当前位置: 首页 > 专利查询>西华大学专利>正文

一种短路电流最大功率点跟踪电路制造技术

技术编号:18983396 阅读:31 留言:0更新日期:2018-09-20 19:15
本实用新型专利技术公开了一种短路电流最大功率点跟踪电路,包括无输入电容主电路,无输入电容主电路包括温差发电器和Boost升压电路;温差发电器的等效电路输出端与Boost升压电路输入端连接;Boost升压电路包括电感L1;电感L1与开关管S1和开关管S2连接;开关管S2与输出滤波电容C1和负载RL连接,在无输入电容主电路Boost输入端连接输入电容C2与开关管的串联支路,并通过数字控制芯片控制输入电容C2是否接入电路。本实用新型专利技术通过分析温差片等效模型及Boost主电路工作模态,采集电感L1电流,根据电感L1电流上升段的电流值及其斜率计算温差片短路电流,并通过增量式PI控制器实现对温差发电短路电流法MPPT的最大功率点条件iTEG=ISC/2的无差跟踪。

A short-circuit current maximum power point tracking circuit

The utility model discloses a maximum power point tracking circuit for short-circuit current, which comprises a main circuit without input capacitance, a main circuit without input capacitance including a thermoelectric generator and a Boost boost circuit, an output end of the equivalent circuit of a thermoelectric generator connected with the input end of a Boost boost circuit, a boost circuit including an inductance L1 and an on-off inductance L1, and a boost circuit with a temperature difference. Switch-off S1 and switch-on S2 are connected; switch-on S2 is connected with output filter capacitor C1 and load RL; input capacitor C2 and switch-on series branch are connected at Boost input of main circuit without input capacitor, and input capacitor C2 is connected to circuit by digital control chip. The utility model collects the inductor L1 current by analyzing the equivalent model of the thermostat and the working mode of the Boost main circuit, calculates the short-circuit current of the thermostat according to the current value and slope of the rising section of the inductor L1 current, and realizes the maximum power point condition iTEG=ISC/2 of the MPPT by the incremental PI controller. Difference tracking.

【技术实现步骤摘要】
一种短路电流最大功率点跟踪电路
本专利技术属于温差发电的
,具体涉及一种短路电流最大功率点跟踪电路。
技术介绍
温差发电是一种利用热电材料实现热能到电能直接转换的技术,它具有无噪音、无振动、无有害物质排放、可靠性高、无磨损、移动方便、使用寿命长等优点。早期主要应用于航天与军事领域,随着技术进步,逐步应用到交通领域、工业废热余热回收及发电领域等。尽管温差发电片有了长足的发展,现在的效率依然较低,因此,为了充分利用能源,引入最大功率点跟踪技术(MPPT:Maximumpowerpointtracking),实现对温差发电片输出的最大功率传输。半导体温差发电主要原理为赛贝克(Seebeck)效应,期间伴随着帕尔帖(Peltier)效应、汤姆逊(Thomson)效应、焦耳效应、傅里叶效应等。赛贝克效应又被称为第一热电效应:由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象,这个电压被称为赛贝克电压,如下式:ΔU=α(Th-To)其中:α为材料的赛贝克系数;Th为导体或半导体热端温度;Tc为导体或半导体冷端温度。现有的温差发电MPPT方法存在如下的不足:1、扰动观察法需要采集电压与电流两个量,且即使追踪到最大功率点仍然会不停地震荡;2、电导增量法的实现同样需要测量电压与电流两个量,其工作在稳态时也会不停地震荡,且往往存在静差;3、开路电压法是目前各文献中常用的方法,依托于温差发电片的固有特性,但为了采集到开路电压与平均电压往往需要多个开关管与电容,结构复杂,且在每次采样开路电压的时间段内,需要将TEG与主电路断开,使得这段时间TEG发出的电能浪费;4、传统的短路电流法仅停留在理论阶段,实际中几乎不会采用,短路电源会带来诸多不稳定因素,且同样需要断开TEG与主电路的连接。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足,提供一种短路电流最大功率点跟踪电路,以解决现有温差发电片最大功率传输效率低的问题。为达到上述目的,本专利技术采取的技术方案是:提供一种短路电流最大功率点跟踪电路,其包括无输入电容主电路;无输入电容主电路包括温差发电器和Boost升压电路;温差发电器的等效电路为恒电压源Voc与内阻Rin的串联;温差发电器的等效电路输出端与Boost升压电路输入端连接;Boost升压电路包括电感L1;电感L1与开关管S1和开关管S2并联连接;开关管S2与输出滤波电容C1和负载RL连接;滤波电容C1和负载RL并联连接。优选地,电感L1一侧设有用于采集电感电流的数字控制芯片。优选地,数字控制芯片型号为STM32F407VET6。优选地,还包括有输入电容主电路;有输入电容主电路包括无输入电容主电路,以及与无输入电容主电路Boost升压电路输入端连接的输入电容C2和开关管S3的串联支路。本专利技术提供的用于温差发电器的短路电流最大功率点跟踪电路及其控制方法,具有以下有益效果:本专利技术通过分析温差片等效模型及Boost主电路工作模态,采集电感L1电流,根据电感L1电流上升段的电流值及其斜率计算温差片短路电流,并通过增量式PI控制器实现对温差发电短路电流法MPPT的最大功率点条件iTEG=ISC/2的无差跟踪。附图说明图1为短路电流最大功率点跟踪电路无输入电容的系统框图。图2为短路电流最大功率点跟踪电路的无输入电容主电路的电路结构图。图3为短路电流最大功率点跟踪电路的有输入电容主电路的电路结构图图4为短路电流最大功率点跟踪电路的无输入电容主电路参数的波形图。图5为短路电流最大功率点跟踪电路的有输入电容主电路参数的波形图图6为短路电流最大功率点跟踪电路的电路结构开关管S1闭合时TEG与电感L1的诺顿等效变换电路图。图7为短路电流最大功率点跟踪电路中短路电流、TEG输出电流计算及滤波流程图。图8为短路电流最大功率点跟踪电路无输入电容主电路的软件控制流程图。图9为TEG等效电路图。图10为TEGV-I与P-I曲线图。图11为无输入电容、短路电流和TEG输出电流有效值的波形图。图12为无输入电容,等效TEG在不同开路电压条件下电感L1电流、TEG输出功率和负载功率的仿真结果波形图。图13为无输入电容,等效TEG在开路电压为20V时的电感L1电流、TEG输出功率和负载功率的仿真结果细节波形图。图14为有输入电容的电路结构及控制框图。图15为有输入电容的短路电流实现MPPT的流程图。图16为有输入电容,短路电流和TEG输出电流有效值的仿真结果波形图。图17为有输入电容,等效TEG在不同开路电压条件下电感L1电流、TEG输出功率和负载功率的仿真结果波形图。图18为无输入电容,等效TEG在开路电压为20V时的电感L1电流、TEG输出功率和负载功率的仿真结果细节波形图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述,以便于本
的技术人员理解本专利技术,但应该清楚,本专利技术不限于具体实施方式的范围,对本
的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。根据本申请的一个实施例,包括温差发电器和Boost升压电路,根据是否具有输入电容分为有输入电容和无输入电容两种情况。无输入电容如下:参考图1和图2,电路结构:温差发电器的等效电路为恒电压源Voc与内阻Rin的串联,温差发电器的等效电路输出端与Boost升压电路输入端连接,Boost升压电路包括依次电感L1,电感L1与开关管S1和开关管S2连接,开关管S1和开关管S2均与负载连接;负载包括并联设置的电容C1和负载RL。根据本申请的一个实施例,参考图7,将温差发电器模型等效为恒电压源Voc串联一个等效电阻Rin。参考图10,结合TEG的V-I与P-I曲线图和最大功率传输定理,当负载阻抗值等于TEG阵列内阻时,负载能获得最大功率。将其应用到本专利技术的温差发电装置中,通过调节DC/DC变换器开关管的开关占空比,进而温差发电器的输出电流I等于ISC/2。电流采集,参考图1,在电感L1的输出侧设置一数字控制芯片,数字控制芯片型号为STM32F407VET6,用于采集连续周期内电感L1的电流值。温差发电器(以下称为TEG)型号为TEG1-199-1.4-0.5,持续温差150℃时内阻Rin的阻值为3.07Ω。参考图4,电感L1电流上升阶段,对应图4中0-DT阶段:开关管S1闭合导通,温差发电器为电感L1充能,电感L1电流逐渐上升,TEG内电阻Rin压降增大,输出电压VTEG减小,温差发电器的短路电流为,其中,ISC为温差发电器的短路电流,L1为变换器主电感的电感量,Rin为温差发电器的等效内阻,iL为电感L1电流,i’L为电感L1电流的一阶导数。电感L1电流下降阶段,对应图4中DT-T阶段:开关管S1断开,电感L1与负载连接,并为电容C1和负载RL供电,电感L1电流下降,TEG内阻Rin压降减小,TEG输出电压上升,电感L1电流下降阶段的变化率为,其中,Vo为负载两端电压。参考图4和图6,在电感L1电流处于0-DT阶段时,将电路做诺顿等效变换,并对图6列写KCL方程:根据电感L1电流上升阶段的变化率、电感L1电流下降阶段的变化率和变换后等效电路的KCL方程,计算得到短路电流的表达式,由上式短本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种短路电流最大功率点跟踪电路,其特征在于:包括无输入电容主电路;所述无输入电容主电路包括温差发电器和Boost升压电路;所述温差发电器的等效电路为恒电压源Voc与内阻Rin的串联;所述温差发电器的等效电路输出端与Boost升压电路输入端连接;所述Boost升压电路包括电感L1;所述电感L1与开关管S1和开关管S2并联连接;所述开关管S2与输出滤波电容C1和负载RL连接;所述滤波电容C1和负载RL并联连接。

【技术特征摘要】
1.一种短路电流最大功率点跟踪电路,其特征在于:包括无输入电容主电路;所述无输入电容主电路包括温差发电器和Boost升压电路;所述温差发电器的等效电路为恒电压源Voc与内阻Rin的串联;所述温差发电器的等效电路输出端与Boost升压电路输入端连接;所述Boost升压电路包括电感L1;所述电感L1与开关管S1和开关管S2并联连接;所述开关管S2与输出滤波电容C1和负载RL连接;所述滤波电容C1和负载RL并联连接。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员:王军陈亮阎铁生孙章李佳龙
申请(专利权)人:西华大学
类型:新型
国别省市:四川,51

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1