CN104685751B - 电子电压适配器模块的调节 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使第一系统的第一信号适应第二系统的第二信号的电子模块，所述电子模块包括：‑电源(101)，其提供第一信号(SI)；‑转换器模块(102)，其被布置为将所述第一信号转换成中间信号(Sint)；‑微控制器(111)，其用于控制和调节所述转换器模块；‑逆变器模块(104)，其被布置为输出与第二系统的第二信号(Sout)兼容的信号。

Description

电子电压适配器模块的调节
技术领域
本发明涉及一种用于使第一系统的第一信号适应第二系统的第二信号的电子模块，所述电子模块包括：
-输入端，其被如此布置以便电源可以与其连接，所述电源提供第一信号，所述第一信号是具有纹波的连续信号，
-转换器模块，其被布置为将所述电源电压转换成中间信号，所述中间信号包括连续分量和整流后的正弦分量；
-逆变器模块，其被布置为输出与第二系统的第二信号兼容的信号。
背景技术
存在已知电子系统，其目的是提供与电网兼容的信号。这些电子系统的一个实例包括电源，例如提供连续信号的太阳能电池板，所述电源的输出端被连接到转换器模块，所述转换器模块提供包括连续分量和正弦分量的信号。该信号被发送到逆变器模块，所述逆变器模块将所述信号转换成电网兼容信号，在这种情况下为正弦信号。
在当前系统中，在所述电源与所述转换器模块之间安装去耦设备。该去耦装置可以是高值电容器。该去耦装置防止在所述电源中传播来自所述转换器模块或所述逆变器模块的干扰信号。实际上，容性电容器的阻抗模的形式为(其中ω＝2πf)。因此，频率越高，阻抗越低(反函数)，这使得限制干扰振幅成为可能，尤其是在干扰频率高的情况下。一种使用太阳能电池板提供电能的电子系统在低频率下操作，假设输出信号是50赫兹。因此，必须使用高值电容器。
但是，这些高值电容器具有又大又贵的缺点。实际上，电容器的价格和大小随着使用的值和技术而改变。对于去耦电容器，大约50000μF的值是常用值；该值还取决于它所在的系统。该值需要特定的电容器技术和电容器大小，所述大小与所述电容器的值有关。对于去耦电容器，将使用电解电容器。
发明内容
本发明的一个目标是通过建议提供一种用于使第一系统的第一信号适应第二系统的第二信号的电子系统，克服现有技术的缺点，所述电子系统具有最具竞争力的可能性价比，即，其在限制制造成本的同时执行良好。
因此，本发明涉及一种用于使第一系统的第一信号适应第二系统的第二信号的电子模块，所述电子模块包括：
-电源，其提供第一信号；
-转换器模块，其被布置为将所述第一信号转换成中间信号；
-微控制器，其用于控制和调节所述转换器模块；
-逆变器模块，其被布置为输出与第二系统的第二信号兼容的信号，
其特征在于，所述模块包括至少一个去耦电容器，所述至少一个去耦电容器具有允许所述第一信号包括连续分量和正弦分量的值，并且其特征在于，所述微控制器被如此布置以便对所述转换器模块的调节可以根据在所述第一信号的第一纹波期间进行的测量，确定针对所述第一信号的第二纹波的期望调节值。
在第一有利实施例中，所述逆变器模块包括H桥。
在第二有利实施例中，它进一步包括用于控制所述逆变器模块的微控制器。
在第三有利实施例中，所述转换器模块包括至少一个调节单元，所述至少一个调节单元包括与切换部件串联的变压器，所述切换部件由所述微控制器控制。
在第一有利实施例中，所述转换器模块包括至少两个并联的调节单元，所述调节单元由脉冲宽度调制控制。
本发明还涉及一种操作用于使第一系统的第一信号适应第二系统的第二信号的电子模块的方法，所述模块包括：
-电源，其提供第一信号；
-转换器模块，其被布置为将所述第一信号转换成中间信号；
-微控制器，其用于控制和调节所述转换器模块；
-逆变器模块，其被布置为输出与第二系统的第二信号兼容的信号，
其特征在于，所述模块包括至少一个去耦电容器，所述至少一个去耦电容器允许所述第一信号包括连续分量和正弦分量，并且其特征在于，所述方法包括调节步骤，所述调节步骤旨在通过所述第一信号调节所述电源提供的功率，所述步骤包括在所述第一信号的第一纹波期间，执行功率测量以便确定针对所述第一信号的第二纹波的期望调节值。
在第一有利实施例中，所述调节步骤包括：
a)在所述第一信号的纹波期间，定期进行功率测量；
b)求所述功率的平均值并且将该值保存在第一存储区域中；
c)将该平均值与在上一个纹波中进行并且保存在第二存储区域中的功率测量的平均值相比较：
-如果所述第一存储区域的所述值高于所述第二存储区域的所述值，则发送增加所述第一信号的期望电压或电流值的命令以便增加功率；
-如果所述第一存储区域的所述值低于所述第二存储区域的所述值，则发送减小所述第一信号的期望电压或电流值的命令以便减小功率；
-否则，改变所述第一信号的期望电压或电流值，并且在步骤a)再次开始；
d)再次在步骤a)开始。
在第二有利实施例中，所述调节步骤包括：
A)在所述第一信号的纹波期间，定期进行瞬时功率测量；
B)分析这些瞬时功率测量；
-如果所述瞬时功率经过最大值，则将所述最大值保存在第一存储区域中并且执行改进步骤；
-否则，通过增加所述期望电压或电流值，通过所述第一信号增加所述电源提供的功率；
C)再次在步骤A)开始。
在第三有利实施例中，所述改进步骤包括修改所述期望电压或电流值，以便在所述纹波的中间或者在提供平均最大功率的时刻达到最大功率。
在另一个有利实施例中，所述调节步骤包括：
A’)在所述第一信号的纹波期间，定期进行瞬时功率和电压测量；
B’)确定所述纹波的最大瞬时功率；
C’)从该最大瞬时功率，确定所述第一信号的提供所述最大瞬时功率的电压；
D’)调整调节以便所述第一信号的提供所述最大瞬时功率的电压成为下一个纹波的期望值。
附图说明
在以下对本发明的至少一个实施例的详细描述中，根据本发明的电子模块和方法的目标、优点和特性将更清晰可见，本发明的至少一个实施例仅通过非限制性实例的方式给出并且通过附图示出，这些附图是：
-图1和6示出根据本发明的电子模块的示意图；
-图2和5各自示出本发明的一个变型的示意图；以及
-图3和4是本发明的第一和第二实施例的电子模块的电压图的示意图。
-图7示出第二实施例的一个变型的图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的电子系统。所述电子系统是用于使第一系统的第一信号SI适应第二系统的第二信号Sout的电子模块100，所述第一系统可以是提供称为SI的功率信号的电源或能源或动力源101。例如，该电源可以是一个或多个太阳能电池板或一个或多个风力涡轮机或一个或多个电池或其它元件。第二系统例如是家用电网，即，正弦电压。
电源输出端处的功率信号SI进入转换器模块102。转换器模块102包括至少一个调节单元105。在图2中所示的变型中，可以假设转换器模块102包括数个并联安装的调节单元106、107和108。
调节单元包括与切换部件C1串联的变压器T1。调节单元105进一步包括与切换部件C1串联的电流测量装置I1。变压器T1、切换部件C1和电流测量装置I1与电源101并联。调节单元105还包括整流器R1，其连接到变压器T1的输出端以便提供中间信号Sint。因此，显然调节单元105包括它自己的整流器。转换器模块102进一步包括微控制器111。该微控制器111用于控制调节单元105并且用于调节所述单元。
在图5的情况下，其中转换器模块102包括数个并联或串联或并联和串联组合的调节单元105、106、107和108，微控制器111使用脉冲宽度调制控制每个调节单元105、106、107和108。在这种情况下，微控制器111控制所有调节单元。如果具有数个并联或串联的电源101，则对于每个单元或每组调节单元，对调节单元的控制可以是独立的。
中间信号Sint被发送到逆变器模块103。该中间信号Sint采取半正弦或整流后的正弦信号的形式，即，正弦部分均为正。
逆变器模块103包括H桥电路104。该类型的电路采取多个以H形状布置的开关的形式。因此，显然所述H桥包括两个并行分支，每个分支包括两个串联的开关。H桥104为负载供电，该负载恰巧是连接两个并行分支的中心分支；该中心分支在两个开关之间的连接点处被连接到每个分支。
可以控制桥以周期地改变负载电压的极性，以便使桥变成逆变器；布置微控制器111以便将控制信号发送到H桥的开关并且获得逆变器功能。因此，目标是输出与电网兼容的信号Sout，即，频率为50赫兹的正弦信号。
因此，在图1中所示的理想版本中，电源和转换器模块被直接连接到彼此，不布置设备以便防止向电源101传播逆变器模块产生的信号。
有利的是，根据本发明，优化性价比。为了实现这一点，根据本发明的电子系统100包括至少一个去耦电容器109，如图6中所示。该去耦电容器106具有允许第一信号或功率信号S1包括连续分量和正弦分量的值。去耦电容器109将具有最低可能值，但足以使功率信号S1包括连续分量和正弦分量。
去耦电容器109的存在使得以下操作成为可能：具有纹波信号S1，并且将高频谐波移除到地以便增加其中布置去耦电容器109的电路的电磁抗扰性，同时仍限制成本。仅存在该电容器109具有谐波滤波操作，同时它的低电容值允许使用简单并且廉价的技术。
例如，对于功率为100W、电压为12V的根据本发明的电子系统，将使用10000μF去耦电容器。
应该注意到，功率信号S1具有的频率是第二系统的两倍。例如，如果第二系统是在50赫兹下操作的电网，则功率信号S1的频率将为100赫兹。实际上，第二系统的信号Sout是正弦信号，这意味着该信号Sout在一个周期内具有正纹波和负纹波。因为中间信号Sint具有整流后的波形，所以它仅具有正纹波。因此，频率成倍增加。
所述电子系统的这种配置可以使用特定方法以便管理微逆变器的操作。然后配置该方法以便最大功率点的调节和搜索与电子信号100的输出信号Sout同步。
根据图3中所示的第一实施例，最大功率点Pma的搜索被配置为具有根据功率信号SI的搜索建模的频率。为了实现这一点，转换器模块102和微控制器111被布置为在一个半波内，对功率信号SI进行一系列电压和电流测量。因此，这些电压和电流信号允许计算功率，并且然后可计算平均功率Pmoy。该平均功率值Pmoy被保存在第一缓冲存储器中。
在第一个纹波之后，微控制器111发送功率变化。功率变化的这种期望值或命令启动调节。优选地，发送需要增加功率的期望值。可以通过改变电源的电流或输出电压，进行这种功率增加。在所述电子系统100的情况下，通过电流修改进行功率变化。为了实现这一点，微控制器111作用于脉冲宽度调制参数。实际上，脉冲宽度调制允许在调节单元105中流动更多或更少的电流。
为了增加功率，微控制器111因此通过增加周期比对其进行调整。因为周期比越高，通过调节单元105的电流越多。周期比的增加可以预定义，或者可以由用户定义。
然后，对于下一个半波，执行相同的操作，也就是说，对功率信号SI进行电压和电流测量，并且计算平均功率Pmoy并将其放在第二缓冲存储器中。在计算该平均功率Pmoy之后，比较测量值和第一半波的值。
如果第一半波的平均值低于第二半波的平均值，则微控制器111获悉尚未达到最大功率。因此，微控制器111将经由电源101提供的电流，发送用于增加功率的命令或期望值。第一缓冲存储器的值将被删除，并且第二缓冲存储器值将被转移到第一缓冲存储器中。
在下一个半波期间，也将对功率信号SI的电压和电流进行测量，并且因此对功率进行测量，以便计算平均功率值Pmoy。该平均值将被保存在第二缓冲存储器中，并且将进行比较步骤。
如果第一半波的平均值高于第二半波的平均值，则微控制器111获悉功率信号SI提供的电流太高，并且因此已经超过最大功率点。微控制器111然后将发送期望值以便减小电源101的输出电流。在下一个半波期间执行一系列新测量，从而导致计算平均值。将该平均功率Pmoy与上一个半波的平均功率相比较，以此类推。当然，可能设想通过电压变化的平均值实现期望功率变化。
简言之，所述调节步骤包括：
a)在第一信号的纹波期间，定期进行功率测量；
b)求功率的平均值并且将该值保存在第一存储区域中；
c)将该平均值与在上一个纹波中进行并且保存在第二存储区域中的功率测量的平均值相比较：
-如果第一存储区域的值高于第二存储区域的值，则发送增加第一信号的期望电压或电流值的命令以便增加功率；
-如果第一存储区域的值低于第二存储区域的值，则发送减小第一信号的期望电压或电流值的命令以便减小功率；
-否则，改变第一信号的期望电压或电流值，并且在步骤a)再次开始；
d)再次在步骤a)开始。
在图4中所示的第二实施例中，转换器模块的调节被如此配置以便在一个纹波或周期内计算期望值的变化。因此，期望值根据系统的操作更改。
实际上，在系统的开始，即在图4的区域2中，功率为0，而在系统处于稳态之后，提供的功率理论上不变。尽管如此，以相同方式进行调节。
这通过使用以下事实实现：电源的输出信号或功率信号SI具有正弦或纹波分量。电压或纹波的这种变化包括瞬时功率的变化，这意味着对于每个纹波，瞬时功率都围绕作为平均功率的中心点变化，并且可以测量该瞬时功率。
在开始阶段，期望功率值需要增加电源提供的功率。对于每个纹波，定期测量瞬时功率。如果测量到功率仅增加，则微控制器推断未达到最大功率点，并且保存测量的最高功率点。因此，根据先前测量的最高功率点维护和应用期望值，该期望值需要通过修改电压而增加功率。
在纹波期间，如果测量到瞬时功率增加然后减小(即区域1)，这意味着达到最大功率点，并且在这种情况下，微控制器进入监视阶段。在该阶段，测量每个纹波的瞬时功率。然后将测量与上一个纹波的测量相比较，以便如果功率变化很小，则不发送功率增加或减小命令。
可能设想一个旨在改进电源输出信号的步骤。实际上，已经达到最大功率点的事实并不意味着电源输出信号SI完美无缺。信号可能不平衡。实际上，实现对电源输出信号SI的控制，以便两次达到最大功率点。可以在纹波的开始和结束或者在纹波的中间达到此最大功率点。然后必须最大化功率点，以便纹波期间的平均功率尽可能高。因此，改进步骤包括修改期望电压或电流值，以便在提供平均最大功率的时刻达到最大功率Pma。
此外，包括执行功率测量的步骤获知功率分布，并且因此知道何处是最大功率点。使用该知识，使得以下操作变得更容易：修改对电源输出信号SI的控制，以便获得其中最大功率点具有理想位置的电源输出信号SI。
简言之，在该第二实施例中，所述调节步骤包括：
A)在第一信号的纹波期间，定期进行瞬时功率测量；
B)分析这些瞬时功率测量；
-如果瞬时功率经过最大值，则将该最大值保存在第一存储区域中并且执行改进步骤。
-否则，通过增加期望电压或电流值，通过第一信号增加电源提供的功率。
C)再次在步骤A)开始。
在图7中所示的该第二实施例的变型中，微控制器111被如此配置以便在每个纹波或周期，定期测量瞬时功率Pinst和第一信号SI的电压。例如，对于在100赫兹并且因此周期为0.01秒的功率信号SI，可能具有以下微控制器111：其在每个周期执行一百次瞬时功率测量，即间隔为0.0001秒。
对于第一周期T1，期望电源电压值为V0，并且微控制器111测量瞬时功率Pinst和第一信号SI的电源电压。保存对瞬时功率Pinst和信号SI的电源电压的每个测量。微控制器111检测最大瞬时功率Pinst1。该最大瞬时功率Pinst1被保存在存储器的缓冲区域中。
微控制器111被配置为根据最大功率Pinst1识别在纹波期间检测的瞬时功率Pinst1为最高时的电源电压V1。在发现该电源电压V1之后，微控制器111使用它作为下一个周期的期望值。实际上，因为微控制器111在功率测量的同时进行电源电压测量，所以它可以很容易地发现与瞬时功率Pinst1关联的电源电压。
在下一个周期T2，使用电压V1作为功率信号SI的期望值。测量瞬时功率Pinst1以便发现瞬时功率Pinst2。微控制器111使用该功率Pinst2确定后续周期T3的期望值V2。
简言之，所述调节步骤包括：
A’)在第一信号(SI)的纹波期间，定期进行瞬时功率和电压测量；
B’)确定所述纹波的最大瞬时功率(Pinst)；
C’)从该最大瞬时功率，确定第一信号(SI)的提供所述最大瞬时功率的电压；
D’)调整调节以便第一信号的提供所述最大瞬时功率的电压成为下一个纹波的期望值。
这种使用瞬时功率确定应用于下一个周期的期望值将提供独立调节，即，不需要预定义的期望值。
显然，可以对上面描述的本发明的各种实施例进行对于所属技术领域的技术人员来说显而易见的各种改变和/或改进和/或组合，而不偏离所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (17)

1.一种用于使第一系统的第一信号(SI)适应第二系统的第二信号(Sout)的电子模块(100)，所述电子模块(100)包括：
-电源(101)，其提供第一信号(SI)；
-转换器模块(102)，其被布置为将所述第一信号转换成中间信号(Sint)；
-微控制器(111)，其用于控制和调节所述转换器模块；
-逆变器模块(104)，其被布置为输出与第二系统的第二信号(Sout)兼容的信号，
其特征在于，所述电子模块包括至少一个去耦电容器(109)，所述至少一个去耦电容器(109)具有允许所述第一信号(SI)包括连续分量和正弦分量的值，并且其特征在于，所述微控制器被如此布置以便对所述转换器模块的调节可以根据在所述第一信号的第一纹波期间进行的测量，确定针对所述第一信号的第二纹波的期望调节值。
2.根据权利要求1的电子模块，其特征在于，所述逆变器模块(104)包括H桥。
3.根据权利要求1的电子模块，其特征在于，所述电子模块进一步包括用于控制所述逆变器模块的微控制器。
4.根据权利要求2的电子模块，其特征在于，所述电子模块进一步包括用于控制所述逆变器模块的微控制器。
5.根据权利要求1的电子模块，其特征在于，所述转换器模块(102)包括至少一个调节单元(105)，所述至少一个调节单元(105)包括与切换部件串联的变压器，所述切换部件由所述微控制器控制。
6.根据权利要求2的电子模块，其特征在于，所述转换器模块(102)包括至少一个调节单元(105)，所述至少一个调节单元(105)包括与切换部件串联的变压器，所述切换部件由所述微控制器控制。
7.根据权利要求3的电子模块，其特征在于，所述转换器模块(102)包括至少一个调节单元(105)，所述至少一个调节单元(105)包括与切换部件串联的变压器，所述切换部件由所述微控制器控制。
8.根据权利要求4的电子模块，其特征在于，所述转换器模块(102)包括至少一个调节单元(105)，所述至少一个调节单元(105)包括与切换部件串联的变压器，所述切换部件由所述微控制器控制。
9.根据权利要求5的电子模块，其特征在于，所述转换器模块(102)包括至少两个并联的调节单元(105、196、107、108)，所述调节单元由脉冲宽度调制控制。
10.根据权利要求6的电子模块，其特征在于，所述转换器模块(102)包括至少两个并联的调节单元(105、196、107、108)，所述调节单元由脉冲宽度调制控制。
11.根据权利要求7的电子模块，其特征在于，所述转换器模块(102)包括至少两个并联的调节单元(105、196、107、108)，所述调节单元由脉冲宽度调制控制。
12.根据权利要求8的电子模块，其特征在于，所述转换器模块(102)包括至少两个并联的调节单元(105、196、107、108)，所述调节单元由脉冲宽度调制控制。
13.一种操作用于使第一系统的第一信号(SI)适应第二系统的第二信号(Sout)的电子模块(100)的方法，所述电子模块包括：
-电源(101)，其提供第一信号；
-转换器模块(102)，其被布置为将所述第一信号转换成中间信号(Sint)；
-微控制器(111)，其用于控制和调节所述转换器模块；
-逆变器模块(104)，其被布置为输出与第二系统的第二信号兼容的信号，
其特征在于，所述电子模块包括至少一个去耦电容器(109)，所述至少一个去耦电容器(109)允许所述第一信号(SI)包括连续分量和正弦分量，并且所述方法包括调节步骤，所述调节步骤旨在通过所述第一信号调节所述电源提供的功率，所述步骤包括：在所述第一信号的第一纹波期间，执行功率测量以便确定针对所述第一信号的第二纹波的期望调节值。
14.根据权利要求13的操作方法，其特征在于，所述调节步骤包括：
a)在所述第一信号的纹波期间，定期进行功率测量；
b)求所述功率的平均值(Pmoy)并将该值保存在第一存储区域中；
c)将该平均值与在上一个纹波中进行并保存在第二存储区域中的功率测量的平均值相比较：
-如果所述第一存储区域的所述值高于所述第二存储区域的所述值，则发送增加所述第一信号的期望电压或电流值的命令；
-如果所述第一存储区域的所述值低于所述第二存储区域的所述值，则发送减小所述第一信号的期望电压或电流值的命令；
-否则，改变所述第一信号的期望值，并且在步骤a)再次开始；
d)再次在步骤a)开始。
15.根据权利要求13的操作方法，其特征在于，所述调节步骤包括：
A)在所述第一信号(SI)的纹波期间，定期进行瞬时功率测量；
B)分析这些瞬时功率测量(Pinst)；
-如果所述瞬时功率经过最大值，则将所述最大值保存在第一存储区域中并且执行改进步骤；
-否则，通过所述第一信号增加所述电源提供的功率；
C)再次在步骤A)开始。
16.根据权利要求15的操作方法，其特征在于，所述改进步骤包括修改期望电压或电流值，以便在提供平均最大功率的时刻达到最大功率。
17.根据权利要求13的操作方法，其特征在于，所述调节步骤包括：
A’)在所述第一信号(SI)的纹波期间，定期进行瞬时功率和电压测量；
B’)确定所述纹波的最大瞬时功率(Pinst)；
C’)从该最大瞬时功率，确定所述第一信号(SI)的提供所述最大瞬时功率的电压；
D’)调整调节以便所述第一信号的提供所述最大瞬时功率的电压成为下一个纹波的期望值。
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