CN109765960A - 最大功率追踪的发电装置与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种最大功率追踪的发电装置与系统，所述的装置包括发电组件与至少一个优化器，所述优化器包括设置于芯片的最大功率追踪电路、驱动控制电路、第一开关与第二开关；所述最大功率追踪电路包括电压电流检测单元、乘法器与最大功率追踪处理单元；其中的乘法器，用于将所述发电组件的组件输出电压与所述发电组件的组件输出电流相乘，得到所述发电组件的组件输出功率；最大功率追踪处理单元，用于根据所述组件输出功率，追踪确定所述发电组件的当前最大功率，并根据所述当前最大功率，确定所述占空比信号，并将所述占空比信号发送至所述驱动控制电路。本发明简化了器件，有效降低了成本，提高了发电组件的发电效率，且可实现很高的集成度。
Description
技术领域
本发明涉及发电领域，尤其涉及一种最大功率追踪的发电装置与系统。
背景技术
各发电组件均其自身的输出功率特性，只有工作在特定电压电流情况下才能发挥该组件的最大功率输出。而单个发电组件输出往往不足以提供实际功率需求，因此，通常以串联并联的方式构成发电组件阵列来满足设计要求。现有技术中，需在发电后对其进行直流到交流(因为发电组件都是直流的，在并网到实际的民用或者工业电网前需要转换成交流，这个过程叫逆变，即直流转交流)的转换。
现有技术中，在转换前(即直流转交流前)，可使用同一个最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking，以下简称MPPT)来实现对组件阵列的最大功率点追踪。当组件串联应用时，通过各自组件的电流是相等的，其可能会造成组件功率特性的失配，例如：当组件甲工作在最大功率点时，对于组件乙来说该最大功率点可能并不是它最大功率点的电流，但是由于串联电流相同，其会导致所以组件乙无法工作在它自己的最大功率点处，从而造成组件乙的功率损失。
故而，在现有方案中，可为每一块发电组件配置一个具有独立的最大功率点跟踪MPPT功能的功率优化器；而且，每个发电组件的输出均接入至功率优化器的输入端。每块发电组件均接入功率优化器，每块组件相对于阵列来说是一个独立的整体，其输出功率不会受到其他任何组件的影响，进而，可有利于在当前环境条件下使该组件工作在最大功率值。这就避免了上述由于组件失配而使每一块组件不能工作在自身的最大功率点处。
现有相关技术中，最大功率优化器通常采用用于实现数字信号处理的微处理器MCU芯片来实现，为了适于MCU芯片的信息处理，需为MCU芯片配置采样电路以采样组件的电压电流信息，用于计算组件功率。同时，由于采样电路采集得到的是模拟信号，而MCU芯片只能对数字信号进行处理，这就导致需为优化器再配置模拟信号放大器以及模拟-数字信号转换器等，而MCU通过计算最大功率点后输出信号通过前级驱动电路去驱动对应的外置功率管以达到组件阵列工作大最大功率点。由此可见，目前的方案复杂，集成度低，成本较高，高昂的成本使得这种配置优化器的方案不易于被推广，影响了发电组件的发电效率。
发明内容
本发明提供一种最大功率追踪的发电装置与系统，以解决方案复杂，集成度低，成本较高问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种最大功率追踪的发电装置，包括发电组件与至少一个优化器，所述优化器包括设置于芯片的最大功率追踪电路、驱动控制电路、第一开关与第二开关，所述第一开关的第一端连接至所述发电组件的正输出端，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述发电组件的负输出端，所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端还连接至中间端口，通过所述中间端口能够将功率输出至所述芯片的外围电路，所述中间端口连接至前一级发电装置；
所述最大功率追踪电路包括电压电流检测单元、乘法器与最大功率追踪处理单元；
所述电压电流检测单元，用于采集所述正输出端的电压、所述负输出端的电压，以及所述中间端口的电压，以及：根据所述正输出端的电压与所述负输出端的电压确定所述发电组件的组件输出电压，根据所述正输出端的电压与所述中间端口的电压确定所述第一开关的电流，并以此作为发电组件的组件输出电流；
所述乘法器，用于将所述发电组件的组件输出电压与所述组件输出电流，确定所述发电组件的组件输出功率；
所述最大功率追踪处理单元，用于根据所述组件输出功率，追踪确定所述当前最大功率；根据所述当前最大功率，确定占空比信号，并将所述占空比信号发送至所述驱动控制电路；
所述驱动控制电路分别连接所述第一开关的控制端与所述第二开关的控制端，用于根据所述占空比信号控制所述第一开关与所述第二开关的通断，以调节所述发电装置的输出功率。
所述最大功率追踪处理单元在根据所述当前最大功率，确定所述占空比信号时，具体用于：
根据所述当前最大功率，确定当前的基准电压；
比较所述当前的基准电压与参考电压信号的当前电压，并根据比较的结果产生对应占空比的所述占空比信号，所述参考电压信号为正弦波形的电压信号或三角波形的电压信号。
可选的，所述最大功率追踪处理单元还连接所述电压电流检测单元；
所述电压电流检测单元，还用于：
根据所述负输出端的电压与所述中间端口的电压确定所述第二开关的电流；并将所述第一开关的电流和所述第二开关的电流相加，得到所述中间端口的输出电流；
所述最大功率追踪处理单元，还用于：
若所述中间端口的输出电压与其对应的安全电压区间不匹配，则调节所述占空比信号，以使得所述中间端口的电压与其对应的安全电压区间相匹配；
若所述中间端口的输出电流与其对应的第一安全电流区间不匹配或所述第一开关的电流与其对应的第二安全电流区间不匹配，则调节所述占空比信号，以使得所述中间端口的输出电流与其对应的第一安全电流区间相匹配，且所述第二开关的电流与其对应的第二安全电流区间相匹配；
若所述安全调节与根据所述当前最大功率所确定的占空比信号发生冲突，则优先满足所述安全调节。
可选的，所述驱动控制电路包括逻辑控制单元、第一驱动单元与第二驱动单元，
所述逻辑控制单元的输入端连接所述最大功率追踪电路，用于接收所述占空比信号，根据所述占空比信号产生第一驱动信号与第二驱动信号，并将所述第一驱动信号发送至所述第一驱动单元，将所述第二驱动信号发送至所述第二驱动单元；
所述逻辑控制单元分别连接所述第一驱动单元与所述第二驱动单元，所述第一驱动单元的输出端连接所述第一开关的控制端，所述第二驱动单元的输出端连接所述第二开关的控制端；
所述第一驱动单元用于根据所述第一驱动信号控制所述第一开关通断，所述第二驱动单元用于根据所述第二驱动信号控制所述第二开关通断。
可选的，所述第一驱动单元的供电端通过供电控制开关连接内部供电电路，所述第一驱动单元的供电端还连接至自举电容的一端，所述自举电容的另一端连接所述中间端口。
可选的，所述优化器还包括内部供电电路，所述内部供电电路直接或间接连接至所述正输出端，所述内部供电电路连接所述驱动控制电路，用于利用所述发电组件的输出电能为所述驱动控制电路供电。
可选的，所述内部供电电路包括低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器的输入端直接或间接连接至所述正输出端，所述低压差线性稳压器的输出端直接或间接连接至所述驱动控制电路。
可选的，所述的装置，还包括基准电压产生电路，所述基准电压产生电路分别连接所述内部供电电路与所述最大功率追踪电路，用于利用所述内部供电电路的供电向所述最大功率追踪电路提供用于确定所述占空比信号的基准电压。
可选的，所述优化器还包括过温保护电路与使能控制电路；
所述过温保护电路用于检测所述优化器的温度信息，并在所述温度信息高于温度阈值时，向所述使能控制电路发送特定使能信号；
所述使能控制电路连接所述驱动控制电路，用于在接收到所述特定使能信号时，利用所述驱动控制电路控制所述第一开关关断，以断开所述中间端口与所述发电组件，并使得所述第二开关导通。
可选的，所述的装置，还包括通讯电路与通讯接口组件，所述通讯电路通过所述通讯接口组件对外交互通讯，且能够将所述优化器的温度信息、组件输出信息、装置输出信息中至少之一对外发送，以及通过所述通讯接口组件接收并对外界传输而来的外来信息进行数模转换，以使得阈值信息能够根据所述外来信息被确定；
所述组件输出信息包括以下至少之一：所述发电组件的组件输出电压、所述发电组件的组件输出电流与所述发电组件的组件输出功率。
所述装置输出信息包括以下至少之一：所述发电装置的装置输出电压、所述发电装置的装置输出电流与所述发电装置的装置输出功率。
所述阈值信息包括以下至少之一：温度阈值、安全电压区间对应的电压阈值与安全电流区间对应的电流阈值。
根据本发明的第二方面，提供了一种最大功率追踪的发电系统，包括依次连接的至少两个第一方面及其可选方案涉及的最大功率追踪的发电装置。
本发明提供的最大功率追踪的发电装置与系统，可将所述最大功率追踪电路的输入端直接或间接连接至所述正输出端、所述负输出端，以及所述中间端口，以采集所述正输出端的电压、所述负输出端的电压，以及所述中间端口的电压。
本发明避免了现有数字方式的最大功率点跟踪存在的问题，其中，采样发电组件的电压电流信息通过模拟乘法器得到功率信息，以此调节占空比以实现发电组件最大功率点的追踪，避免了模数转换，以及基于模数转换的运算放大，简化了外围器件，有效降低了成本，且可有利于实现优化器中电路的集成，实现很高的集成度。同时，相较于数字信号的优化控制，省去了微处理器的计算时间，模拟环路的响应速度也可做到更快、处理精度也更高。由于降低了成本，提高了组件的发电效率，该技术的接受度很高，能够实现绿色节能，有利于该技术的迅速推广量产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一个实施例中最大功率追踪的发电装置的电路示意图；
图2是本发明第二个实施例中最大功率追踪的发电装置的电路示意图；
图3是本发明第三个实施例中最大功率追踪的发电装置的电路示意图；
图4是本发明第四个实施例中最大功率追踪的发电装置的电路示意图；
图5是本发明第五个实施例中最大功率追踪的发电装置的电路示意图；
图6是本发明一实施例中最大功率追踪的发电系统的电路示意图。
附图标记说明：
1-发电组件；
2-优化器；
201-最大功率追踪电路；
2011-电压电流检测单元；
2012-乘法器；
2013-最大功率追踪处理单元；
2014-振荡器；
202-驱动控制电路；
2021-第一驱动单元；
2022-第二驱动单元；
2023-逻辑控制单元；
203-第一开关；
204-第二开关；
205-中间端口；
206-电源正端口；
207-电源负端口；
208-内部供电电路；
2081-低压差线性稳压器；
209-基准电压产生电路；
210-过温保护电路；
211-使能控制电路；
212-使能端口；
213-信息采集电路；
214-通讯电路；
2141-模数转换单元；
2142-通讯控制单元；
2143-数模转换单元；
215-通讯接口组件；
3-装置输出电容；
4-通讯模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1是本发明第一个实施例中最大功率追踪的发电装置的电路示意图。
请参考图1，最大功率追踪的发电装置，包括发电组件1与优化器2，所述优化器2包括设置于芯片的最大功率追踪电路201、驱动控制电路202、第一开关203与第二开关204。
以上所涉及的发电组件1可例如光伏发电组件，其他可选实施方式中，也可为动能发电组件、风能发电组件等等。
所述第一开关203的第一端连接至所述发电组件1的正输出端，所述第一开关203的第二端连接所述第二开关204的第一端，所述第二开关204的第二端连接所述发电组件1的负输出端，所述第一开关203的第二端与所述第二开关204的第一端还连接至中间端口205，通过所述中间端口205能够将功率输出至所述芯片的外围电路，所述中间端口205连接至前一级发电装置，具体连接至前一级发电装置的负输出端。
本实施例中，所述最大功率追踪电路201的输入端可直接或间接连接至所述正输出端、所述负输出端，以及所述中间端口，以直接采集所述正输出端的电压、所述负输出端的电压，以及所述中间端口的电压，其可通过芯片外的连接来实现，也可在芯片上通过电路的设置来实现。
例如；最大功率追踪电路201的一个输入端可与第一开关203的第一端一同连接至电源正端口206，该电源正端口206可连接至发电组件1的正输出端，最大功率追踪电路201的另一个输入端可与第一开关203的第二端，以及第二开关204的第一端一同连接至中间端口205，最大功率追踪电路201的再一个输入端可与第二开关204的第二端一同连接至电源负端口207，该电源负端口207可连接至发电组件1的负输出端。在其他举例中，最大功率追踪电路201也可通过其他端口直接与发电组件1的正输出端与负输出端连接。
可见，不论采用何种连接方式，只要是对电压的直接获取，并基于此对电流、功率等信息进行模拟量的计算确定，即未对采样得到的信号进行模数转换，就不脱离本实施例的描述。
基于以上手段，本实施例避免了模数转换，以及基于模数转换的运算放大，简化了器件，有效降低了成本，且可有利于实现优化器中电路的集成，实现较高的集成度。同时，相较于数字信号的优化控制，模拟环路的响应速度也可做到更快、处理精度也更高。
其中的第一开关203与第二开关204可理解为任意可导通两端，且具有控制端，进而通过控制端的控制变换导通与关断的器件，具体实施过程中，第一开关203与第二开关204可以为MOS管，例如可以为NMOS管。
进而，采用双高压NMOS的方式，可以在节省面积的同时做到较低的开关阻抗，便于实现较高的转换效率。
所述驱动控制电路202分别连接所述第一开关203的控制端与所述第二开关204的控制端，用于根据所述占空比信号控制所述第一开关203与所述第二开关204的通断，以调节所述发电装置的装置输出功率。
其中，中间端口205可连接于该发电装置的装置输出电容3的第一端，装置输出电容3的第二端可连接发电组件1的负输出端，进而，装置输出电容3两端可分别连接前一级发电装置与后一级发电装置。其中，中间端口205可经一个电感L连接至该装置输出电容3，该电感L与装置输出电容3可组合起到LC滤波的作用。
一种举例中，中间端口205输出的为方波信号，经LC滤波后，可形成一个直流DC电压。本实施例所需限制的电压可理解为就是这个DC电压。但由于中间间隔了一个电感，无法直接采样到LC滤波之后的DC电压，所以是对中间端口205的方波电压通过芯片内部的电阻电容RC滤波后得到一个等同于外部LC滤波的DC电压。通过对这个DC电压的采样后来调节占空比以防止这个DC电压过高。
在第一开关203关断，第二开关204导通的情况下，下一级发电装置可经第二开关204串联到上一级的发电装置，进而，可断开本发电装置的发电组件1与主通路的联系。对应的，在第一开关203导通，第二开关204关断的情况下，本发电装置的发电组件1可接入主通路，进而利用本装置输出本组件的电能。
可见，通过打开第二开关204，可使得其他组件的电流直接流过该装置的第二开关204，从而不影响整个串联组件阵列中其他组件的正常工作。
本实施例中，由于直接采用电压电流得到功率信号调节占空比，通过占空比信号控制第一开关、第二开关的通断，其可理解为基于模拟信号的MPPT，故而也可理解为AMPPT方案，该AMPPT可具体理解为：Analog Maximum Power Point Tracking。
图2是本发明第二个实施例中最大功率追踪的发电装置的电路示意图。
请参考图2，所述最大功率追踪电路201包括电压电流检测单元2011、乘法器2012与最大功率追踪处理单元2013。
所述电压电流检测单元2011，用于采集所述正输出端的电压、所述负输出端的电压，以及所述中间端口的电压，以及：根据所述正输出端的电压与所述负输出端的电压确定所述发电组件1的组件输出电压，具体地，其可理解为：正输出端与负输出端的电位差，即为组件输出电压。
所述电压电流检测单元2011，还用于根据所述正输出端的电压与所述中间端口205的电压确定所述第一开关的电流，并以此作为所述发电组件1的组件输出电流；具体地，其可理解为：第一开关203的阻抗可确定的情况下，由于正输出端的电压即为电源正端口206的电压，故而，第一开关203导通时，它的第一端与第二端的电压即为所述正输出端的电压与所述中间端口205的电压的电压差，根据该电压差与第一开关203的电阻，即可算出所述组件输出电流。
可见，本实施例可无需将电参数的信号转化成数字的，基于模拟量，也可得到所需的电流与功率等，满足后续非数字处理的计算和处理的需求。
所述乘法器2012，用于将所述发电组件的组件输出电压与所述发电组件的组件输出电流相乘，得到所述发电组件1的组件输出功率。例如可得到一个表征发电组件1的组件输出功率的电压。
通过乘法器2012，可适于在非数字处理的场景下得到功率信息，满足后续非数字处理的最大功率追踪的需求。
所述最大功率追踪处理单元2013，用于根据所述组件输出功率，追踪确定所述当前最大功率，并根据所述当前最大功率，确定所述占空比信号，并将所述占空比信号发送至所述驱动控制电路。发电组件1的组件输出功率的电压调节占空比信号，该占空比信号通过驱动电路去控制第一开关和第二开关的通断，从而实现发电组件工作在最大功率输出状态。
占空比信号，可以理解为任意基于脉宽调制的信号，针对于不同的当前最大功率，最大功率追踪电路201可输出不同占空比的占空比信号。此外，占空比信号可理解为PWM信号，即脉宽调制信号。
任意实现最大功率追踪处理单元2013的手段均可以落在本实施例保护范围之内。同时，以下具体阐述了本实施例下一种具体的实现方式：
存储历史的输出功率，进而，通过比较组件当前输出功率与前一个时期的组件输出功率，若组件输出功率大于前一个时期的输出功率，可确定组件输出功率未达到最大输出功率。若组件输出功率小于前一个时期的输出功率，可确定组件输出功率已达到最大输出功率。可见，所述当前最大功率可以是根据组件输出功率的至少部分历史数据确定的。
由此通过动态的检测和调节占空比信号，能够使组件一直工作在最大功率点状态。根据当前最大功率，确定占空比信号的过程，可理解为：根据组件的历史输出功率，可确定对当前占空比该如何调整才能满足最大功率功率输出的需求，例如可通过第一开关导通、第二开关关断的时间的改变，以实现最大功率点的追踪。其中，确定占空比信号，可以例如对占空比信号的占空比进行调整。
具体实施过程中，可结合基准电压实现占空比信号的调整，例如，可将正弦波形或三角波形的电压与基准电压进行比较，进而根据比较结果确定占空比信号。其中，若基准电压不同，比较所能产生的占空比信号的占空比即为不同的。故而，具体实施过程中，可通过对基准电压的调整变化实现占空比信号的调整。
若将以上正选波形与三角波形的电压理解为一种预设的参考电压信号，则以上过程可被具体描述为如下：
所述最大功率追踪处理单元在根据所述当前最大功率，确定所述占空比信号时，具体用于：
根据所述当前最大功率，确定当前的基准电压；这种确定可以是对基准电压经所需变化后的值进行确定，也可以是对基准电压需如何变化进行确定；
比较所述当前的基准电压与参考电压信号的当前电压，并根据比较的结果产生对应占空比的所述占空比信号，所述参考电压信号为正弦波形的电压信号或三角波形的电压信号。
其中，由于该当前的基准电压是根据当前最大功率确定的，其可以使得对应占空比信号的控制下，组件输出功率达到该当前最大功率。
本实施例为每个组件配置一个优化器，其形成的集成电路能够自动追踪不匹配的发电组件的最大功率点，使每个组件功率输出最大化。
此外，所述电压电流检测单元2011，还可用于根据所述正输出端的电压与所述中间端口的电压差，以及所述负输出端的电压与所述中间端口的电压差，结合对应的阻抗，算出装置输出电流，以及：以所述中间端的电压作为装置输出电压。
进而，乘法器2012可根据组件输出电流与组件电压计算得到组件输出功率，例如可得到一个表征组件输出功率的电压。
其中一种实施方式中，请参考图2，所述最大功率追踪处理单元2013还连接所述电压电流检测单元2011；
所述电压电流检测单元2011，还用于：
根据所述负输出端的电压与所述中间端口205的电压确定所述第二开关204的电流；并将所述第一开关203的电流和所述第二开关204的电流相加，得到所述中间端口205的输出电流；
所述最大功率追踪处理单元2013，还用于：
若所述中间端口205的输出电压与其对应的安全电压区间不匹配，则对所述占空比信号进行安全调节，以使得所述中间端口的电压与其对应的安全电压区间相匹配；
若所述中间端口205的输出电流与其对应的第一安全电流区间不匹配或所述第一开关的电流与其对应的第二安全电流区间不匹配，则对所述占空比信号进行安全调节，以使得所述中间端口的输出电流与其对应的第一安全电流区间相匹配，且所述第二开关的电流与其对应的第二安全电流区间相匹配。
此外，若基于安全电压区间与安全电流区间的占空比信号调节，需优先于最大功率的占空比信号调节，即：若所述安全调节与根据所述当前最大功率所确定的占空比信号发生冲突，则优先满足所述安全调节。
其中的安全电压区间，可例如小于某一电压阈值的区间，进而，任意大于该电压阈值的情况，均可视作与该安全电压区间不匹配，换言之，任意需针对于电压阈值进行判断的情况，均可视作是否与安全电压区间匹配的判断；同样的，其中的第一安全电流区间与第二安全电流区间，可例如小于某一电流阈值的区间，进而，任意大于对应电流阈值的情况，均可视作与对应安全电流区间不匹配，换言之，任意需针对于电流阈值进行判断的情况，均可视作是对是否与安全电流区间匹配的判断。
此外，以上所涉及的匹配，包括直接匹配与间接匹配的情况，例如中间端口的电压或其对应的DC电压与一个安全电压区间的匹配可理解为直接匹配，利用中间端口的电压或其对应的DC电压的例如平均值的统计值与安全电压区间进行匹配，可理解为间接匹配，利用中间端口的电压或其对应的DC电压相关联的另一电压与其对应的安全电压区间进行匹配，也可理解为间接匹配，同理，有关过流的判断也可以包括直接匹配与间接匹配两种情况。
通过以上实施方式，可实现过压和过流的保护。进而，输出电压或电流可以被稳定在某一设定值，从而保护整个发电系统的稳定工作。其中，过压保护是针对装置输出电压的，即中间端口205的。过流保护包括两部分，一个是发电组件输出电流的保护，即第一开关的电流保护。另一个是装置输出电流的保护，即中间端口205的电流保护，其电流是第一开关和第二开关电流的相加。这个电流可以通过中间端口205到外置的电感然后输出到负载去的，这个也需要过流保护的。
最大功率追踪处理单元2013可分别通过不同的程序实现最大功率追踪进而输出占空比信号的功能与过压过流保护的功能，也可通过不同的电路结构实现最大功能追踪进而输出占空比信号的功能与过压过流保护的功能，还可通过软件与电路结构的第一结合方式实现最大功率追踪进而输出占空比信号的功能，再通过软件与电路结构的第二结合方式实现过压过流的保护。
可见，不论通过软件、硬件，还是软硬件结合的方式实现以上所涉及功能，均不脱离本实施例的描述。
具体实施过程中，AMPPT算法中，可根据输入的当前功率信号周期性地去调节占空比信号。占空比信号进入逻辑控制单元，可控制第一开关与第二开关的关断与导通时间，从而调节装置输出功率。AMPPT算法会根据输入的当前功率信号与历史功率信号比较不断地调节占空比信号，最终使得组件输出功率动态保持在最大值。
此外，本实施例所述合计的优化器还可有利于自动调节输出电流去匹配主通路的电流。这样就使得发电能力较弱的组件从一个负载变成了电源，提高了整个装置的转换效率。为了能最大程度地发挥装置的发电能力，本芯片AMPPT算法，使每一组件都工作在最大功率点状态，提升发电效率，而不用考虑组件最大功率点的失配问题。即使有组件被部分受影响时，通过该芯片仍旧可以将没有影响部分的功率转换出来。
其中一种实施方式中，请参考图2，所述驱动控制电路202包括逻辑控制单元2023、第一驱动单元2021与第二驱动单元2022。其中的驱动单元也可理解为驱动级。
所述逻辑控制单元2023的输入端连接所述最大功率追踪电路201，用于接收所述占空比信号，根据所述占空比信号产生第一驱动信号与第二驱动信号，并将所述第一驱动信号发送至所述第一驱动单元2021，将所述第二驱动信号发送至所述第二驱动单元2022。
所述逻辑控制单元2023分别连接所述第一驱动单元2021与所述第二驱动单元2022，所述第一驱动单元2021的输出端连接所述第一开关203的控制端，所述第二驱动单元2022的输出端连接所述第二开关204的控制端.
所述第一驱动单元2021用于根据所述第一驱动信号控制所述第一开关203通断，所述第二驱动单元2022用于根据所述第二驱动信号控制所述第二开关204通断。
通过逻辑控制单元2023，可有利于防止第一驱动单元2021与第二驱动单元2022共通。
第一驱动单元2021与第二驱动单元2022，可以为任意能够实现开关控制的器件或器件的集合。
图3是本发明第三个实施例中最大功率追踪的发电装置的电路示意图。
请参考图3，所述优化器2还包括内部供电电路208，所述内部供电电路208直接或间接连接至所述正输出端，所述内部供电电路208连接所述驱动控制电路202，用于利用所述发电组件1的输出电能为所述驱动控制电路202供电。具体实施过程中，内部供电电路208可通过电源正端口206连接所述正输出端。
可见，本实施例可以利用发电组件1的供电实现内部供电。
本实施例中，所述的装置，还包括基准电压产生电路209，所述基准电压产生电路209分别连接所述内部供电电路208与所述最大功率追踪电路201，用于利用所述内部供电电路208的供电向所述最大功率追踪电路201提供用于确定所述占空比信号的基准电压。
基于前文所述，最大功率追踪电路201的最大功率追踪处理单元，可对所输入的基准电压进行调整，以满足所需的占空比信号的需求。
其中一种实施方式中，所述优化器2还包括过温保护电路210与使能控制电路211。
所述使能控制电路211连接所述驱动控制电路202，用于在接收到特定使能信号时，利用所述驱动控制电路202控制所述第一开关203关断，并控制所述第二开关204导通，此时，其他组件的电流可以流经第二开关204，所以不影响系统的正常工作。其中，使能控制电路211可通过使能端口212接收该特定使能信号以及正常工作使能信号。
同时，若使能控制电路211接收到另一正常工作使能信号，可驱动所述驱动控制电路202正常工作，即芯片保持正常工作。具体实施过程中，该特定使能信号可以为低电平，该正常工作使能信号可以为高电平。
此外，特定使能信号的接收与处理，可在组件电压偏低而不能正常输出时，打开第二开关204，让其他组件的电流直接流过该第二开关204，从而不影响整个组件阵列的正常工作。
其中一种实施方式中，可在温度过高时触发该特定使能信号的接收与处理，从而避免温度过高对芯片造成损坏或其他不良影响，其中，所述过温保护电路210用于检测所述优化器的温度信息，并在所述温度信息高于温度阈值时，向所述使能控制电路211发送所述特定使能信号。
其中的温度信息，可以利用任意的温度检测器件产生，其可为检测芯片特定位置的温度，也可为检测芯片各温度统计确定的温度。进而，任意能够实现温度检测与温度比较的电路结构，均不脱离以上实施方式的描述。
同时，过温保护电路210也可以由内部供电电路208供电，还可直接由另一可提供电源的端口供电。
图4是本发明第四个实施例中最大功率追踪的发电装置的电路示意图。
请参考图4，所述的装置，还包括通讯电路214与通讯接口组件215，所述通讯电路214通过所述通讯接口组件215对外交互通讯，且能够将所述优化器的温度信息、组件输出信息、装置输出信息、组件过流标识信息、装置过流标识信息、装置过压标识信息中至少之一对外发送。
其中，所述组件输出信息包括以下至少之一：所述发电组件的组件输出电压、所述发电组件的组件输出电流与所述发电组件的组件输出功率。
所述装置输出信息包括以下至少之一：所述发电装置的装置输出电压、所述发电装置的装置输出电流与所述发电装置的装置输出功率。
其中，组件过流标识信息用于表征组件输出电流过流情况的发生，该情况可例如前文所涉及的第一开关的电流与第二安全电流区间不匹配的情况；装置过流标识信息用于表征装置输出电流过流情况的发生，该情况可例如前文所涉及的中间端口的输出电流与第一安全电流区间不匹配的情况；装置过压标识信息用于表征装置输出电压过压情况的发生，该情况可例如前文所涉及的中间端口的输出电压与安全电压区间不匹配的情况。
由于通讯电路214是与外界交互通讯的，故而，除了对外发送信息，还可接收外部发送而来的信息。例如用于确定以上所涉及的电压阈值、电流阈值、温度阈值等的外部信息，可通过该通讯电路214自外部接收。
其中一种实施方式中，通讯电路还能够通过所述通讯接口组件接收并对外界传输而来的外部信息进行数模转换，以使得阈值信息能够根据所述外来信息被确定，例如可被最大功率追踪处理单元识别被用于确定阈值。其中的所述阈值信息可以包括以下至少之一：温度阈值、安全电压区间对应的电压阈值与安全电流区间对应的电流阈值。
进而，通讯电路214还可包括数模转换单元2143，用于对外部信息的信号进行数模转换，转换后的外部信息可被传输至对应的电路部分，例如用于确定温度阈值的外部信息可被传输至过温保护电路210，用于确定电压阈值的外部信息与用于确定电流阈值的外部信息可被传输至最大功率追踪电路201，具体可以为其中的最大功率追踪处理单元2013。可见，数模转换单元2143可分别与过温保护电路210，以及最大功率追踪电路201中至少之一连接。
其中一种实施方式中，为了获取到以上所涉及的需对外传输的信息，所述的装置还可包括信息采集电路213，该信息采集电路213可分别连接电压电流检测单元2011与乘法器2012。
故而，信息采集电路，可理解为任意能够接收并传递信息、电信号的电路结构。
具体实施过程中，通讯电路214可以包括模数转换单元2141与通讯控制单元2142，进而，在发出信息之前，可利用模数转换单元2141将所述优化器的温度信息、组件输出信息、装置输出信息中至少之一的模拟信号转化为数字信号，进而进行传输。
利用通讯控制单元2142，可有利于对信息的传输进行传输管理。
可见，通过以上实施方式所实现的通讯过程，可便于实现日常的监控和通信，保障优化器的正常工作需求，以及相关信息的及时反馈与调整。
图5是本发明第五个实施例中最大功率追踪的发电装置的电路示意图。
请参考图5，本实施例可理解为图1至图4所示实施例的一种具体实施方式。
在图5所示实施例中，PV+端口可理解为连接所述正输出端的电源正端口206，PV-端口可理解为连接所述负输出端的电源负端口207，EN端口可理解为以上所涉及的使能端口212，SW端口可理解为以上所涉及的中间端口。其中，电压电流检测单元2011左侧的可理解为分别连接其所标注的端口。
其中的MOS管NM1可理解为以上所涉及的第一开关203，其中的MOS管NM2可理解为以上所涉及的第二开关204，其中的电容Cout可理解为以上所涉及的装置输出电容。
Vin可理解为发电组件1输入优化器2的电压，即发电组件1的组件输出电压，对应的，Iin可理解为发电组件1的组件输出电流，Pin可理解为发电组件1的组件输出功率，具体也可理解为组件输出功率。同时，Vout可理解为以上所涉及的装置输出电压，Iout可理解为以上所涉及的装置输出电流，Pout可理解为以上所涉及的装置输出功率。
其中一种实施方式中，最大功率追踪处理单元2013可连接振荡器2014，振荡器2014可为最大功率追踪处理单元2013提供时钟信号。
其中一种实施方式中，请参考图5，所述内部供电电路208包括低压差线性稳压器2081，所述低压差线性稳压器2081的输入端直接或间接连接至所述正输出端，例如可连接PV+端口，所述低压差线性稳压器2081的输出端直接或间接连接至所述驱动控制电路202，具体可连接第一驱动单元2021。
具体实施过程中，所述第一驱动单元2021的供电端通过供电控制开关K连接内部供电电路208，具体可连接至低压差线性稳压器2081，所述第一驱动单元2021的供电端还连接至自举电容C2的一端，所述自举电容C2的另一端连接所述中间端口，即SW端口。具体实施过程中，低压差线性稳压器2081还通过AVDD端口与电容CAVDD接地。
通过低压差线性稳压器2081，可产生5V或3.3V电压，供给内部电路工作，如图所示可通过供电控制开关为第一驱动单元2021间接供电，也可为第二驱动单元2022供电，例如直接连接第二驱动单元2022的供电端。
在图5所示实施方式中，芯片的VCC端口可经电阻R连接至正输出端，芯片的VCC端可经电容CVCC接地。进而，可利用RC对芯片供电端VCC进行滤波。同时，发电组件1的正输出端与负输出端之间还接有组件输出电容，即电容Cin。
在图5所示实施方式中，通讯接口组件215可以包括SDA接口与SCL接口，通讯控制单元2142可通过SDA接口与SCL接口连接通讯模块4。该通讯模块4可例如I2C通讯模块，其可理解为基于I2C总线通讯协议通讯电路、线路等。
可见，本实施例所涉及的优化器集成的AMPPT算法不仅适用于组件的功率追踪，可具有外围电路简单，成本低，集成度高，追踪精度高追踪速度快等优点。该优化器可解决了发电组件失配时的功率损失问题。
若发电组件为光伏发电组件，本实施例所涉及的优化器还可解决了光伏发电组件部分遮挡时的热斑以及功率损失问题。优化器可以组装在光伏发电组件面板的背面，不影响面板正面的发电。
优化器及其芯片的数量可以与光伏发电组件相同，也可以是不同的，例如一个光伏发电组件对应于至少两个优化器及其芯片，即：若优化器的数量为一个，则：一个优化器及其芯片可设置于对应的一个光伏发电组件的面板背面，若优化器的数量为多个：则多个优化器及其芯片分布于对应的一个光伏发电组件的面板背面。可见，具体实施过程中，可在单个面板的背面通过对面板的分区安装多块具有AMPPT算法的芯片，解决面板内部的失配问题，进一步提高面板的发电效率。其原理可参照多块面板串联的情况。
图6是本发明一实施例中最大功率追踪的发电系统的电路示意图。
请参考图6，本实施例还提供了一种最大功率追踪的发电系统，包括依次连接的至少两个以上可选方案所涉及的最大功率追踪的发电装置。
综上所述，本发明提供的最大功率追踪的发电装置与系统，可将所述最大功率追踪电路的输入端直接或间接连接至所述正输出端、所述负输出端，以及所述中间端口，以采集所述正输出端的电压、所述负输出端的电压，以及所述中间端口的电压。
本发明避免了现有数字方式的最大功率点跟踪存在的问题，其中，采样发电组件的电压电流信息通过模拟乘法器得到功率信息，以此调节占空比以实现发电组件最大功率点的追踪，避免了模数转换，以及基于模数转换的运算放大，简化了外围器件，有效降低了成本，且可有利于实现优化器中电路的集成，实现很高的集成度。同时，相较于数字信号的优化控制，省去了微处理器的计算时间，模拟环路的响应速度也可做到更快、处理精度也更高。由于降低了成本，提高了组件的发电效率，该技术的接受度很高，能够实现绿色节能，有利于该技术的迅速推广量产。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种最大功率追踪的发电装置，其特征在于，包括发电组件与至少一个优化器，所述优化器包括设置于芯片的最大功率追踪电路、驱动控制电路、第一开关与第二开关，所述第一开关的第一端连接至所述发电组件的正输出端，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述发电组件的负输出端，所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端还连接至中间端口，通过所述中间端口能够将功率输出至所述芯片的外围电路；所述中间端口连接至前一级发电装置；
所述最大功率追踪电路包括电压电流检测单元、乘法器与最大功率追踪处理单元；
所述电压电流检测单元，用于采集所述正输出端的电压、所述负输出端的电压，以及所述中间端口的电压，以及：根据所述正输出端的电压与所述负输出端的电压确定所述发电组件的组件输出电压，根据所述正输出端的电压与所述中间端口的电压确定所述第一开关的电流，并以此作为组件输出电流；
所述乘法器，用于将所述发电组件的组件输出电压与所述发电组件的组件输出电流相乘，得到所述发电组件的组件输出功率；
所述最大功率追踪处理单元，用于根据所述组件输出功率，追踪确定所述发电组件的当前最大功率；根据所述当前最大功率，确定占空比信号，并将所述占空比信号发送至所述驱动控制电路；
所述驱动控制电路分别连接所述第一开关的控制端与所述第二开关的控制端，用于根据所述占空比信号控制所述第一开关与所述第二开关的通断。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述最大功率追踪处理单元在根据所述当前最大功率，确定所述占空比信号时，具体用于：
根据所述当前最大功率，确定当前的基准电压；
比较所述当前的基准电压与参考电压信号的当前电压，并根据比较的结果产生对应占空比的所述占空比信号，所述参考电压信号为正弦波形的电压信号或三角波形的电压信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述最大功率追踪处理单元还连接所述电压电流检测单元；
所述电压电流检测单元，还用于：
根据所述负输出端的电压与所述中间端口的电压确定所述第二开关的电流；并将所述第一开关的电流和所述第二开关的电流相加，得到所述中间端口的输出电流；
所述最大功率追踪处理单元，还用于：
若所述中间端口的输出电压与其对应的安全电压区间不匹配，则对所述占空比信号进行安全调节，以使得所述中间端口的电压与其对应的安全电压区间相匹配；
若所述中间端口的输出电流与其对应的第一安全电流区间不匹配或所述第一开关的电流与其对应的第二安全电流区间不匹配，则对所述占空比信号进行安全调节，以使得所述中间端口的输出电流与其对应的第一安全电流区间相匹配，且所述第二开关的电流与其对应的第二安全电流区间相匹配；
若所述安全调节与根据所述当前最大功率所确定的占空比信号发生冲突，则优先满足所述安全调节。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动控制电路包括逻辑控制单元、第一驱动单元与第二驱动单元，
所述逻辑控制单元的输入端连接所述最大功率追踪电路，用于接收所述占空比信号，根据所述占空比信号产生第一驱动信号与第二驱动信号，并将所述第一驱动信号发送至所述第一驱动单元，将所述第二驱动信号发送至所述第二驱动单元；
所述逻辑控制单元分别连接所述第一驱动单元与所述第二驱动单元，所述第一驱动单元的输出端连接所述第一开关的控制端，所述第二驱动单元的输出端连接所述第二开关的控制端；
所述第一驱动单元用于根据所述第一驱动信号控制所述第一开关通断，所述第二驱动单元用于根据所述第二驱动信号控制所述第二开关通断。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一驱动单元的供电端通过供电控制开关连接内部供电电路，所述第一驱动单元的供电端还连接至自举电容的一端，所述自举电容的另一端连接所述中间端口。
6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述优化器还包括内部供电电路，所述内部供电电路直接或间接连接至所述正输出端，所述内部供电电路连接所述驱动控制电路，用于利用所述发电组件的输出电能为所述驱动控制电路供电。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括基准电压产生电路，所述基准电压产生电路分别连接所述内部供电电路与所述最大功率追踪电路，用于利用所述内部供电电路的供电向所述最大功率追踪电路提供用于确定所述占空比信号的基准电压。
8.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述优化器还包括过温保护电路与使能控制电路；
所述过温保护电路用于检测所述优化器的温度信息，并在所述温度信息高于设定的温度阈值时，向所述使能控制电路发送特定使能信号；
所述使能控制电路连接所述驱动控制电路，用于在接收到所述特定使能信号时，利用所述驱动控制电路控制所述第一开关关断，以断开所述中间端口与所述发电组件，并使所述第二开关导通。
9.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，还包括通讯电路与通讯接口组件，所述通讯电路通过所述通讯接口组件对外交互通讯，且能够将所述优化器的温度信息、组件输出信息、装置输出信息进行模数转换后通过所述通讯接口组件对外发送，以及通过所述通讯接口组件接收并对外界传输而来的外来信息进行数模转换，以使得阈值信息能够根据所述外来信息被确定；
所述组件输出信息包括以下至少之一：所述发电组件的组件输出电压、所述发电组件的组件输出电流与所述发电组件的组件输出功率；
所述装置输出信息包括以下至少之一：所述发电装置的装置输出电压、所述发电装置的装置输出电流与所述发电装置的装置输出功率；
所述阈值信息包括以下至少之一：温度阈值、安全电压区间对应的电压阈值与安全电流区间对应的电流阈值。
10.一种最大功率追踪的发电系统，其特征在于，包括依次连接的至少两个权利要求1至9任一项所述的最大功率追踪的发电装置。
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