专利名称：用于获取使能电源特性的确定的信息的方法
用于获取使能电源特性的确定的信息的方法本发明通常涉及用于获取使能例如光伏电池或电池阵列或者燃料电池等电源的例如最大功率点等特性的确定的信息的器件。光伏电池将太阳能能量直接转换为电能。光伏电池所产生的电能能够随时间来提取并且以电力的形式来使用。将光伏电池所提供的直流电力提供给例如DC-DC升压/降压转换器电路和/或DC/AC逆变器电路等转换装置。但是，光伏电池的电流-电压下垂特性引起输出功率随着从光伏电池所吸取的电流而非线性地改变。功率-电压曲线根据例如光辐射水平和操作温度等气候变化而改变。操作光伏电池或电池阵列的近最佳点在其中功率为最大的电流-电压曲线的区域处或其附近。此点称作最大功率点(Maximum Power Point, MPP)。
重要的是在MPP附近操作光伏电池，以优化其电力产生效率。随着功率-电压曲线根据气候变化而改变,MPP也根据气候变化而改变。于是，需要能够在任何时间识别MPP。本发明旨在提供一种器件，该器件使能获取表示例如光伏电池阵列等的电源的输出电流和电压变化的信息以确定MPP。为此目的，本发明涉及一种用于获取使能电源的例如最大功率点等特性的确定的信息的器件，其特性为，用于获取使能电源特性的确定的信息的器件包括用于监测链接到电源的电感器上的电压以获取使能电源特性的确定的信息的部件。本发明还涉及一种用于获取使能可连接到直流转换器的电源的例如最大功率点等特性的确定的信息的方法，其特性为，该方法包括监测链接到电源的电感器上的电压以获取使能电源特性的确定的信息的步骤。因此，有可能获取表示电源的输出电流和电压变化的信息，例如以确定MPP或者确定电源的故障或者确定电源的填充因数。根据特定的特征，电感器包含在直流转换器中。在大多数DC/DC和/或一些DC/AC转换器中，电感器已经可用于转换目的。电感器还能够用于监测至少一个特定时间段期间的电压和电流变化。所监测电压和电流变化使能在任何时间获取例如电源的所希望的电压-电流/电压-功率下垂特性等信息。本发明避免对基于所述电感器的转换器添加任何其它额外的电感器。根据特定的特征，该器件包括用于在监测电感器上的电压期间获取经过电感器的电流的部件。因此，有可能获取电源的电压-电流/电压-功率下垂特性，因为其输出电流和电压同样地流经并且施加到电感器。根据特定的特征，经过电感器的电流从电流传感器获取或者从监测电感器上的电压期间所获取的电压值导出。因此，即使在没有添加任何额外电流传感器的情况下也有可能监测电流，从而降低器件的成本。此外，由于如果没有电流传感器可用则通过电感器的电流由其电压积分来获取，所以噪声变化将不会干扰电流估算的精度，与其中必须应用复杂算法来解决噪声问题、对电容器的电流计算所发生的导数计算相反，从而带来最大功率点的更好估算。根据特定的特征，该器件包括用于在监测电感器上的电压之前放电电感器中存储的能量的部件。因此，有可能保证电源特性的最适合初始条件电源上的零电流和开路电压。根据特定的特征，在第一阶段中，电流通过电感器提供给负载，电感器中存储的能量的放电在第二阶段中执行，并且电感器的电压的监测在第三阶段中执行，其中电源的第一端子链接到电感器的第一端子，以及其中电感器的第二端子链接到电源的第二端子。因此，电感器与电源并联连接，并且有可能将电感器从零电流充电到电源短路电流，意味着从开路电压充电到零电压。获取电源的整体电压-电流/电压-功率下垂特性。根据特定的特征，电感器的第二端子连接到负载，并且在负载中放电监测电感器 的电压之前在电感器中存储的能量。因此，有可能通过在将要执行特性化时将负载与电感器并联连接，来获取通过电感器的零电流的初始条件。此外，在负载中放电监测电感器的电压之前在电感器中存储的能量，而不是通过电阻器使其耗散，从而导致非消耗过程。根据特定的特征，该器件还包括电容器和至少两个开关，电源的第二端子连接到第一开关的第一端子，第一开关的第二端子连接到电容器的第一端子，电容器的第二端子连接到电源的第一端子，电源的第一端子通过第二开关链接到电感器的第一端子，以及第二开关在第二阶段期间断开。因此，即使在与电源并联连接的电容器存在的情况下，也有可能在需要进行特性化时仅将电感器与电源并联连接。根据特定的特征，第一开关在第一阶段期间闭合而在第三阶段期间断开。因此，在转换器正常操作期间，电容器作为输入滤波器进行工作，但是在使用电感器的特性化的第三阶段期间，电容器不连接，并且在此时间段没有任何作用。根据特定的特征，该器件还包括第三开关，第三开关将电感器的第二端子链接到电源的第二端子，并且第三开关在第三阶段期间闭合。因此，当将要进行特性化时，电感器能够仅在第三阶段期间与电源并联放置。根据特定的特征，电容器连接到电源的端子上，并且该器件包括用于在监测电感器上的电压期间获取经过电容器的电流的部件。因此，即使在与电源始终并联连接的电容器存在的情况下，也有可能获取电源输出电流，因为它产生于通过电容器的电流加上流经电感器的电流。不再需要与电容器串联的附加开关，并且器件的成本没有增加。根据特定的特征，经过电感器的电流从监测电感器上的电压期间所获取的电压值来获取。因此，如果电流传感器不可用于与电感器串联例如为了降低成本的目的，则有可能通过积分所测量的电感器电压并且其除以电感值，来获取这个电流。根据特定的特征，在第一阶段中，电流通过电感器提供给负载，在第二阶段中，将电容器充电到电源的开路电压，并且电感器的电压的监测在第三阶段中执行，其中电源的第一端子链接到电感器的第一端子，以及其中电感器的第二端子链接到电源的第二端子。在第三阶段中，电容器电压从开路电压转到零值，而电源的输出电流从零值转到短路电流，并且电感器电流沿正弦轨迹从零电流转到最大电流峰值，其中此最大电流值大于产生于电容器与电感器两者之间的谐振的电源短路电流。通过被监测电压，有可能通过电压微分来获取电容器电流并且还通过电压积分来获取电感器电流，其中也需要电容和电感值。电源输出电流变化通过对两个组件的每个上的电流的了解与电压变化一起来获取。本发明还涉及直流转换器，其特性为，它包括用于获取使能电源的最大功率点的确定的信息的器件。因此，有可能获取表示电源的输出电流和电压变化的信息，例如以确定MPP。
此外，在大多数DC/DC和/或一些DC/AC转换器中，电感器已经可用于转换目的。电感器还能够用于在至少一个特定时间段期间监测电压和电流变化。所监测的电压和电流变化使能在任何时间获取例如电源的所希望的电压-电流/电压-功率下垂特性等信息。本发明避免对基于所述电感器的转换器添加任何其它额外的电感器。通过阅读例子实施例的以下描述，本发明的特性将会更清楚地显现，所述描述参照附图提出，在附图中
图I是可实现本发明的能量转换系统的例子；
图2是表示根据电源的输出电压的电源的输出电流变化的曲线的例子；
图3表示根据本发明的能量转换装置的例子；
图4是根据本发明的第一实现模式的为了获取使能电源的最大功率点的确定的信息的包括电感器的电路的例子；
图5是根据本发明的第二实现模式的为了获取使能电源的最大功率点的确定的信息的包括电感器的电路的例子；
图6是公开根据本发明的第二实现模式的电路的开关的特定实现模式的例子；
图7a和图7b是根据本发明的第二实现模式的用于确定电源的最大功率点的算法的例
子;
图8a是根据本发明的第二实现模式的所获取的电源电压变化的例子；
图8b是根据本发明的第二实现模式的所获取的电源电流变化的例子；
图8c是根据本发明的第二实现模式的能量转换装置的输出电压变化的例子；
图8d是根据本发明的第二实现模式的电感器中的电流变化的例子；
图9是根据本发明的第三实现模式的为了获取使能电源的最大功率点的确定的信息的包括电感器的电路的例子；
图10是根据本发明的第三实现模式的用于确定电源的最大功率点的算法的例子；
图Ila是根据本发明的第三实现模式的所获取的电源电压变化的例子；
图Ilb是根据本发明的第三实现模式的所获取的电源电流变化的例子；
图Ilc是根据本发明的第三实现模式的能量转换装置的输出电压变化的例子；
图12是根据本发明的第三实现模式的用于确定电源的输出电流和输出电压以使能电源的最大功率点的确定的算法的例子；
图13a是根据本发明的第一实现模式的所获取的电源电压变化的例子；图13b是根据本发明的第一实现模式的所获取的电源电流变化的例子；
图13c是根据本发明的第一实现模式的电感器上的电压变化的例子。图I是可实现本发明的能量转换系统的例子。能量转换系统包含连接到例如DC-DC降压/升压转换器的能量转换装置Conv的例如光伏电池或电池阵列或者燃料电池等的电源PV和/或又称作逆变器的DC/AC转换器，其输出向负载Lo提供电能。电源PV提供送往负载Lo的电流。电流在由负载Lo使用之前由转换装置Conv转换。图2是表示根据电源的输出电压的电源的输出电流变化的曲线的例子。在图2的水平轴上示出电压值。电压值包含在零值与开路电压Vre之间。 在图2的垂直轴上示出电流值。电流值包含在零值与短路电流Isc之间。在任何给定光等级(light level)和光伏阵列温度，存在光伏阵列能够以其进行操作的无限数量的电流-电压对或者操作点。但是，对于给定光等级和光伏阵列温度，存在单个MPP。图3表示根据本发明的能量转换装置的例子。例如，能量转换装置Conv具有基于由总线301连接在一起的组件以及由与如图7或图10和12所公开的算法相关的程序所控制的处理器300的架构。在这里必须注意，在一种变体中，处理器300以执行与以下所公开的处理器300所执行的操作相同的操作的一个或数个专用集成电路的形式来实现。总线301将处理器300链接到只读存储器ROM 302、随机存取存储器RAM 303、模数转换器ADC 306和根据本发明的电路。只读存储器ROM 302包含与图7或图10和图12中公开的算法相关的程序的指令，其在能量转换装置Conv加电时传递给随机存取存储器RAM 303。RAM存储器303包含寄存器，寄存器预计接收变量以及与图7或图10和图12中公开的算法相关的程序的指令。模数转换器306连接到形成电源级305的根据本发明的电路，并且在需要时将电压和电流转换为二进制信息。图4是根据本发明的第一实现模式的为了获取使能电源的最大功率点的确定的信息的包括电感器的电路的例子。电路可部分或完全包含在转换装置Conv中，或者可添加到转换装置Conv。电源PV的正极端子连接到开关Swi的第一端子以及开关Sw3的第一端子。例如，开关Swi和Sw3是NM0SFET。开关Swi和Sw3的第一端子是相应NM0SFET的漏极。开关Swi的第二端子连接到电感器LUl的第一端子以及电阻器Rdis的第一端子。开关Swi的第二端子是NM0SFET的源极。电阻器Rdis的第二端子连接到开关Sw2的
第一端子。例如，开关Sw2是二极管。开关Sw2的第一端子是二极管的阴极，并且开关Sw2的第二端子是二极管的阳极。电感器LUl的第二端子和开关Sw2的第二端子连接到电源PV的负极端子。
监测电源的端子之间的电压VI。电压Vl例如使用模数转换器来测量。负载连接在开关Sw3的第二端子与电源PV的负极端子之间。开关Sw3的第二端子是NM0SFET的源极。负载可以是直流转换器。电路可按如下所述进行操作。在图13所示的第一阶段PHl ”，开关Swi和Sw2处于非导通状态(0FF)，而开关Sw3始终处于导通状态(0N)。图13a是根据本发明的第一实现模式的所获取的电源电压变化的例子。时间在图13a的水平轴上表示，而电压在图13a的垂直轴上表示。图13b是根据本发明的第一实现模式的所获取的电源电流变化的例子。时间在图13b的水平轴上表示，而电流在图13b的垂直轴上表示。图13c是根据本发明的第一实现模式的电感器上的电压变化的例子。时间在图13c的水平轴上表示，而电压在图13c的垂直轴上表示。在阶段PH1”中，电源向负载供应电力，负载可以是电阻性负载或直流转换器，如图13a、图13b和图13c所示。在要进行电源特性化时，第二阶段PH2”开始。在阶段PH2”，开关Sw3和Sw2处于非导通状态，而开关Swi处于导通状态。在那种配置中，电流经过电感器LU1，意味着电源的输出电流如图13b所示从零增加到短路电流，而电源的输出电压如图13a和图13c所示从开路电压值转到直到零值。在第三阶段PH3”期间，开关Swi处于非导通状态，而Sw2处于导通状态。因为电感器LUl通过电阻器Rdis放电，所以电感器电流跟随如图13c所示的也转到零值的其电压值而转到零值，并且此时预备另一特性化。在第四阶段PH4”期间，Sff3能够再次转成导通状态，并且电源PV能够向负载供应 电力，而电感器LUl保持通过Rdis放电。第四阶段PH4”还能够在电感器LUl放电时开始，意味着两个动作同步发生电感器通过电阻器放电，而电源已经向负载供应电力。在第二阶段PH2”期间，对电压Vl进行抽样和积分以获取通过电感器LUl的电流，假定电感值为已知。这样，获取电源的整体电压-电流/电压-功率下垂特性。第一实现模式具有花费极少时间的优点，特别是当第四阶段PH4”与电感器LUl的放电同时开始时。此外，光伏电池阵列通常具有比电流范围宽的电压范围，意味着如果两个组件值处于相同范围之内，则变量(电感器的电流或者电容器的电压)斜率对于电感器比对于电容器以快许多的方式发生。图5是根据本发明的第二实现模式的为了获取使能电源的最大功率点的确定的信息的包括电感器的电路的例子。该电路是合并降压/升压转换器(buck/boost converter),其根据开关的状态能够操作在降压模式(buck mode, step-down mode)或者操作在升压模式(boost mode,step-up mode),而无需如采用传统降压-升压转换器所进行的那样将输出电压极性反转。根据本发明的第二实现模式的电路包括输入滤波电容器Cui,其正极端子连接到电源PV的正极端子。电容器Cui的负极端子连接到开关Switl的第一端子，该开关的第二端子连接到电源PV的负极端子。电压测量部件测量电源PV的端子之间的电压VI。电容器Cui的正极端子连接到开关S14的第一端子。开关Swi4的第二端子连接到开关Swi2的第一端子以及电感器LI的第一端子。开关Swi2的第二端子连接到电源PV的负极端子。电感器LI的第二端子连接到电流测量部件的第一端子。电流测量部件A的第二端子连接到二极管％的阳极以及开关S13的第一端子。开关Swi3的第二端子连接到电源PV的负极端子。二极管％的阴极连接到电容器Q的正极端子，以及电容器Q的负极端子连接到电源PV的负极端子。 当合并降压/升压转换器操作在降压模式时，开关S13始终处于OFF状态，而二极管％始终处于导通状态。开关Swi4根据其占空比(调整其以得到预期输出电压)的周期样式处于导通状态。当合并降压/升压转换器操作在升压模式时，开关Swi4始终处于导通状态，而开关Sffl2从不处于导通状态。开关Swi3根据其占空比(调整其以得到预期输出电压)的周期样式处于导通状态。图6是公开根据本发明的第二实现模式的电路的开关的特定实现模式的例子。图5的开关Switl包括两个NMOSFET Ml和M2。开关Switl的第一端子是NMOSFET Ml的源极。开关Switl的第二端子是NMOSFET M2的源极。NMOSFET Ml和M2的漏极连接在一起。图5的开关Swi4例如是IGBT晶体管IGl。开关Swi4的第一端子是IGBT晶体管IGl的集电极。IGBT晶体管IGl的发射极是开关Swi4的第二端子。图5的开关Swi2是二极管D5。开关Swi2的第一端子是二极管D5的阴极，而开关Swi2的第二端子是二极管D5的阳极。图5的开关Swi3是NMOSFET M3。开关Swi3的第一端子是NMOSFET M3的漏极。开关Swi3的第二端子是NMOSFET M3的源极。图7a和图7b是根据本发明的第二实现模式的用于确定电源的最大功率点的算法的例子。更准确来说，本算法由处理器300来执行。用于获取使能电源的最大功率点的确定的信息的算法至少在特定阶段中监测电感器LI上的电压，以获取使能电源的最大功率点的确定的信息。在步骤S700，阶段PHl开始。阶段PHl如图8a到图8d所示。图8a是根据本发明的第二实现模式的所获取的电源电压变化的例子。时间在图8a的水平轴上表示，而电压在图8a的垂直轴上表示。图Sb是根据本发明的第二实现模式的所获取的电源电流变化的例子。时间在图Sb的水平轴上表示，而电流在图Sb的垂直轴上表示。图Sc是根据本发明的第二实现模式的能量转换装置的输出电压变化的例子。时间在图8c的水平轴上表示，而电压在图8c的垂直轴上表示。图8d是根据本发明的第二实现模式的电感器中的电流变化的例子。时间在图8d的水平轴上表示，而电流在图8d的垂直轴上表示。
在阶段PHl期间，能量转换装置例如充当升压转换器。在这里必须注意，能量转换装置也可充当降压转换器。使NMOSFET M3和二极管Dq根据其占空比经过调整以得到预期输出电压的周期样式而处于导通状态和非导通状态。其中NMOSFET M3的命令信号为高的时间段称作D。其中NMOSFET M3的命令信号为低的时间段称作(1_D)。在阶段PHl期间，IGBT晶体管IGl始终处于导通状态，NMOSFET M3在D期间处于导通状态而在(1-D)期间处于非导通状态，二极管％在D期间处于非导通状态而在(1-D)期间处于导通状态，以及NMOSFET Ml和M2始终处于导通状态。因为转换器操作在升压模式，所以二极管D5从不处于导通状态。由图8a所示的电源PV在阶段PHl期间所提供的电压对应于与本算法以前确定的MPP对应的电压。由图Sb所示的电源PV在阶段PHl期间所提供的电流对应于与本算法以前确定的 MPP对应的电流。阶段PHl期间在图Sc所示的输出处的电压Vdc是从电源PV输出电压和占空比所获取的调节的电压。电流在阶段PHl期间提供给负载。在下一步骤S701，处理器300决定中断升压转换模式，以再一次确定MPP，并且它转到阶段PH2。在阶段PH2中，NMOSFET Ml和M2、二极管D5和Dq导通。IGBT晶体管IGl和NMOSFET M3设置为非导通状态。将电感器LI中存储的能量传递给负载以及电容器Q。经过电感器LI的电流如图Sd所示下降到零值，并且输出电压Vdc在直到电感器电流达到零值的所述时刻之前首先增加并且然后降低，如图8c所示，因为当电感器中存储的所有能量已经给予电容器Ctj和负载时，电容器Qj开始在负载中放电。同时，电容器Cui由电源轻微地充电，如图8a和图8b所示。在下一步骤S702，处理器300在抽样周期Tsamp命令对于在阶段PH2对应于电感器LI上的电压的输出电压Vdc抽样。在下一步骤S703，处理器300将变量k设置为值一。变量k是用于样本的索引。在下一步骤S704，处理器300检查变量k是否等于一。 如果变量k等于一，则处理器300转到步骤S705。否则，处理器300转到步骤S707。在步骤S705，处理器300将变量Vu (I)设置在抽样电压值Vdc (I)0根据特定的实现模式，该电路没有包括电流测量部件A。处理器300从以前已知的测量电压值和电感器LI值来求出经过电感器LI的电流Iu。根据根据那种实现模式，处理器300将变量Iu (I)设置为值Imax，其等于对电感器LI确定大小的最大电流值。在下一步骤S706，处理器300将变量k递增一并且返回步骤S704。在步骤S707，处理器300将变量Vu (k)设置为抽样的电压值VD。(k)。如果电路没有包括电流测量部件A，则处理器300根据下式来导出经过电感器LI的电流值Iu (k)Iu (k) = ((Tsamp/2) * (VDC (k) -Vdc (k-1))) /LI + Ili (k_l)。在下一步骤S708，处理器300检查电流测量部件A所测量的或者在步骤S707所确定的电流值Iu (k)是否大于例如等于零值的预定值。在这里必须注意，如果电流测量部件A不可用，则在步骤S707，预定值设置为零值。如果电流值Iu (k)大于零值，则电感器LI没有完全放电，处理器300转到步骤S709。否则，处理器300转到步骤S710。在步骤S709，处理器300将变量k递增一并且返回步骤S704。在步骤S710，处理器300中断阶段PH2。此后，处理器300转到图7b的步骤S750。在步骤S750，处理器300转到阶段PH3以确定MPP。在阶段PH3中，NMOSFET Ml、M2、二极管D5和Dtj处于非导通状态。在阶段PH3中，IGBT晶体管IGl和NMOSFET M3设置于导通状态。在阶段PH3中，电源PV与电感器LI并联连接。在阶段PH3，电容器Cui在以前确定的MPP附近保持充电，并且电源PV上的电压改变成开路电压\c,如图8a所示。电感器LI从作为例如图7a的步骤S708所指示的零值的预定值充电直到如图8b所示到达短路电流Is。。
在下一步骤S751，处理器300在抽样周期Tsamp命令对于在阶段PH3对应于电感器LI上的电压并且还对应于电源PV输出电压的图6所示的电压Vl抽样。在下一步骤S752，处理器300将变量k设置为值一。变量k是用于样本的索引。在下一步骤S753，处理器300检查变量k是否等于一。如果变量k等于一，则处理器300转到步骤S754。否则，处理器300转到步骤S756。在步骤S754，处理器300将变量Vu (I)设置为抽样的电压值Vl (I)。根据特定的实现模式，该电路没有包括电流测量部件A。处理器300从测量的电压值和电感器LI值来导出经过电感器LI的电流Iu。根据那种实现模式，处理器300将变量Iu (I)设置为零值。在步骤S755，处理器300将变量k递增一并且返回步骤S753。在步骤S756，处理器300将变量Vu (k)设置为抽样的电压值Vl (k)。如果电路没有包括电流测量部件A，则处理器300根据下式来获取经过电感器LI的电流值Iu (k)
Ili (k) = ((Tsamp/2) * (VI (k) -Vl (k-1))) /L1+Il1 (k-1)。在下一步骤S757，处理器300检查电压值Vu (k)是否等于例如等于零值的预定值。如果电压值Vu (k)等于零值，则处理器300转到步骤S759。否则，处理器300转到步骤S758。在步骤S758，处理器300将变量k递增一并且返回步骤S753。在步骤S759，处理器300中断阶段PH3。在步骤S760，处理器300得到在以前步骤确定的所有电压和电流值，并且形成如图2所示的一个的曲线。在同一步骤，由于在步骤S756所获取的电压和电流值，处理器300通过选择从电压和电流值所获取的最大功率来确定MPP。在步骤S761，阶段PH4开始。阶段PH4如图8a到8d所示。在阶段PH4期间，能量转换装置充当升压转换器。使NMOSFET M3和二极管Dq根据其占空比经过调整以考虑新确定的MPP来得到预期输出电压的周期样式而进入导通状态和非导通状态。在阶段PH4期间，IGBT晶体管IGl始终处于导通状态，NMOSFET M3在D期间处于导通状态，二极管Dq在(1-D)期间处于导通状态，以及NMOSFET Ml和M2始终处于导通状态。在阶段PH4期间，二极管D5从不处于导通状态，NMOSFET M3在(I-D)期间不处于导通状态，以及二极管％在D期间处于导通状态。图9是根据本发明的第三实现模式的为了获取使能电源的最大功率点的确定的信息的包括电感器的电路的例子。 根据开关的状态，该电路能够操作于降压模式(buck mode, step-down mode)或者升压模式(boost mode, step-up mode)，而不像采用传统降压-升压转换器所做的那样将输出电压极性反转。除了没有NMOSFET Ml和M2以外，图9的电路与图6所公开的电路相同。滤波电容器Cui连接到电源PV，并且电压测量部件测量电容器Cui上的电压。图10是根据本发明的第三实现模式的用于确定电源的最大功率点的算法的例子。更准确来说，本算法由处理器300执行。用于获取使能电源的最大功率点的确定的信息的算法监测电压VI，以获取使能电源的最大功率点的确定的信息。在步骤S1000，阶段PH1’开始。阶段PH1’如图Ila到Ilc所示。图I Ia是根据本发明的第三实现模式的所获取的意味着电源电压变化的输入电容器Cui上的电压变化的例子。时间在图Ila的水平轴上表示，而电压在图Ila的垂直轴上表示。图Ilb是根据本发明的第三实现模式的所获取的电源电流变化的例子。时间在图Ilb的水平轴上表示，而电流在图Ilb的垂直轴上表示。图Ilc是根据本发明的第三实现模式的能量转换装置的输出电压变化的例子。时间在图Ilc的水平轴上表示，而电压在图Ilc的垂直轴上表示。在阶段PH1’期间，能量转换装置充当升压转换器。使NMOSFET M3和二极管Dq根据其占空比经过调整以得到预期输出电压的周期样式而进入导通和非导通状态。其中NMOSFET M3的命令信号为高的时间段称作D。其中NMOSFET M3的命令信号为低的时间段称作(I-D)。在阶段PH1’期间，IGBT晶体管IGl始终处于导通状态，NMOSFET M3在D期间处于导通状态，以及二极管％在(1-D)期间处于导通状态。在阶段PH1’期间，二极管D5从不处于导通状态，NMOSFET M3在(1_D)期间没有处于导通状态，以及二极管％在D期间没有处于导通状态。图Ila所示的电容器Cui上的电压是对应于本算法以前确定的MPP的电压。由图Ilb所示的电源PV所提供的电流是对应于本算法以前确定的MPP的电流。
在图I Ic所示的输出处的电压Vdc是从电源PV输出电压和所施加的占空比所获取的调节的电压。在下一步骤S1001，处理器300决定中断升压转换模式，以再次确定MPP并且转到阶段PH2’。在阶段PH2’，二极管D5和Dq处于导通状态，以及IGBT晶体管IGl和NMOSFET M3设置为非导通状态。阶段PH2’的目的是将电容器Cui充电到电源PV的开路电压Noc以及将电感器LI完全放电。在阶段PH2’中，将电感器LI中存储的能量传递给负载和电容器Q。一旦LI所输出的电流变为零，电容器Qj向负载供应能量并且VD。降低，如图Ilc所示。将电容器Cui充电到电源PV的开路电压Vre，如图Ila所示。 由电源PV所提供的电流在阶段PH2’结束时达到零值。在下一步骤S1002，处理器300转到阶段PH3’。在阶段PH3’中，IGBT晶体管IGl和NMOSFET M3设置为导通状态，以及二极管Dq和D5没有处于导通状态。在阶段PH3’中，电源PV和电容器Cui两者均与电感器LI并联连接。将电容器Cui放电直到零电压，并且其所有能量存储在电感器LI中，从而将电感器LI电流值增加到IlllX :〖+ -Isv.对电感器LI上的电压Vl抽样并存储，以能够计算由电源所提供的电流 Ipv=Iu + IallO在这里必须注意，用于存储数据的缓冲器的大小例如考虑PH3’的持续时间等于 =a来确定。在这里必须注意，在本发明的特定的实现模式中，在阶段
PH3’期间求出电容器值Cui，因为持续时间tPH3,能够如它将在图10中的步骤S1012和S1013所公开那样来求出。在下一步骤S1003，处理器300在抽样周期Tsamp命令对于在阶段PH3’中也对应于电感器LI上的电压的图9所示的电压Vl抽样。在下一步骤S1004，处理器300将变量k设置为值一。变量k是用于样本的索引。在下一步骤S1005，处理器300检查变量k是否等于一。如果变量k等于一，则处理器300转到步骤S1006。否则，处理器300转到步骤S1008。在步骤S1006，处理器300将变量Vu (I)设置为抽样的电压值Vl (I)。根据特定的实现模式，该电路没有包括电流测量部件A。处理器300从测量的电压值和LI电感值来导出流经电感器LI的电流Iu。根据那种实现模式，处理器300将变量Iu (I)设置为零值。在下一步骤S1007，处理器300将变量k递增一并且返回步骤S1005。在步骤S1008，处理器300将变量Vu (k)设置为抽样的电压值Vl (k)，并且更新时间 fmHk) i=t|>[|i,(k-1) .. I Samp0如果电路没有包括电流测量部件A，则处理器300根据下式来获取经过电感器LI的电流值Iu (k)
Ili (k) = ((Tsamp/2) * (VI (k) -Vl (k-1))) /L1+Il1 (k-1)。在下一步骤S1010，处理器300检查电压值Vu (k)是否等于例如等于零值的预定值。如果电压值Vu (k)等于零值，则处 理器300转到步骤S1012。否则，处理器300转到步骤SlOlI。在步骤SlOlI，处理器300将变量k递增一并且返回步骤S1005。在步骤1012，处理器300确定电容器Cui放电的持续时间Tdiseh=tPH3, (k)。在下一步骤S1013，处理器300根据本发明的特定的实现模式来确定电容器值
(( / 二 ITj；》丄I。在下一步骤S1014，处理器300根据将参照图12所公开的算法来确定每对电源电流Ipv和电源电压Vpv。在下一步骤S1015，处理器300得到在以前的步骤所确定的所有电压和电流值，并且形成如图2所示的曲线。在同一步骤，由于在步骤S1215所获取的电压和电流值，处理器300通过选择从电压和电流对的值所获取的最大功率来确定MPP。在下一步骤S1016，处理器300转到阶段PH4’。在阶段PH4’中，IGBT晶体管IGl保持在导通状态，以及二极管Dq和D5自然处于导通状态。在阶段PH4’中，NMOSFET M3设置为非导通状态。在阶段PH4’中，因为IGBT晶体管IGl和D5两者均处于导通状态，所以电容器Cm维持为未充电。将电感器LI放电到电容器Ctj以及负载。输出电压VD。在阶段PH4’期间增力口。阶段PH4’持续直到其中通过电感器的电流变为等于短路电流Isc并且电容器Cui将开始充电。在下一步骤S1017，处理器300转到阶段PH5’。在阶段PH5’期间，能量转换装置充当升压转换器。使NMOSFET M3和二极管Dq根据其占空比经过调整以得到预期输出电压的周期样式而进入导通状态和非导通状态。在阶段PH5’期间，IGBT晶体管IGl处于导通状态，NMOSFET M3在D期间处于导通状态，以及二极管％在(1-D)期间导通。在阶段PH5’期间，二极管D5没有处于导通状态，NMOSFET M3在(1_D)期间没有处于导通状态，以及二极管％在D期间没有处于导通状态。图Ila所示的电容器Cui上的电压是与向着本算法在步骤1015所确定的MPP增加的电源电压对应的电压。由图Ilb所示的电源PV所提供的电流是从短路值向着与本算法在步骤S1015所确定的MPP值对应的电流值降低的电流。图Ilc所示的输出电压对应于从阶段PH4’的电容器Q电压转到根据由本算法在步骤S1015所确定的MPP并且根据新占空比所确定的新输出电压。但是，由于C。需要保持向负载供应电力，所以将因电源在PH5’的开始期间所提供的较小电力而存在输出电压的初始降低，意味着直到其中转换器操作在MPP的时刻、即在阶段PH6’。在下一步骤S1018，处理器300转到阶段PH6’。在阶段PH6’期间，能量转换装置如以前的阶段PH5’中那样充当升压转换器，其中差别在于电源此时供应可用的最大功率(操作在MPP)。图12是根据本发明的第三实现模式的用于确定电源的输出电流和输出电压对以使能电源的最大功率点的确定的算法的例子。更准确来说，本算法由处理器300执行。根据本发明的特定的实现模式，用于获取使能电源的最大功率点的确定的信息的算法还使用电压Vl以确定经过电容器Cui的电流，并且因此确定电源PV的输出电流，因为电感器电流已经为已知。从一般观点来看，通过本算法，通过将电容器Cui的电容值与给定样本的电压导数相乘来确定对于给定样本的电容器电流，电压导数通过拟合数学函数(如具有实系数的多项式函数)来获取。
通过最小化在连续时间样本Xi的所测量电压yi (i=l到N)与数学函数f (Xi)之间的差的平方之和来获取拟合数学函数，以获取给定时间样本的所处理电压。按如下所述进行。给定N个样本(X1, yj、(x2, y2)…(xN, yN),所要求的拟合数学函数例如能够写作如下形式
f (X) =C1 fj (X) +C2 f2 (X) +. +Ck fK (X)
其中fj (x) (j=l，2…K)是x的数学函数，并且Cj (j=l，2…K)是最初未知的常数。f (X)与y的实际值之间的差的平方之和给出为
f = I[, .U > Frj
.I.:
通过相对于常数Cj (j=l, 2，…K)的每个取E的一阶偏导数，并且将结果置为0，来使此误差项最小化。因此，获取K线性方程的对称系统，并且对C1X2'…、Ck来求解。此过程又称作最小均方(LMS)算法。使能最大功率点的确定的信息是从电流-电压下垂特性直接获取的电源PV的功率-电压下垂特性。通过Vl的电压样本，在将对于每个样本移动的预定义窗口中基于适当数学函数(例如具有实系数的多项式函数)的拟合来获取曲线。因此，对电压滤波，并且能够对窗口中的每一个中心点以非常简单并且直接的方式同时计算其导数，从而产生电流的确定而无需任何附加电流传感器。在下一步骤S1200，处理器300得到样本Vu (k)和tPH3, (k)，其中k=l到k在步骤SlOll所取的最大值，它们在时间段PH3期间在步骤S1008获取。每个样本是二维向量，其系数是电压值以及测量电压的时间。在下一步骤S1201，处理器300确定移动窗口的尺寸。移动窗口的尺寸指示将要用于基于适当数学函数(如具有实系数的多项式函数)的拟合来确定曲线的样本的数量Npt。移动窗口的尺寸为奇数。例如，移动窗口的尺寸等于71。在下一步骤S1202，处理器300确定移动窗口的中心点Ne。在下一步骤S1203，处理器300将变量i设置为值Npt。在下一步骤S1204，处理器300将变量j设置为i_Nc+l。在下一步骤S1205，处理器300将变量k设置为一。
在下一步骤S1206，处理器300将x (k)的值设置为样本j的时间系数。在下一步骤S1207，处理器300将y (k)的值设置为样本j的电压系数。在下一步骤S1208，处理器300将变量k递增I。在下一步骤S1210，处理器300将变量j递增I。在下一步骤S1210，处理器300检查变量j是否严格低于i和Ne之和减I。如果变量j严格低于i和Ne之和减1，则处理器300返回步骤S1206。否则，处理器300转到步骤S1211。
在步骤S1211，处理器300使用最小均方算法以及在步骤S1206和S1207所抽样的所有X (k)和y (k)值来确定拟合数学函数如多项式函数y (x)=ax2+bx+c,直到达到S1210的条件。然后，处理器300获取二次多项式函数的a、b和c实系数([a, b，c] G 3)。在下一步骤S1212，处理器300根据下式来求出经滤波的电压值和所需电流
Vi.、, (iimeli])^-rr me[i]- 'i"h*lirnc[ i]^ cIn HlinicliJiia-tinic[ij f h)
In,- 11 i( ime[i]Rlii i(timc[il)
在下一步骤S1213，处理器300将变量i递增一个单位。在下一步骤S1214，处理器300检查i是否严格小于N减Ne，其中N是在步骤S701所获取的电压样本的总数量。如果i严格小于N减Ne，则处理器300返回到步骤S1204。否则，处理器转到步骤S1215，并且输出本算法所确定的电压和电流对。此后，处理器300中断本算法，并且返回图10的算法的步骤S1015。当然能够对上述本发明的实施例进行许多修改而不背离本发明的范围。
权利要求
1.一种用于获取使能电源的例如最大功率点的特性的确定的信息的器件，其特性为，所述用于获取使能所述电源特性的确定的信息的器件包括用于监测链接到所述电源的电感器上的电压以获取使能所述电源特性的确定的信息的部件，并且经过所述电感器的电流从电流传感器获取或者从监测所述电感器上的电压期间所获取的电压值导出。
2.根据权利要求I所述的器件，其特性为，所述电感器包含在直流转换器中。
3.根据权利要求2所述的器件，其特性为，所述器件包括用于在监测所述电感器上的电压期间获取经过所述电感器的电流的部件。
4.根据权利要求I到3中的任一项所述的器件，其特性为，所述器件包括用于在监测所述电感器上的电压之前放电所述电感器中存储的能量的部件。
5.根据权利要求5所述的器件，其特性为，在第一阶段中，电流通过所述电感器提供给负载，所述电感器中存储的能量的放电在第二阶段中执行，并且所述电感器的电压的监测在第三阶段中执行，其中所述电源的第一端子链接到所述电感器的第一端子，以及其中所述电感器的第二端子链接到所述电源的第二端子。
6.根据权利要求5所述的器件，其特性为，所述电感器的第二端子连接到负载，并且在监测所述电感器的电压之前，在所述负载中放电存储在所述电感器中的能量。
7.根据权利要求5或6所述的器件，其特性为，所述器件还包括电容器和至少两个开关，所述电源的第二端子连接到第一开关的第一端子，所述第一开关的第二端子连接到所述电容器的第一端子，所述电容器的第二端子连接到所述电源的第一端子，所述电源的第一端子通过第二开关链接到所述电感器的第一端子，以及所述第二开关在所述第二阶段期间断开。
8.根据权利要求7所述的器件，其特性为，所述第一开关在所述第一阶段期间闭合而在所述第三阶段期间断开。
9.根据权利要求7或8所述的器件，其特性为，所述器件还包括第三开关，所述第三开关将所述电感器的第二端子链接到所述电源的第二端子，并且所述第三开关在所述第三阶段期间闭合。
10.根据权利要求I到3中的任一项所述的器件，其特性为，电容器连接在所述电源的端子上，并且所述器件包括用于在监测所述电感器上的电压期间获取经过所述电容器的电流的部件。
11.根据权利要求10所述的器件，其特性为，经过所述电感器的电流从监测所述电感器上的电压期间所获取的电压值来获取。
12.根据权利要求10或11所述的器件，其特性为，在第一阶段中电流通过所述电感器提供给负载，在第二阶段中将所述电容器充电到所述电源的开路电压，并且所述电感器电压的监测在第三阶段中执行，其中所述电源的第一端子链接到所述电感器的第一端子，以及所述电感器的第二端子链接到所述电源的第二端子。
13.一种直流转换器，其特性为，包括根据权利要求I到12中的任一项所述的器件。
14.一种用于获取使能能够连接到直流转换器的电源的例如最大功率点的特性的确定的信息的方法，其特性为，所述方法包括监测链接到所述电源的电感器上的电压以获取使能所述电源特性的确定的信息的步骤，并且经过所述电感器的电流从电流传感器获取或者从监测所述电感器上的电压期间所获取的电压值导出。
全文摘要
本发明涉及一种用于获取使能电源的例如最大功率点等特性的确定的信息的器件，其特性为，用于获取使能电源特性的确定的信息的器件包括用于监测链接到电源的电感器上的电压以获取使能电源特性的确定的信息的部件。
文档编号G05F1/67GK102754043SQ201080056569
公开日2012年10月24日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月14日
发明者G.比亚蒂 申请人:三菱电机株式会社, 三菱电机研发中心欧洲有限公司