控制结构制造技术

描述了用于在控制从包括内部电容的电源单元到输出的电供应中使用的控制结构，该控制结构包括电感器(22)、与内部电容并联的开关(26)和控制器(30)，该控制器(30)能够操作用于控制开关(26)的操作由此开关(26)的闭合导致LCR电路的形成，内部电容形成LCR电路的电容。还描述了相关联的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及控制结构，且尤其涉及适合与光伏或太阳能板(下面称为太阳能板)一起使用以增加其可用输出的控制结构。虽然尤其适合结合太阳能板使用，但是控制结构可以与多种其他设备或电源一起使用。
技术介绍
太阳能板被越来越广泛地用于发电。其输出可以直接用于驱动其他设备或可以用于给电存储装置充电或供电到主电网。由于太阳能板的输出依据例如入射光强度、工作温度和其他因素呈非线性变化，因此从太阳能板到负载的直接的未控制的输出供应一般是不合适的。图1图形地示出了在不同入射光强度下太阳能板的典型1-V输出，显示了生成的电流和相关联的输出电压之间的关系。如果太阳能板形成其一部分的电路工作在图1中的线1，则出现最大功率输出。很明显，随着光强度改变，最大输出所需的工作电流和电压改变。为了保证太阳能板和相关联的电路工作在最大功率点附近，使用了最大功率点跟踪算法。最大功率点跟踪算法的输出用于改变太阳能板提供的负载，例如切入或切出其电阻，尝试将太阳能板的工作保持在其最优点附近。在一些较早的系统中该算法用于保证电路工作在开路电压的70%。这通过重复且快速连接断开负载的电源(即来自太阳能板的输出)来实现。例如，该电源可以每秒连接和断开1000至3000次。通过以这种方式一时间比例的断开输出，占空比被降低到例如如上所述的大约70 %。虽然这种系统可以在一些环境中工作较为满意，当电源被断开时没有从太阳能板到负载的输出且因此即使太阳能板可能工作在最大功率点，但当太阳能板断开时可能的功率丢失。因此这种结构的效率比其应有的低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种控制结构由此能够增强且优选优化太阳能板的有用输出。根据本专利技术，提供了一种用于在控制从包括内部电容的电源单元到输出的电供应中使用的控制结构，该控制结构包括电感器、被设置与内部电容并联的开关、以及控制器，能够操作用于控制所述开关的操作由此所述开关的闭合导致形成LCR电路，所述内部电容形成所述LCR电路的电容。在这样的结构中不需要提供最大功率点跟踪算法等，且优选地没有出现这样的算法等。pn结二极管从其性质上形成可变结电容。这样的二极管典型地存在包括太阳能板的单元中。在过去当建模太阳能板和相关联控制电路的输出时忽略该结电容。如果这样的二极管被设置与电压源(例如太阳能板)并联，则初始地，使用该供应的部分来给该结电容充电。此外，如果该电压源采用太阳能板的形式，则该电压源本身实际上将形成电容，该电容也将被充电。由于太阳能板的输出不是均匀的且随着例如入射光强度、温度和其他因素而改变，因此该电容上的电荷是不断变化的。与所述内部电容相关联的电容器电流因此能在任意给定时间点依据该电容是被充电还是被放电而是正的或负的。在常规设置的太阳能板中，该电流的方向取决于例如光照强度是增加还是降低。但是在上述的结构中，内部电容能量的提取通过以控制方式的所述开关的操作来实现，由此使得总系统的操作的效率提升。在本专利技术的结构中，当开关打开时，单元的内部电容充电。开关的闭合会导致内部电容向电感器放电。通过对开关的操作的合适控制可以理解来自电源单元(否则其只是转向对内部电容充电)的输出能够被提取以供使用。当开关再次打开时，导致内部电容重新充电，能量能够从电感器被提取并用于满足与之连接的负载的需求。此外，当开关闭合时，来自电源单元的输出电流流过电感，导致在电感中存储能量。当开关打开时，功率被提供给负载。只要来自电源的输出电流被持续提供给电感，且电感器电流在开关闭合时上升并在开关打开时下降，来自控制结构的输出电压将比其输出电压大。优选地，控制器使得开关以150-700kHz频率范围，优选600-700kHz(例如在650kHz的频率)在其打开和闭合位置之间移动。电感的大小的变化改变开关应当工作的频率。如果电源单元包括逆变器，例如与太阳能板结合使用的串逆变器或微逆变器，控制结构可以集成到逆变器或可以包括适用于与逆变器连接的模块。本专利技术还涉及用于使用上述形式的控制结构控制单元的输出的方法，该方法包括步骤:打开开关，由此使得单元的内部电容变为被充电；闭合开关，由此使得单元的内部电容放电，提供增加的电流给电感器;以及再打开开关，由此使得单元的内部电容变为被再充电，同时从电感器提取能量以满足负载的电需求。【附图说明】通过示例的方式参考附图进一步描述本专利技术，在附图中:图1是示出在不同入射光强度下典型太阳能板单元的1-V输出关系的图；图2是示出根据本专利技术的实施方式的控制结构的图；图3是比较图2的控制结构与常规太阳能板控制结构的输出的图；以及图4是示出可替换实施方式的图。【具体实施方式】如图1中所示和这里描述的，太阳能板的输出依据多个因素显著变化，该因素尤其是随着任意给定时间的太阳能板上的入射光的强度。参考图2，示出了根据实施方式的控制结构的电路图。该电路图代表用于控制来自太阳能板的输出以允许从中提取最大功率的控制结构。虽然描述为与太阳能板有关，但可以理解本专利技术可以用于其他应用，其中期望增强功率水平，其能从包括可变电压源和内部电容的单元被提取。如图2所示，太阳能板10跨其端子连接有pn结二极管12。该二极管12具有内部结电容，如图2中电容14所示。虽然没有示出，但是太阳能板10还具有与其相关联的扩散电容。太阳能板10和二极管12典型地被提供为单个单元，由图2中的虚线16表示，在单元16内存在反应电阻的恒定电阻18、20，且结电容14和扩散电容构成单元16的可变内部电容。因此Vp表示来自单元16的电压输出。可以理解该输出由于上述原因是可变的。来自单元16的输出被提供给电感器22、包括开关26的线路24，开关26被提供和设置由此当开关打开时，太阳能板10的输出用于给单元16的内部电容充电且还用于满足连接到输出端子28的负载的需求。V-表示来自控制结构的输出电压。电感器22的电感优选地相对小，被选择以匹配太阳能板10和其内部电容的特性。当开关26闭合时，但单元16的内部电容能够放电，线路24中的开关26的闭合导致LCR电路的形成，从内部电容的放电被提供给电感器22，增加该电感的电流供应由此在随后再打开开关26时，来自电感器22的能量能被提取并用于满足负载。当开关26被闭合时，来自单元16的增加的输出电流被提供给电感22，导致在电感22中存储能量。之后开关的打开使得功率从电感22被提取并提供给负载同时还导致内部电容再次充电当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在控制从电源单元到输出的电供应中使用的控制结构，该电源单元包括内部电容，该控制结构包括电感器、被设置与内部电容并联的开关以及控制器，该控制器能够操作用于控制所述开关的操作由此该开关的闭合导致LCR电路的形成，该内部电容形成该LCR电路的电容。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·艾哈迈德，
申请(专利权)人：普利茅斯大学，
类型：发明
国别省市：英国;GB