CN103913648B - 直流电源供应器与相关的光伏逆变器测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流电源供应器与相关的光伏逆变器测试系统，其中该直流电源供应器包含控制模块、输出模块、回授模块、及微分模块。控制模块依据参考信号、回授信号、以及微分信号产生控制信号。输出模块依据控制信号产生直流模拟信号。回授模块依据直流模拟信号的大小产生回授信号。微分模块依据直流模拟信号对时间的微分产生微分信号。本实施例的直流电源供应器可输出较稳定的直流模拟信号，且较不易造成后端的待测装置损毁。

Description

直流电源供应器与相关的光伏逆变器测试系统

技术领域

本发明相关于一种直流电源供应器，尤指一种可模拟太阳能电池阵列的直流电源供应器与相关的光伏逆变器测试系统。

背景技术

太阳能电池(solarcell)是目前相当普及的一种再生能源(renewableenergy)。一般而言，太阳能电池阵列(solarcellarray)的输出端可连接至光伏逆变器(photovoltaicinverter)，以将电池阵列所产生的直流电力转换为交流电力。

在进行测试时，光伏逆变器的制造商常会使用直流电源供应器(DCpowersupply)来模拟太阳能电池阵列。举例来说，制造商会使用直流电源供应器来产生直流模拟信号，并将此直流模拟信号输入至光伏逆变器，以测试光伏逆变器的效能(performance)。

然而，很多光伏逆变器都有电感性输入阻抗(inductiveinputimpedance)的特性。若将光伏逆变器连接在以负回授控制的直流电源供应器的输出端，前述电感性输入阻抗的特性可能会造成直流电源供应器的输出信号产生震荡，而无法准确地模拟太阳能电池阵列的特性。这可能会导致制造商无法正确测试光伏逆变器的效能，或导致光伏逆变器在测试过程中损毁或甚至爆炸。

发明内容

为了解决上述问题及其他问题，本发明的实施例揭露了一种直流电源供应器，其包含控制模块、输出模块、回授模块、及微分模块。控制模块依据参考信号、回授信号、以及微分信号产生控制信号。输出模块依据控制信号产生直流模拟信号。回授模块依据直流模拟信号的大小产生回授信号。微分模块依据直流模拟信号对时间的微分产生微分信号。

此外，本发明的实施例揭露了一种光伏逆变器测试系统，此系统除了包含前段所述的直流电源供应器以外，还包含一待测光伏逆变器。待测光伏逆变器将前述的直流模拟信号转换为交流输出信号。

在前述各实施例中，微分信号可正相关于电容值乘上直流模拟信号对时间的微分。

在前述各实施例中，当直流模拟信号对时间的微分小于阀值时，微分模块可将微分信号固定于限定值。

在前述各实施例中，直流电源供应器可用来模拟太阳能电池阵列。

在前述各实施例中，微分模块可包含电容、电阻、及运算放大器。运算放大器的第一输入端耦接于电容的第一端与电阻的第一端，运算放大器的第二输入端耦接于固定电位，运算放大器的输出端耦接于电阻的第二端。

前述的直流电源供应器除了可输出较稳定的直流模拟信号以外，还可以避免后端的待测装置损毁，例如避免前述的待测光伏逆变器损毁或甚至爆炸。

附图说明

图1为本发明光伏逆变器测试系统的一实施例功能方块图。

图2为图1的控制模块的一实施例功能方块图。

图3为图1的微分模块的一实施例电路图。

【主要元件符号说明】

100光伏逆变器测试系统

110直流电源供应器

120控制模块

122加法单元

124减法单元

126控制单元

140输出模块

160回授模块

180微分模块

182增益单元

184微分单元

186增益单元

190待测光伏逆变器

Cvir电容

R1电阻

OP运算放大器

具体实施方式

图1为本发明的光伏逆变器测试系统的一实施例功能方块图。此光伏逆变器测试系统100包含有一直流电源供应器110以及一待测光伏逆变器(photovoltaicinverterundertest)190。直流电源供应器110可模拟一太阳能电池阵列，而测试系统100可用来测试待测光伏逆变器190的效能。

直流电源供应器110可依据一参考信号REF产生一直流模拟信号DCS，以模拟太阳能电池阵列所产生的直流输出信号。待测光伏逆变器190可依据直流模拟信号DCS产生交流输出信号ACO。理论上，交流输出信号ACO与直流模拟信号DCS间的关系即可表示待测光伏逆变器190的效能。

本实施例的直流电源供应器110包含有一控制模块(controlmodule)120、一输出模块(outputmodule)140、一回授模块(feedbackmodule)160、以及一微分模块(differentiationmodule)180。在此架构下，直流电源供应器110可以称为是负回授(negativefeedback)直流电源供应器。

简单地说，控制模块120系用来依据一参考信号REF、一回授信号FB、以及一微分信号DIFF来产生一控制信号CTRL；输出模块140用来依据控制信号CTRL产生前述的直流模拟信号DCS；回授模块160用来依据直流模拟信号DCS的大小产生回授信号FB；微分模块180则用来依据直流模拟信号DCS对时间的微分产生微分信号DIFF。

前段所述任一信号可以是一电压信号或一电流信号，举例来说，当直流模拟信号DCS为电流讯号时，直流电源供应器110可以称为是电流控制的(currentcontrolled)直流电源供应器或是电流控制的负回授直流电源供应器。而由于输出模块140可以是一功率级(powerstage)，故直流模拟信号DCS的量级(magnitude)可大于前段所述其他信号的量级。

图2为图1的控制模块120的一实施例功能方块图。在本实施例中，控制模块120包含有一加法单元(adder)122、一减法单元(subtractor)124、以及一控制单元(controller)126。加法单元122用来依据回授信号FB及微分信号DIFF产生一总和信号SUM，举例来说，在正常操作范围内，这三个信号间的关系可表示为SUM＝(a×FB)+(b×DIFF)，其中，a与b可为常数，例如a＝b＝1。减法单元124用来依据参考信号REF及总和信号SUM产生一差值信号DELTA，举例来说，在正常操作范围内，这三个信号间的关系可表示为DELTA＝(c×REF)-(d×SUM)，其中，c与d可为常数，例如c＝d＝1。最后，控制单元126用来依据差值信号DELTA产生控制信号CTRL。举例来说，当差值信号DELTA的值为零时，控制单元126可固定控制信号CTRL的值或工作周期(dutycycle)，以让直流模拟信号DCS维持不变；当差值信号DELTA的值为正时，控制单元126可调大控制信号CTRL的值或工作周期，以调大直流模拟信号DCS；当差值信号DELTA的值为负时，控制单元126可调小控制信号CTRL的值或工作周期，以调小直流模拟信号DCS。

如前所述，回授模块160可依据直流模拟信号DCS的大小产生回授信号FB，举例来说，在正常操作范围内，这两个信号间的关系可表示为FB＝(e×DCS)+f，其中，e与f可为常数，例如0<e<1且f＝0。而在直流模拟信号DCS过大时，回授信号FB可能会被箝制(clamped)在回授模块160所使用的直流供应电位或接地电位或最大/最小的数位值(maximum/minimumdigitalvalue)。为了避免过大的直流模拟信号DCS导致回授模块160损毁，回授模块160的输入端可包含有一衰减单元(attenuator)，以将直流模拟信号DCS转变为衰减直流模拟信号，再让其他电路元件依照衰减直流模拟信号的大小产生回授信号FB。

另外，如前所述，微分模块180可依据直流模拟信号DCS对时间的微分产生微分信号DIFF，举例来说，在正常操作范围内，这两个信号间的关系可表示为DIFF＝[g×d(DCS)/dt)+h，其中，d(DCS)/dt表示直流模拟信号DCS对时间的微分、g与h可为常数，例如g>0且h＝0。而在直流模拟信号DCS瞬间的变化过大时(不论瞬间变大或瞬间变小)，微分信号DIFF可能会被箝制在微分模块180所使用的直流供应电位或接地电位或是最大/最小的数位值。

图3为图1的微分模块180的一实施例电路图。本实施例的微分模块180包含有一增益单元(gaincomponent)182、一微分单元(differentiator)184、及一增益单元186。增益单元182可将直流模拟信号DCS乘上一增益值(gain)G1以得到一中介信号DCS'，微分单元184可依据中介信号DCS'对时间的微分产生中介信号DIFF'，增益单元186可将中介信号DIFF'乘上一增益值G2以得到微分信号DIFF。增益值G1及G2不一定要大于1，也可以等于或小于1，举例来说，若增益值G1小于1，则增益单元182亦可称为一衰减单元(attenuator)，若增益值G2小于1，则增益单元186亦可称为一衰减单元。若G1＝1，则DCS＝DCS'，此时或许可省略增益单元182。若G2＝1，则DIFF'＝DIFF，此时或许可省略增益单元186。

本实施例的微分单元184包含一电容Cvir、一电阻R1，及一运算放大器(operationalamplifier)OP。运算放大器OP的一第一输入端(图中的负(-)端)耦接于电容Cvir的一第一端(图中的右端)及电阻R1的一第一端(图中的左端)，运算放大器OP的一第二输入端(图中的正(+)端)耦接于一固定电位(图中的接地电位)，运算放大器OP的一输出端耦接于电阻R1的一第二端(图中的右端)。

微分单元184接收的中介信号DCS'及输出的中介信号DIFF'皆可为电压信号，举例来说，在正常操作范围内，这两个信号间的关系可表示为DIFF'＝[(Cvir/R1)×d(DCS')/dt)。

在图3的架构下，微分信号DIFF系正相关于(positivelycorrelatedto)电容值Cvir乘上直流模拟信号DCS对时间的微分。在直流模拟信号DCS瞬间的变化过大时，微分信号DIFF可能会被钳制在微分模块180所使用的直流供应电位或接地电位。举例来说，当参考信号REF的值瞬间降低时，可能会导致直流模拟信号DCS对时间的微分为负，且小于一个负的阀值(threshold)，此时，微分模块180可将微分信号DIFF固定在一限定值，例如接地电位0V。

以上实施例的直流电源供应器110有很多优点，举例来说，它可稳定地输出直流模拟信号DCS来模拟太阳能电池阵列所产生的直流输出信号，此外，即使待测光伏逆变器190具有电感性输入阻抗的特性，直流模拟信号DCS依旧不易有震荡过大的问题。而即使直流模拟信号DCS瞬间的变化很大，也不容易导致待测光伏逆变器190损毁或甚至爆炸。这些优点一方面可以提升测试的准确度及/或可靠度、另一方面也可以降低测试的成本。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (10)

1.一种直流电源供应器，其特征在于，包含:

一控制模块，用来依据一参考信号、一回授信号、以及一微分信号来产生一控制信号；

一输出模块，耦接于该控制模块，用来依据该控制信号产生一直流模拟信号；

一回授模块，耦接于该控制模块及该输出模块，用来依据该直流模拟信号的大小产生该回授信号；以及

一微分模块，耦接于该控制模块及该输出模块，用来依据该直流模拟信号对时间的微分产生该微分信号。

2.如权利要求1所述的直流电源供应器，其特征在于，该微分信号正相关于该直流模拟信号对时间的微分与一电容值的积。

3.如权利要求1所述的直流电源供应器，其特征在于，当该直流模拟信号对时间的微分小于一阀值时，该微分模块将该微分信号固定于一限定值。

4.如权利要求1所述的直流电源供应器，其特征在于，该微分模块包含:

一电容；

一电阻；以及

一运算放大器，该运算放大器的一第一输入端耦接于该电容的一第一端与该电阻的一第一端，该运算放大器的一第二输入端耦接于一固定电位，该运算放大器的一输出端耦接于该电阻的一第二端。

5.如权利要求1所述的直流电源供应器，其特征在于，该直流电源供应器用来模拟一太阳能电池阵列。

6.一种光伏逆变器测试系统，其特征在于，包含:

一待测光伏逆变器，用来依据一直流模拟信号产生一交流输出信号；以及

一直流电源供应器，包含:

一控制模块，用来依据一参考信号、一回授信号、以及一微分信号来产生一控制信号；

一输出模块，耦接于该控制模块及该待测光伏逆变器，用来依据该控制信号产生该直流模拟信号；

一回授模块，耦接于该控制模块及该输出模块，用来依据该直流模拟信号的大小产生该回授信号；以及

一微分模块，耦接于该控制模块及该输出模块，用来依据该直流模拟信号对时间的微分产生该微分信号。

7.如权利要求6所述的光伏逆变器测试系统，其特征在于，该微分信号正相关于该直流模拟信号对时间的微分与一电容值的积。

8.如权利要求6所述的光伏逆变器测试系统，其特征在于，当该直流模拟信号对时间的微分小于一阀值时，该微分模块将该微分信号固定于一限定值。

9.如权利要求6所述的光伏逆变器测试系统，其特征在于，该微分模块包含:

一电容；

一电阻；以及

一运算放大器，该运算放大器的一第一输入端耦接于该电容的一第一端与该电阻的一第一端，该运算放大器的一第二输入端耦接于一固定电位，该运算放大器的一输出端耦接于该电阻的一第二端。

10.如权利要求6所述的光伏逆变器测试系统，其特征在于，该直流电源供应器用来模拟一太阳能电池阵列。