于太陽(yáng)陣輸出特性曲線內(nèi)在特性，交錯(cuò)地?cái)_動(dòng)電壓和電流，可簡(jiǎn)單快速高效地實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，算法與功率沒(méi)有直接關(guān)系，沒(méi)有乘除法運(yùn)算，用硬件電路容易實(shí)現(xiàn)，而且擾動(dòng)連續(xù)，具有更好的可靠性，提高了MPPT算法控制信號(hào)抗輻照特性，具有自主性和高精度，能快速準(zhǔn)確的追蹤到最大功率點(diǎn)，適應(yīng)空間應(yīng)用需求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及航天電源控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路。
【背景技術(shù)】
[0002]功率傳輸技術(shù)是空間電源系統(tǒng)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。功率傳輸方式有直接能量(DET)傳輸方式和最大功率跟蹤(MPPT)傳輸方式。MPPT方式能最大限度利用太陽(yáng)陣的輸出功率。MPPT算法是MPPT方式的重要組成部分。
[0003]傳統(tǒng)的MPPT算法，一般采用如圖1所示的擾動(dòng)法，或者采用如圖2所示的增量電導(dǎo)法，由圖1和圖2可見(jiàn)，傳統(tǒng)的MPPT算法需要采集太陽(yáng)陣的輸出電壓、電流，計(jì)算輸出功率后進(jìn)行一系列的邏輯判斷產(chǎn)生MPPT控制信號(hào)，傳統(tǒng)的MPPT算法需要乘除法器，適合用軟件方式實(shí)現(xiàn)，無(wú)法適應(yīng)空間輻射環(huán)境下的應(yīng)用需求，而且傳統(tǒng)的MPPT算法存在AV階躍擾動(dòng)，無(wú)法適應(yīng)空間高可靠性應(yīng)用需求。
[0004]傳統(tǒng)的MPPT算法由于其抗輻照性和可靠性差，無(wú)法適應(yīng)空間應(yīng)用需求。因此硬件MPPT算法實(shí)現(xiàn)方式是MPPT技術(shù)空間應(yīng)用亟待解決的問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，基于太陽(yáng)陣輸出特性曲線內(nèi)在特性，交錯(cuò)地?cái)_動(dòng)電壓和電流，可簡(jiǎn)單快速高效地實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，算法與功率沒(méi)有直接關(guān)系，沒(méi)有乘除法運(yùn)算，因此用硬件電路容易實(shí)現(xiàn)，而且擾動(dòng)連續(xù)，不存在傳統(tǒng)算法的階越擾動(dòng)，具有更好的可靠性，提高了 MPPT算法控制信號(hào)抗輻照特性，具有自主性和高精度，而且能快速準(zhǔn)確的追蹤到最大功率點(diǎn)，適應(yīng)了空間應(yīng)用的需求。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，包含電性連接信號(hào)源的差分模塊，電性連接差分模塊的分壓模塊，電性連接分壓模塊的開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊，電性連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊的電壓比較模塊，置位復(fù)位模塊，電性連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊、電壓比較模塊和置位復(fù)位模塊的邏輯選擇模塊，以及電性連接置位復(fù)位模塊和邏輯選擇模塊的濾波模塊，所述的信號(hào)源包含兩路信號(hào)，一路是第一信號(hào)源，即太陽(yáng)陣輸出電壓VSA，另一路是第二信號(hào)源，即太陽(yáng)陣輸出電流ISA。
[0007]所述的差分模塊包含第一差分電路和第二差分電路，第一差分電路和第二差分電路的電路結(jié)構(gòu)一致，第一差分電路的輸入端連接第一信號(hào)源，第二差分電路的輸入端連接第二信號(hào)源，該第一差分電路和第二差分電路分別差分輸出第一信號(hào)源和第二信號(hào)源；
所述的第一差分電路包含第一運(yùn)算放大器，該第一運(yùn)算放大器的正級(jí)輸入端通過(guò)第一電阻連接第一信號(hào)源，并通過(guò)第三電阻接地，第一運(yùn)算放大器的負(fù)級(jí)輸入端通過(guò)第二電阻接地，并通過(guò)第四電阻連接第一運(yùn)算放大器的輸出端;所述的第二差分電路包含第二運(yùn)算放大器，該第二運(yùn)算放大器的正級(jí)輸入端通過(guò)第五電阻連接第二信號(hào)源，并通過(guò)第七電阻接地，第二運(yùn)算放大器的負(fù)級(jí)輸入端通過(guò)第六電阻接地，并通過(guò)第八電阻連接第二運(yùn)算放大器的輸出端。
[0008]所述的分壓模塊包含第一分壓電路和第二分壓電路，第一分壓電路和第二分壓電路的電路結(jié)構(gòu)一致，第一分壓電路的輸入端連接第一差分電路的輸出端，第二分壓電路的輸入端連接第二差分電路的輸出端，該第一分壓電路和第二分壓電路分別分壓輸出第一信號(hào)源和第二信號(hào)源的差分輸出信號(hào)；
所述的第一分壓電路包含串聯(lián)的第一分壓電阻和第二分壓電阻，第一分壓電阻的正端連接所述第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一分壓電阻的負(fù)端與第二分壓電阻的正端連接，第二分壓電阻的負(fù)端接地，第一信號(hào)源的差分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)第一分壓電阻和第二分壓電阻分壓后通過(guò)第一分壓電阻的負(fù)端輸出；
所述的第二分壓電路包含串聯(lián)的第三分壓電阻和第四分壓電阻，第三分壓電阻的正端連接所述第二運(yùn)算放大器的輸出端，第三分壓電阻的負(fù)端與第四分壓電阻的正端連接，第四分壓電阻的負(fù)端接地，第二信號(hào)源的差分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)第三分壓電阻和第四分壓電阻分壓后通過(guò)第三分壓電阻的負(fù)端輸出。
[0009]所述的開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊包含第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路和第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路，第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路和第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路的電路結(jié)構(gòu)一致，第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路的輸入端連接第一分壓電路的輸出端，第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路的輸入端連接第二分壓電路的輸出端；
所述的第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路包含第一開(kāi)關(guān)器件和第一儲(chǔ)能電容，第一開(kāi)關(guān)器件的輸入端連接第一分壓電路中第一分壓電阻的負(fù)端，第一開(kāi)關(guān)器件的輸出端連接第一儲(chǔ)能電容的正端，第一開(kāi)關(guān)器件的控制端連接邏輯選擇模塊，第一儲(chǔ)能電容的負(fù)端接地；
所述的第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路包含第二開(kāi)關(guān)器件和第二儲(chǔ)能電容，第二開(kāi)關(guān)器件的輸入端連接第二分壓電路中第三分壓電阻的負(fù)端，第二開(kāi)關(guān)器件的輸出端連接第二儲(chǔ)能電容的正端，第二開(kāi)關(guān)器件的控制端連接邏輯選擇模塊，第二儲(chǔ)能電容負(fù)端接地。
[0010]所述的第一開(kāi)關(guān)器件和第二開(kāi)關(guān)器件為低電平導(dǎo)通器件。
[0011]所述的電壓比較模塊包含第一電壓比較器和第二電壓比較器；
所述的第一電壓比較器的正極輸入端連接第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路中第一開(kāi)關(guān)器件的輸出端，第一電壓比較器的負(fù)極輸入端連接第一差分電路中第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一電壓比較器的正負(fù)輸入端的信號(hào)在時(shí)間軸上差一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，并由于分壓模塊和開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊的存在，第一電壓比較器的正負(fù)輸入端在數(shù)值上有一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，第一電壓比較器的輸出端輸出其正負(fù)輸入端的比較信號(hào)；
所述的第二電壓比較器的正極輸入端連接第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路中第二開(kāi)關(guān)器件的輸出端，第二電壓比較器的負(fù)極輸入端連接第二差分電路中第二運(yùn)算放大器的輸出端，第二電壓比較器的正負(fù)輸入端的信號(hào)在時(shí)間軸上差一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，并由于分壓模塊和開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊的存在，第二電壓比較器的正負(fù)輸入端在數(shù)值上有一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，第二電壓比較器的輸出端輸出其正負(fù)輸入端的比較信號(hào)。
[0012]所述的置位復(fù)位模塊包含第三電壓比較器、第四電壓比較器、第一隔離二極管和第二隔離二極管，置位復(fù)位模塊在系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)或者異常時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行置位復(fù)位；
所述的第三電壓比較器的正極輸入端連接第一參考信號(hào)，負(fù)極輸入端連接濾波模塊輸出的MPPT控制信號(hào)，輸出端連接第一隔離二極管的正端，第一隔離二極管的負(fù)端連接邏輯選擇模塊，將復(fù)位信號(hào)輸出給邏輯選擇模塊； 所述的第四電壓比較器的正極輸入端連接濾波模塊輸出的MPPT控制信號(hào)，負(fù)極輸入端連接第二參考信號(hào)，輸出端連接第二隔離二極管的正端，第二隔離二極管的負(fù)端連接邏輯選擇模塊，將置位信號(hào)輸出給邏輯選擇模塊。
[0013]所述的邏輯選擇模塊包含第一與非門(mén)、第二與非門(mén)、第三與非門(mén)和第四與非門(mén)； 所述的第一與非門(mén)的兩個(gè)輸入端分別連接電壓比較模塊中第一電壓比較器的輸出端和置位復(fù)位模塊中第一隔離二極管的負(fù)端，第一與非門(mén)的輸出端連接第三與非門(mén)的輸入端；
所述的第二與非門(mén)的兩個(gè)輸入端分別連接電壓比較模塊中第二電壓比較器的輸出端和置位復(fù)位模塊中第二隔離二極管的負(fù)端，第二與非門(mén)的輸出端連接第四與非門(mén)的輸入端；
所述的第三與非門(mén)的輸出端連接第四與非門(mén)的另一輸入端，所述的第四與非門(mén)的輸出端連接第三與非門(mén)的另一輸入端，第三與非門(mén)的輸出端連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊中第二開(kāi)關(guān)器件的控制端，控制其導(dǎo)通和關(guān)斷，第四與非門(mén)的輸出端連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊中第一開(kāi)關(guān)器件的控制端，控制其導(dǎo)通和關(guān)斷，形成第一信號(hào)源和第二信號(hào)源信號(hào)控制通路的交錯(cuò)選擇；
所述的第一與非門(mén)、第二與非門(mén)、第三與非門(mén)和第四與非門(mén)均為兩輸入與非門(mén)器件。
[0014]所述的濾波模塊包含濾波電阻、濾波電容和第三運(yùn)算放大器；
所述的濾波電阻的輸入端連接邏輯選擇模塊中第三與非門(mén)的輸出端，濾波電阻的輸出端連接濾波電容的正端，濾波電容的負(fù)端接地，濾波電阻和濾波電容的組合電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)第三與非門(mén)輸出的高頻信號(hào)進(jìn)行濾波為低頻信號(hào)，即MPPT控制信號(hào)；
濾波電阻的輸出端同時(shí)連接第三運(yùn)算放大器的正極輸入端，第三運(yùn)算放大器的輸出端連接第三運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端，構(gòu)成反饋電路，第三運(yùn)算放大器的輸出端輸出MPPT控制信號(hào)，形成MPPT控制信號(hào)隔離跟隨輸出，同時(shí)第三運(yùn)算放大器的輸出端分別連接置位復(fù)位模塊中第三電壓比較器的負(fù)極輸入端和第四電壓比較器的正極輸入端。
[0015]本發(fā)明基于太陽(yáng)陣輸出特性曲線內(nèi)在特性，交錯(cuò)地?cái)_動(dòng)電壓和電流，可簡(jiǎn)單快速高效地實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，算法與功率沒(méi)有直接關(guān)系，沒(méi)有乘除法運(yùn)算，因此用硬件電路容易實(shí)現(xiàn)，而且擾動(dòng)連續(xù)，不存在傳統(tǒng)算法的階越擾動(dòng)，具有更好的可靠性，提高了 MPPT算法控制信號(hào)抗輻照特性，具有自主性和高精度，而且能快速準(zhǔn)確的追蹤到最大功率點(diǎn)，適應(yīng)了空間應(yīng)用的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是【背景技術(shù)】中利用擾動(dòng)法進(jìn)行最大功率跟蹤的流程圖。
[0017]圖2是【背景技術(shù)】中利用增量電導(dǎo)法進(jìn)行最大功率跟蹤的流程圖。
[0018]圖3是本發(fā)明提供的一種太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路的硬件電路框圖。
[0019]圖4是本發(fā)明提供的一種太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路的具體電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下根據(jù)圖3和圖4，具體說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
[0021]如圖3所示，本發(fā)明提供一種太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，包含:信號(hào)源I，電性連接信號(hào)源I的差分模塊2，電性連接差分模塊2的分壓模塊3，電性連接分壓模塊3的開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊4，電性連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊4的電壓比較模塊5，置位復(fù)位模塊6，電性連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊4、電壓比較模塊5和置位復(fù)位模塊6的邏輯選擇模塊7，以及電性連接置位復(fù)位模塊6和邏輯選擇模塊7的濾波模塊8。
[0022]如圖4所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供的太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路的輸入端輸入太陽(yáng)陣輸出電壓VSA和太陽(yáng)陣輸出電流ISA信號(hào)，輸出端輸出MPPT控制信號(hào)給外部功率電路，控制外部功率電路追蹤到太陽(yáng)陣的最大功率點(diǎn)。
[0023]所述的信號(hào)源包含兩路信號(hào)，一路是第一信號(hào)源VSA(太陽(yáng)陣輸出電壓)，另一路是第二信號(hào)源ISA(太陽(yáng)陣輸出電流)。
[0024]所述的差分模塊包含第一差分電路和第二差分電路，第一差分電路和第二差分電路的電路結(jié)構(gòu)一致，第一差分電路的輸入端連接第一信號(hào)源VSA，第二差分電路的輸入端連接第二信號(hào)源ISA，該第一差分電路和第二差分電路分別差分輸出第一信號(hào)源VSA和第二信號(hào)源ISA。
[0025]所述的第一差分電路包含第一運(yùn)算放大器Ul，該第一運(yùn)算放大器Ul的正級(jí)輸入端通過(guò)第一電阻Rl連接第一信號(hào)源VSA，并通過(guò)第三電阻R3接地，第一運(yùn)算放大器Ul的負(fù)級(jí)輸入端通過(guò)第二電阻R2接地，并通過(guò)第四電阻R4連接第一運(yùn)算放大器Ul的輸出端;所述的第二差分電路包含第二運(yùn)算放大器U2，該第二運(yùn)算放大器U的正級(jí)輸入端通過(guò)第五電阻R1’連接第二信號(hào)源ISA，并通過(guò)第七電阻R3’接地，第二運(yùn)算放大器U2的負(fù)級(jí)輸入端通過(guò)第六電阻R2’接地，并通過(guò)第八電阻R4’連接第二運(yùn)算放大器U2的輸出端。本實(shí)施例中，差分模塊中的電阻R1、R2、R3、R4、R1’、R2’、R3，、R4’取值范圍為100K Ω及以上。
[0026]所述的分壓模塊包含第一分壓電路和第二分壓電路，第一分壓電路和第二分壓電路的電路結(jié)構(gòu)一致，第一分壓電路的輸入端連接第一差分電路的輸出端，第二分壓電路的輸入端連接第二差分電路的輸出端，該第一分壓電路和第二分壓電路分別分壓輸出第一信號(hào)源VSA和第二信號(hào)源ISA的差分輸出信號(hào)。
[0027]所述的第一分壓電路包含串聯(lián)的第一分壓電阻R5和第二分壓電阻R6，第一分壓電阻R5的正端連接所述第一運(yùn)算放大器Ul的輸出端，第一分壓電阻R5的負(fù)端與第二分壓電阻R6的正端連接，第二分壓電阻R6的負(fù)端接地，第一信號(hào)源VSA的差分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)第一分壓電阻R5和第二分壓電阻R6分壓后通過(guò)第一分壓電阻R5的負(fù)端輸出；所述的第二分壓電路包含串聯(lián)的第三分壓電阻R5’和第四分壓電阻R6’，第三分壓電阻R5’的正端連接所述第二運(yùn)算放大器U2的輸出端，第三分壓電阻R5’的負(fù)端與第四分壓電阻R6’的正端連接，第四分壓電阻R6，的負(fù)端接地，第二信號(hào)源ISA的差分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)第三分壓電阻R5 ’和第四分壓電阻R6，分壓后通過(guò)第三分壓電阻R5，的負(fù)端輸出。本實(shí)施例中，R5/R6的取值可以為0.1以內(nèi)，R6取值范圍為10K歐姆及以上，R5’/R6’的取值可以為0.1以內(nèi)，R6’取值范圍為10K歐姆及以上。
[0028]所述的開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊包含第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路和第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路，第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路和第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路的電路結(jié)構(gòu)一致，第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路的輸入端連接第一分壓電路的輸出端，第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路的輸入端連接第二分壓電路的輸出端。
[0029]所述的第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路包含第一開(kāi)關(guān)器件Ml和第一儲(chǔ)能電容Cl，第一開(kāi)關(guān)器件Ml具有三個(gè)信號(hào)端口，第一開(kāi)關(guān)器件Ml的輸入端連接第一分壓電路中第一分壓電阻R5的負(fù)端(即連接分壓后的第一信號(hào)源VSA差分輸出信號(hào))，第一開(kāi)關(guān)器件Ml的輸出端連接第一儲(chǔ)能電容Cl的正端，第一開(kāi)關(guān)器件Ml的控制端連接邏輯選擇模塊，第一儲(chǔ)能電容Cl的負(fù)端接地，由邏輯選擇模塊控制第一開(kāi)關(guān)器件Ml的開(kāi)通和關(guān)斷，第一開(kāi)關(guān)器件Ml為低電平導(dǎo)通器件;所述的第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路包含第二開(kāi)關(guān)器件M2和第二儲(chǔ)能電容C2，第二開(kāi)關(guān)器件M2具有三個(gè)信號(hào)端口，第二開(kāi)關(guān)器件M2的輸入端連接第二分壓電路中第三分壓電阻R5’的負(fù)端(即連接分壓后的第二信號(hào)源ISA差分輸出信號(hào))，第二開(kāi)關(guān)器件M2的輸出端連接第二儲(chǔ)能電容C2的正端，第二開(kāi)關(guān)器件M2的控制端連接邏輯選擇模塊，第二儲(chǔ)能電容C2負(fù)端接地，由邏輯選擇模塊控制第二開(kāi)關(guān)器件M2的開(kāi)通和關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)器件M2為低電平導(dǎo)通器件。
[0030]所述的電壓比較模塊包含第一電壓比較器U3和第二電壓比較器U4。所述的第一電壓比較器U3的正極輸入端連接第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路中第一開(kāi)關(guān)器件Ml的輸出端，第一電壓比較器U3的負(fù)極輸入端連接第一差分電路中第一運(yùn)算放大器Ul的輸出端，第一電壓比較器U3的正負(fù)輸入端的信號(hào)在時(shí)間軸上差一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，并由于分壓模塊和開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊的存在，第一電壓比較器U3的正負(fù)輸入端在數(shù)值上有一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，第一電壓比較器U3的輸出端輸出其正負(fù)輸入端的比較信號(hào);所述的第二電壓比較器U4的正極輸入端連接第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路中第二開(kāi)關(guān)器件M2的輸出端，第二電壓比較器U4的負(fù)極輸入端連接第二差分電路中第二運(yùn)算放大器U2的輸出端，第二電壓比較器U4的正負(fù)輸入端的信號(hào)在時(shí)間軸上差一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，并由于分壓模塊和開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊的存在，第二電壓比較器U4的正負(fù)輸入端在數(shù)值上有一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，第二電壓比較器U4的輸出端輸出其正負(fù)輸入端的比較信號(hào)。
[0031]所述的置位復(fù)位模塊包含第三電壓比較器U5、第四電壓比較器U6、第一隔離二極管Dl和第二隔離二極管D2，置位復(fù)位模塊在系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)或者異常時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行置位復(fù)位。所述的第三電壓比較器U5的正極輸入端連接第一參考信號(hào)Vl，負(fù)極輸入端連接濾波模塊的輸出端，即連接MPPT控制信號(hào)，輸出端連接第一隔離二極管Dl的正端，隔離二極管Dl的負(fù)端連接邏輯選擇模塊，將復(fù)位信號(hào)Reset輸出給邏輯選擇模塊;所述的第四電壓比較器U6的正極輸入端連接濾波模塊的輸出端，即連接MPPT控制信號(hào)，負(fù)極輸入端連接第二參考信號(hào)V2，輸出端連接第二隔離二極管D2的正端，第二隔離二極管D2的負(fù)端連接邏輯選擇模塊，將置位信號(hào)Set輸出給邏輯選擇模塊。本實(shí)施例中，第一參考信號(hào)Vl可取值為IV左右，第二參考信號(hào)V2可取值為IlV左右。
[0032]所述的邏輯選擇模塊包含第一與非門(mén)U7、第二與非門(mén)U8、第三與非門(mén)U9和第四與非門(mén)UlO，它們均為2輸入與非門(mén)電路。所述的第一與非門(mén)U7的兩個(gè)輸入端分別連接電壓比較模塊中第一電壓比較器U3的輸出端和置位復(fù)位模塊中第一隔離二極管Dl的負(fù)端，第一與非門(mén)U7的輸出端連接第三與非門(mén)U9的輸入端;所述的第二與非門(mén)U8的兩個(gè)輸入端分別連接電壓比較模塊中第二電壓比較器U4的輸出端和置位復(fù)位模塊中第二隔離二極管D2的負(fù)端，第二與非門(mén)U8的輸出端連接第四與非門(mén)UlO的輸入端;所述的第三與非門(mén)U9的輸出端連接第四與非門(mén)UlO的另一輸入端，所述的第四與非門(mén)UlO的輸出端連接第三與非門(mén)U9的另一輸入端，第三與非門(mén)U9的輸出端連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊中第二開(kāi)關(guān)器件M2的控制端，控制其導(dǎo)通和關(guān)斷，第四與非門(mén)UlO的輸出端連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊中第一開(kāi)關(guān)器件Ml的控制端，控制其導(dǎo)通和關(guān)斷，形成第一信號(hào)源VSA和第二信號(hào)源ISA信號(hào)控制通路的交錯(cuò)選擇。
[0033]所述的濾波模塊包含濾波電阻R7、濾波電容C3和第三運(yùn)算放大器U11。所述的濾波電阻R7的輸入端連接邏輯選擇模塊中第三與非門(mén)U9的輸出端，濾波電阻R7的輸出端連接濾波電容C3的正端，濾波電容C3的負(fù)端接地，濾波電阻R7和濾波電容C3的組合電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)第三與非門(mén)U9輸出的高頻信號(hào)進(jìn)行濾波為低頻信號(hào)，即MPPT控制信號(hào)，濾波電阻R7的輸出端同時(shí)連接第三運(yùn)算放大器Ul I的正極輸入端，第三運(yùn)算放大器Ul I的輸出端連接第三運(yùn)算放大器Ul I的負(fù)極輸入端，構(gòu)成反饋電路，第三運(yùn)算放大器UlI的輸出端輸出MPPT控制信號(hào)，形成MPPT控制信號(hào)隔離跟隨輸出，同時(shí)第三運(yùn)算放大器Ull的輸出端分別連接置位復(fù)位模塊中第三電壓比較器U5的負(fù)極輸入端的和第四電壓比較器U6的正極輸入端，將MPPT控制信號(hào)輸出給第三電壓比較器U5和第四電壓比較器U6。本實(shí)施例中，濾波電阻R7的取值可以為1K歐姆量級(jí)，濾波電容C3的取值可以為Iuf量級(jí)。
[0034]本發(fā)明提供的MPPT算法硬件電路通過(guò)采用分壓模塊、開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊、電壓比較模塊、置位復(fù)位模塊、邏輯選擇模塊等共同作用形成第一信號(hào)源VSA和第二信號(hào)源ISA信號(hào)控制通路的交錯(cuò)選擇和擾動(dòng)，形成MPPT控制信號(hào)來(lái)控制外部功率電路，改變太陽(yáng)陣工作點(diǎn)，并趨于最大功率點(diǎn)，在外部環(huán)境穩(wěn)定的情況下最終穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近，該算法具有較高的精度，并且基于太陽(yáng)陣輸出的內(nèi)在特性，所有電路均由模擬電路搭建，算法與功率沒(méi)有直接關(guān)系，沒(méi)有乘除法運(yùn)算，因此用硬件電路容易實(shí)現(xiàn)，其抗輻照特性大大優(yōu)于軟件實(shí)現(xiàn)的MPPT算法，并且擾動(dòng)連續(xù)，該硬件電路具有較高的可靠性，滿足了空間應(yīng)用的需求。
[0035]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，其特征在于，包含電性連接信號(hào)源的差分模塊，電性連接差分模塊的分壓模塊，電性連接分壓模塊的開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊，電性連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊的電壓比較模塊，置位復(fù)位模塊，電性連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊、電壓比較模塊和置位復(fù)位模塊的邏輯選擇模塊，以及電性連接置位復(fù)位模塊和邏輯選擇模塊的濾波模塊，所述的信號(hào)源包含兩路信號(hào)，一路是第一信號(hào)源，即太陽(yáng)陣輸出電壓VSA，另一路是第二信號(hào)源，即太陽(yáng)陣輸出電流ISA。2.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，其特征在于，所述的差分模塊包含第一差分電路和第二差分電路，第一差分電路和第二差分電路的電路結(jié)構(gòu)一致，第一差分電路的輸入端連接第一信號(hào)源，第二差分電路的輸入端連接第二信號(hào)源，該第一差分電路和第二差分電路分別差分輸出第一信號(hào)源和第二信號(hào)源； 所述的第一差分電路包含第一運(yùn)算放大器，該第一運(yùn)算放大器的正級(jí)輸入端通過(guò)第一電阻連接第一信號(hào)源，并通過(guò)第三電阻接地，第一運(yùn)算放大器的負(fù)級(jí)輸入端通過(guò)第二電阻接地，并通過(guò)第四電阻連接第一運(yùn)算放大器的輸出端;所述的第二差分電路包含第二運(yùn)算放大器，該第二運(yùn)算放大器的正級(jí)輸入端通過(guò)第五電阻連接第二信號(hào)源，并通過(guò)第七電阻接地，第二運(yùn)算放大器的負(fù)級(jí)輸入端通過(guò)第六電阻接地，并通過(guò)第八電阻連接第二運(yùn)算放大器的輸出端。3.如權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，其特征在于，所述的分壓模塊包含第一分壓電路和第二分壓電路，第一分壓電路和第二分壓電路的電路結(jié)構(gòu)一致，第一分壓電路的輸入端連接第一差分電路的輸出端，第二分壓電路的輸入端連接第二差分電路的輸出端，該第一分壓電路和第二分壓電路分別分壓輸出第一信號(hào)源和第二信號(hào)源的差分輸出信號(hào)； 所述的第一分壓電路包含串聯(lián)的第一分壓電阻和第二分壓電阻，第一分壓電阻的正端連接所述第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一分壓電阻的負(fù)端與第二分壓電阻的正端連接，第二分壓電阻的負(fù)端接地，第一信號(hào)源的差分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)第一分壓電阻和第二分壓電阻分壓后通過(guò)第一分壓電阻的負(fù)端輸出； 所述的第二分壓電路包含串聯(lián)的第三分壓電阻和第四分壓電阻，第三分壓電阻的正端連接所述第二運(yùn)算放大器的輸出端，第三分壓電阻的負(fù)端與第四分壓電阻的正端連接，第四分壓電阻的負(fù)端接地，第二信號(hào)源的差分輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)第三分壓電阻和第四分壓電阻分壓后通過(guò)第三分壓電阻的負(fù)端輸出。4.如權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，其特征在于，所述的開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊包含第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路和第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路，第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路和第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路的電路結(jié)構(gòu)一致，第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路的輸入端連接第一分壓電路的輸出端，第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路的輸入端連接第二分壓電路的輸出端； 所述的第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路包含第一開(kāi)關(guān)器件和第一儲(chǔ)能電容，第一開(kāi)關(guān)器件的輸入端連接第一分壓電路中第一分壓電阻的負(fù)端，第一開(kāi)關(guān)器件的輸出端連接第一儲(chǔ)能電容的正端，第一開(kāi)關(guān)器件的控制端連接邏輯選擇模塊，第一儲(chǔ)能電容的負(fù)端接地； 所述的第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路包含第二開(kāi)關(guān)器件和第二儲(chǔ)能電容，第二開(kāi)關(guān)器件的輸入端連接第二分壓電路中第三分壓電阻的負(fù)端，第二開(kāi)關(guān)器件的輸出端連接第二儲(chǔ)能電容的正端，第二開(kāi)關(guān)器件的控制端連接邏輯選擇模塊，第二儲(chǔ)能電容負(fù)端接地。5.如權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，其特征在于，第一開(kāi)關(guān)器件和第二開(kāi)關(guān)器件為低電平導(dǎo)通器件。6.如權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，其特征在于，所述的電壓比較模塊包含第一電壓比較器和第二電壓比較器； 所述的第一電壓比較器的正極輸入端連接第一開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路中第一開(kāi)關(guān)器件的輸出端，第一電壓比較器的負(fù)極輸入端連接第一差分電路中第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一電壓比較器的正負(fù)輸入端的信號(hào)在時(shí)間軸上差一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，并由于分壓模塊和開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊的存在，第一電壓比較器的正負(fù)輸入端在數(shù)值上有一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，第一電壓比較器的輸出端輸出其正負(fù)輸入端的比較信號(hào)； 所述的第二電壓比較器的正極輸入端連接第二開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電路中第二開(kāi)關(guān)器件的輸出端，第二電壓比較器的負(fù)極輸入端連接第二差分電路中第二運(yùn)算放大器的輸出端，第二電壓比較器的正負(fù)輸入端的信號(hào)在時(shí)間軸上差一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，并由于分壓模塊和開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊的存在，第二電壓比較器的正負(fù)輸入端在數(shù)值上有一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，第二電壓比較器的輸出端輸出其正負(fù)輸入端的比較信號(hào)。7.如權(quán)利要求6所述的太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，其特征在于，所述的置位復(fù)位模塊包含第三電壓比較器、第四電壓比較器、第一隔離二極管和第二隔離二極管，置位復(fù)位模塊在系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)或者異常時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行置位復(fù)位； 所述的第三電壓比較器的正極輸入端連接第一參考信號(hào)，負(fù)極輸入端連接濾波模塊輸出的MPPT控制信號(hào)，輸出端連接第一隔離二極管的正端，第一隔離二極管的負(fù)端連接邏輯選擇模塊，將復(fù)位信號(hào)輸出給邏輯選擇模塊； 所述的第四電壓比較器的正極輸入端連接濾波模塊輸出的MPPT控制信號(hào)，負(fù)極輸入端連接第二參考信號(hào)，輸出端連接第二隔離二極管的正端，第二隔離二極管的負(fù)端連接邏輯選擇模塊，將置位信號(hào)輸出給邏輯選擇模塊。8.如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，其特征在于，所述的邏輯選擇模塊包含第一與非門(mén)、第二與非門(mén)、第三與非門(mén)和第四與非門(mén)； 所述的第一與非門(mén)的兩個(gè)輸入端分別連接電壓比較模塊中第一電壓比較器的輸出端和置位復(fù)位模塊中第一隔離二極管的負(fù)端，第一與非門(mén)的輸出端連接第三與非門(mén)的輸入端； 所述的第二與非門(mén)的兩個(gè)輸入端分別連接電壓比較模塊中第二電壓比較器的輸出端和置位復(fù)位模塊中第二隔離二極管的負(fù)端，第二與非門(mén)的輸出端連接第四與非門(mén)的輸入端； 所述的第三與非門(mén)的輸出端連接第四與非門(mén)的另一輸入端，所述的第四與非門(mén)的輸出端連接第三與非門(mén)的另一輸入端，第三與非門(mén)的輸出端連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊中第二開(kāi)關(guān)器件的控制端，控制其導(dǎo)通和關(guān)斷，第四與非門(mén)的輸出端連接開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能模塊中第一開(kāi)關(guān)器件的控制端，控制其導(dǎo)通和關(guān)斷，形成第一信號(hào)源和第二信號(hào)源信號(hào)控制通路的交錯(cuò)選擇； 所述的第一與非門(mén)、第二與非門(mén)、第三與非門(mén)、第四與非門(mén)均為兩輸入與非門(mén)器件。9.如權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)電池陣最大功率跟蹤硬件電路，其特征在于，所述的濾波模塊包含濾波電阻、濾波電容和第三運(yùn)算放大器； 所述的濾波電阻的輸入端連接邏輯選擇模塊中第三與非門(mén)的輸出端，濾波電阻的輸出端連接濾波電容的正端，濾波電容的負(fù)端接地，濾波電阻和濾波電容的組合電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)第三與非門(mén)輸出的高頻信號(hào)進(jìn)行濾波為低頻信號(hào)，即MPPT控制信號(hào)； 濾波電阻的輸出端同時(shí)連接第三運(yùn)算放大器的正極輸入端，第三運(yùn)算放大器的輸出端連接第三運(yùn)算放大器的負(fù)極輸入端，構(gòu)成反饋電路，第三運(yùn)算放大器的輸出端輸出MPPT控制信號(hào)，形成MPPT控制信號(hào)隔離跟隨輸出，同時(shí)第三運(yùn)算放大器的輸出端分別連接置位復(fù)位模塊中第三電壓比較器負(fù)極輸入端和第四電壓比較器的正極輸入端。
【文檔編號(hào)】G05F1/67GK105867515SQ201610251206
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】劉繪瑩, 何小斌, 藍(lán)建宇, 董宇, 陳杰, 劉勇
【申請(qǐng)人】上?？臻g電源研究所