一种基于四段线性零时延无盲区变换器的高效控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于四段线性零时延无盲区变换器的高效控制系统及方法，包括光伏发电系统、DC‑DC变换器、锂电池，还包括高压差限流器、恒压差限流器、第一段零时延线性变换器、第二段零时延线性变换器、第三段零时延线性变换器以及第四段零时延线性变换器。本发明专利技术通过四段线性零时延无盲区变换器分别对输入、输出电压进行线性变换，进一步消除采样盲区和控制延时，能够提高能量收集效率。

An efficient control system and method based on four segment linear zero delay blind zone free converter

【技术实现步骤摘要】
一种基于四段线性零时延无盲区变换器的高效控制系统及方法
本专利技术涉及光伏发电
，特别是一种基于四段线性零时延无盲区变换器的高效控制系统及方法。
技术介绍
随着人类资源消耗增加以及地球上不可再生资源的减少，全世界都在为人类寻找新的替代能源。太阳能作为一种可再生能源，拥有极大的发展空间。但光伏电池自身存在着能量转换效率较低的问题，既要考虑光照充足时的高强度充电，也要保证光照微弱时的限流充电。光伏发电系统主要由光伏太阳能光伏发电板、锂电池和充电控制器组成。整个系统能够实现对太阳能光伏电池输出功率最大获取控制；在光照充足时可将太阳能光伏发电板能量最大限度传输给锂电池进行蓄电。光照不足时，以保证充电效率为前提，自动调整充电控制电压以实现最优效率充电。充电控制器中一般采用BUCK型DC-DC变换器来进行光伏电池电压到充电电压的变换，保障电压变换效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种基于四段线性零时延无盲区变换器的高效控制系统及方法，通过四段线性零时延无盲区变换器分别对输入、输出电压进行线性变换，进一步消除采样盲区和控制延时，能够提高能量收集效率。本专利技术采用以下方案实现：一种基于四段线性零时延无盲区变换器的高效控制系统，包括光伏发电系统、DC-DC变换器、锂电池，还包括高压差限流器、恒压差限流器、第一段零时延线性变换器、第二段零时延线性变换器、第三段零时延线性变换器以及第四段零时延线性变换器；所述光伏发电系统的输出端分别连接至所述DC-DC变换器的输入端以及第一段零时延线性变换器的输入端，所述DC-DC变换器的输出端依次经高压差限流器、恒压差限流器连接至锂电池的供电端口；所述第一段零时延线性变换器的输出端连接至第二段零时延线性变换器的输入端；所述第三段零时延线性变换器的第一输入端与锂电池的供电端口相连，第二输入端与第二段零时延线性变换器的输出端相连，所述第三段零时延线性变换器的输出端连接至第四段零时延线性变换器的输入端；所述第四段零时延线性变换器的输出端连接至所述DC-DC变换器的反馈电压控制引脚FB端。进一步地，所述第一段零时延线性变换器包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3；所述第一电阻R1的一端作为所述第一段零时延线性变换器的输入端连接至光伏发电系统的输出端，所述第一电阻的另一端分别与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端相连，所述第二电阻R2的另一端接地，所述第三电阻R3的另一端作为第一段零时延线性变换器的输出端。进一步地，所述第二段零时延线性变换器包括第一运算放大器、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7；所述第六电阻R6的一端作为第二段零时延线性变换器的输入端，第六电阻R6的另一端分别与第一运算放大器的负输入端、第七电阻R7的一端相连；第七电阻R7的另一端与第一运算放大器的输出端相连，并作为第二段零时延线性变换器的输出端；第四电阻R4的一端分别与第五电阻R5的一端、第一运算放大器的正输入端相连，第四电阻R4的另一端接地，第五电阻R5的另一端与第一运算放大器的VCC端相连，并连接至VCC。进一步地，所述第三段零时延线性变换器包括第二运算放大器、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12以及第十三电阻R13；第八电阻R8的一端作为第三段零时延线性变换器的第一输入端，第八电阻R8的另一端分别连接至第九电阻R9的一端、第二运算放大器的负输入端；第九电阻R9的另一端与第二运算放大器的输出端相连，并作为第三段零时延线性变换器的输出端；第十二电阻R12的一端作为第三段零时延线性变换器的第二输入端，第十二电阻R12的另一端连接至第十三电阻R13的一端，第十三电阻R13的另一端分别连接至第十一电阻R11的一端、第十电阻R10的一端、第二运算放大器的正输入端；第十一电阻R11的另一端与第二运算放大器的Vcc端相连，并连接至VCC；第十电阻R10的另一端接地。进一步地，所述第四段零时延线性变换器包括第十四电阻R14、第十五电阻R15以及第十六电阻R16；所述第十四电阻R14的一端作为第四段零时延线性变换器的输入端，第十四电阻R14的另一端分别与第十五电阻R15的一端、第十六电阻R16的一端相连，第十五电阻R15的另一端接地，第十六电阻R16的另一端作为第四段零时延线性变换器的输出端。进一步地，所述高压差限流器包括第十七电阻R17、第十八电阻R18以及NMOS管，所述第十七电阻R17的一端与NMOS管的源极相连，并作为高压差限流器的输入端，第十七电阻R17的另一端分别与第十八电阻R18的一端、NMOS管的栅极相连，第十八电阻R18的另一端接地，NMOS管的漏极作为高压差限流器的输出端。进一步地，所述恒压差限流器包括第十九电阻R19以及第二十电阻R20，第十九电阻R19的一端作为恒压茬电流器的输入端，第十九电阻R19的另一端与第二十电阻R20的一端相连，第二十电阻R20的另一端作为恒压差限流器的输出端。本专利技术还提供了一种基于上文所述的用于光伏发电系统的四段线性零时延无盲区变换器的控制系统的方法，采用零时延线性变换器分别从光伏发电系统的输出端与锂电池的供电端口进行采样，将采样后的光伏发电系统输出电压经过四次线性变化，并结合锂电池的供电电压，得到最佳控制电压，并利用该最佳控制电压控制DC-DC变换器的反馈电压引脚FB，进而调节DC-DC变换器的输出电压，使得DC-DC变换器的输出电压与锂电池电压保持最优压差，以控制充电电流。进一步地，最佳控制电压VFB与光伏发电系统输出电压Vsolar、锂电池电压Vbat的关系为二元线性组合，即：VFB＝k1×Vsolar+k2×Vbat+b；其中，k1与k2为常数，由四段零时延线性变换器的参数决定。进一步地，采用所述高压差限流器和恒压差限流器分别进行限流控制；当锂电池电压低于预设值时，DC-DC变换器输出最低恒定工作电压，此时DC-DC变换器的输出电压与电池电压存在较大压差，高压差限流器起作用；随着锂电池电压升高，DC-DC变换器的输出电压随之升高，并保持较低的压差工作，恒压差限流器起作用。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：本专利技术能够在维持DC-DC输出电压与锂电池电压的差压稳定和光伏最大功率提供充电功率的基础上，采用四个线性变换器进行电压变换，做到零时延无盲区实时控制，与传统MPPT控制方案相比，减少了从采样判决到控制输出时延的能量损失及电压采样过程中，由于最低采样分辨率引起的不准确控制导致的能量损失。本专利技术可显著提高整个光伏发电系统的效率，并且能够实现在微弱到只能输出100uA电流的连续阴雨天中保持光伏发电系统持续给锂电池充电，应用前景广阔。附图说明图1为本专利技术实施例的系统原理框图。图2为本专利技术实施例中的第一段零时延线性变换器电路示意图。图3为本专利技术实施例中的第二段零时延线性变换器电路示意图。图4为本专利技术实施例中的第三段零时延线性变换器电路示意图。图5为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于四段线性零时延无盲区变换器的高效控制系统，包括光伏发电系统、DC-DC变换器、锂电池，其特征在于，还包括高压差限流器、恒压差限流器、第一段零时延线性变换器、第二段零时延线性变换器、第三段零时延线性变换器以及第四段零时延线性变换器；/n所述光伏发电系统的输出端分别连接至所述DC-DC变换器的输入端以及第一段零时延线性变换器的输入端，所述DC-DC变换器的输出端依次经高压差限流器、恒压差限流器连接至锂电池的供电端口；所述第一段零时延线性变换器的输出端连接至第二段零时延线性变换器的输入端；所述第三段零时延线性变换器的第一输入端与锂电池的供电端口相连，第二输入端与第二段零时延线性变换器的输出端相连，所述第三段零时延线性变换器的输出端连接至第四段零时延线性变换器的输入端；所述第四段零时延线性变换器的输出端连接至所述DC-DC变换器的反馈电压控制引脚FB端。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于四段线性零时延无盲区变换器的高效控制系统，包括光伏发电系统、DC-DC变换器、锂电池，其特征在于，还包括高压差限流器、恒压差限流器、第一段零时延线性变换器、第二段零时延线性变换器、第三段零时延线性变换器以及第四段零时延线性变换器；
所述光伏发电系统的输出端分别连接至所述DC-DC变换器的输入端以及第一段零时延线性变换器的输入端，所述DC-DC变换器的输出端依次经高压差限流器、恒压差限流器连接至锂电池的供电端口；所述第一段零时延线性变换器的输出端连接至第二段零时延线性变换器的输入端；所述第三段零时延线性变换器的第一输入端与锂电池的供电端口相连，第二输入端与第二段零时延线性变换器的输出端相连，所述第三段零时延线性变换器的输出端连接至第四段零时延线性变换器的输入端；所述第四段零时延线性变换器的输出端连接至所述DC-DC变换器的反馈电压控制引脚FB端。


2.根据权利要求1所述的一种用于光伏发电系统的四段线性零时延无盲区变换器的控制系统，其特征在于，所述第一段零时延线性变换器包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3；所述第一电阻R1的一端作为所述第一段零时延线性变换器的输入端连接至光伏发电系统的输出端，所述第一电阻的另一端分别与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端相连，所述第二电阻R2的另一端接地，所述第三电阻R3的另一端作为第一段零时延线性变换器的输出端。


3.根据权利要求1所述的一种用于光伏发电系统的四段线性零时延无盲区变换器的控制系统，其特征在于，所述第二段零时延线性变换器包括第一运算放大器、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7；所述第六电阻R6的一端作为第二段零时延线性变换器的输入端，第六电阻R6的另一端分别与第一运算放大器的负输入端、第七电阻R7的一端相连；第七电阻R7的另一端与第一运算放大器的输出端相连，并作为第二段零时延线性变换器的输出端；第四电阻R4的一端分别与第五电阻R5的一端、第一运算放大器的正输入端相连，第四电阻R4的另一端接地，第五电阻R5的另一端与第一运算放大器的VCC端相连，并连接至VCC。


4.根据权利要求1所述的一种用于光伏发电系统的四段线性零时延无盲区变换器的控制系统，其特征在于，所述第三段零时延线性变换器包括第二运算放大器、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12以及第十三电阻R13；第八电阻R8的一端作为第三段零时延线性变换器的第一输入端，第八电阻R8的另一端分别连接至第九电阻R9的一端、第二运算放大器的负输入端；第九电阻R9的另一端与第二运算放大器的输出端相连，并作为第三段零时延线性变换器的输出端；第十二电阻R12的一端作为第三段零时延线性变换器的第二输入端，第十二电阻R12的另一端连接至第十三电阻R13的一端，第十三电阻R13的另一端分别连接至第十一电阻R11的一端、第十电阻R10的一端、第二运算放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：林仁杰，余之喜，史永祥，杨江民，
申请(专利权)人：福建福大北斗通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35