DE2052251C

DE2052251C - Circuit arrangement for the formation of a solar cell label with the help of a field effect transistor

Info

Publication number: DE2052251C
Authority: DE
Inventors: Hans Lange Dieter Dipl Ing 2000 Wedel Loos
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt
Publication date: 1972-12-14

Description

und durch die Anordnung von Widerständen parallel oder in Reihe zum Feld-Effekt-Transistor möglich.and possible by arranging resistors in parallel or in series with the field-effect transistor.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß keine konstante Stromquelle und keine Heiz- und Regeleinrichtung zur Temperaturkonstanthaltung des Referenzelementes notwendig sind. Auch ist keine große Spannungsverstärkung erforderlich, da der Feld-Effekt-Transistor eine verhältnismäßig große Ausgangsspannung aufweist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber den bekannten Schaltungsanordnungen liegt darin, daß eine bessere und genauere Nachbildung der Kennlinienform im statischen und dynamischen Bereich möglich ist. Weiterhin benötigt der erfindungsgemäße Solarzellengeneratorsimulator weniger Bauelemente und kann dadurch sowohl billiger als auch in seinen Abmessungen kleiner gebaut werden.An advantage of the invention is that there is no constant power source and no heating and regulating device are necessary to keep the temperature of the reference element constant. Also is not a big one Voltage amplification required because the field effect transistor has a relatively large output voltage having. Another advantage of the invention over the known circuit arrangements is that a better and more accurate It is possible to simulate the shape of the characteristic curve in the static and dynamic range. Still needed the inventive solar cell generator simulator fewer components and can thereby both cheaper and smaller in size.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, an embodiment according to the invention is shown, namely shows

F i g. 1 zwei Kennlinien,F i g. 1 two characteristics,

F i g. 2 ein Blockschaltbild undF i g. 2 is a block diagram and

F i g. 3 ein Schaltbild.F i g. 3 a circuit diagram.

In F i g. 1 sind die Kennlinien zweier Solarzellen, die zusammen hergestellt worden sind, graphisch dargestellt. Auf der Ordinate der graphischen Darstellung ist der Strom/ und auf der Abzisse die Spannung Ό aufgetragen. Aus dem Kennlinienverlauf ist ersichtlich, daß die Stromweite bei zunehmenden Spannungswerten abnehmen, und zwar fallen die Kennlinien bis etwa 0,45 Volt sehr flach ab, während nach dem Erreichen von 0,45 Volt ein sehr steiler Abfall erfolgt. Es ist bemerkenswert, daß die beiden Kennlinien einen stark voneinander abweichenden Verlauf aufweisen, obwohl beide Solarzellen zusammen hergestellt worden sind. Die unterschiedlichen Kennlinienverläufe sind auf verschieden große Leckströme und Reihenwiderstände der Solarzellen zurückzuführen.In Fig. 1 the characteristics of two solar cells that have been produced together are shown graphically. The current / is plotted on the ordinate of the graph and the voltage Ό is plotted on the abscissa. It can be seen from the course of the characteristic curve that the current width decreases with increasing voltage values, namely the characteristic curves drop very gently up to about 0.45 volts, while after reaching 0.45 volts there is a very steep drop. It is noteworthy that the two characteristic curves differ greatly from one another, although both solar cells were produced together. The different characteristics can be traced back to different sized leakage currents and series resistances of the solar cells.

In F i g. 2 ist ein Funktionsgeber mit 1 bezeichnet, der eine entsprechend der theoretisch bekannten Kennlinie eines Solarzellengenerators sich einstellende Ausgangsspannung u_st liefert. Diese Ausgangsspannung u_st wird mittels des Spannungsverstärkers 2 verstärkt. Der Stromuntersetzer 4 untersetzt den Laststrom iu der sich durch den Lastwiderstand 3 einstellt, auf einen SteuerstromIn Fig. 2, a function generator is denoted by 1, which supplies an output voltage u _s t which is established in accordance with the theoretically known characteristic curve of a solar cell generator. This output voltage u _s t is amplified by means of the voltage amplifier 2. The current reducer 4 reduces the load current iu, which is established by the load resistor 3, to a control current

ht -ht -

iL "ü ' iL "ü '

worin Ü das Übersetzungsverhältnis des Stromuntersetzers bezeichnet und nach dem gewünschten Kurzschlußstrom Werte zwischen 10* und 1 annehmen kann. Der Steuerstrom i,t wird dem Steuereingang des Funktionsgebers 1 zugeführt. Die Simulatorausgangsspanniing i/_s(m ist über dem Lastwiderstand 3 an den Punkten 5 abgreifbar. Ein mit 6 gekennzeichnetes Stromversorgungsgerät liefert die erforderliche elektrische Leistung.where Ü denotes the transformation ratio of the current reducer and can assume values between 10 * and 1 depending on the desired short-circuit current. The control current i, t is fed to the control input of the function generator 1. The simulator _{output voltage i / s (m} can be tapped via the load resistor 3 at points 5. A power supply unit marked 6 supplies the required electrical power.

Aus F i g. 3 sind die Schaltbilder des Funklionsgebers 1, des Spannungsverstärkers 2 und des Stromuntersetzers 4 sowie die Verschaltung dieser einzelnen Bauelemente untereinander ersichtlich. Zur Erzeugung seiner Versorgungsspannung weist der Funktionsgeber 1 eine Zener-Diode 7 und ein parallel zur Zener-Diode 7 angeordnetes Potentiometer 8 auf, an dessen Schleifer die Basis eines Transistors 9 angeschlossen ist. In Reihe zur Zener-Diode 7 liegt ein Widerstand 10, und mit dem Kollektor des Transistors 9 ist ein Widerstand elektrisch leitend verbunden. Die Widerstände 10 und 11 liegen außerdem an einem gemeinsamen Netzstrang. Die konstante Funkuonsgeberspannung kann mittels des Potentiometers 8 variiert werden.From Fig. 3 are the circuit diagrams of the function transmitter 1, the voltage amplifier 2 and the current reducer 4 and the interconnection of these individual components can be seen. To the generation In its supply voltage, the function generator 1 has a Zener diode 7 and a parallel to the Zener diode 7 arranged potentiometer 8, to whose wiper the base of a transistor 9 is connected is. In series with the Zener diode 7 is a resistor 10, and with the collector of the transistor 9 is a Resistance electrically connected. The resistors 10 and 11 are also connected to one another Net strand. The constant radio transmitter voltage can be varied by means of the potentiometer 8 will.

Von der Funktionsgeberspannur.g wird die Drain-Source-Spannung eines Feld-Effekt-Transistors 12 abgezogen, dessen Drain-Kontakt mit dem Emitter des Transistors 9 in elektrisch leitender Verbindung steht.The drain-source voltage of a field-effect transistor 12 is subtracted from the function generator voltage g. whose drain contact is in an electrically conductive connection with the emitter of transistor 9.

ίο Parallel zum Feld-Effekt-Transistor 12 ist ein Potentiometer 13 angeordnet, das ebenfalls am Emitter des Transistors 9 angeschlossen ist und außerdem in Reihe mit einem Potentiometer 14 liegt. An die Verbindungsleitung der Potentiometer 13 und 14 ist eine elektrische ίο In parallel with the field-effect transistor 12 is a potentiometer 13 arranged, which is also connected to the emitter of the transistor 9 and also in series with a potentiometer 14 lies. On the connection line of the potentiometers 13 and 14 is an electrical

t5 Leitung angeschlossen, die zu den miteinander kurzgeschlossenen Gate- und Source-Kontakten des Feld-Effekt-Transistors 12 führt. Weiterhin ist parallel zum Potentiometer 13 ein Widerstand 15 angeordnet, !n der vorliegenden Schaltung des Funktionsgebers wirdt5 line connected to the short-circuited gate and source contacts of the field-effect transistor 12 leads. Furthermore, a resistor 15 is arranged parallel to the potentiometer 13,! N the present circuit of the function generator

ao ein //-Kanal-Feld-Effekt-Transistor verwendet, jedoch kann die Schaltung auch mit einem /J-Kanal-Fe!d-Effekt-Transistor aufgebaut werden.ao uses a // channel field effect transistor, however the circuit can also be made with a / J-channel Fe! d-Effect transistor being constructed.

An den Funktionsgeber 1 ist der Spannungsverstärker 2 angeschlossen, in dem die Ausgangsspannung des Funktionsgebers mittels zweier Transistoren 16 und 17 derart verstärkt wird, daß die Ausgangsspannung unabhängig von Netzschwankungen der Eingangsspannung Uein ist. Mit dem Potentiometer 18, das zwischen dem Emitter des Transistors 17 und dem mit den Widerständen 10 und 11 des Funktionsgebers 1 verbundenen Netzstrang liegt, kann der Verstärkungsfaktor des Spannungsverstärkers 2 gewählt und somit die Leerlaufspannung Vi. eingestellt werden. Die Basis des Transistors 16 ist mit dem Potentiometer 14 des Funktionsgebers 1 elektrisch leitend verbunden. Je nachdem, wieviel Strom am Lastwiderstaiul 3 benötigt wird, kann der Emitterfolger 19 in mehrere Stufen aufgeteilt sein. Im Spannungsverstärker 2 sind weiterhin noch die Gegenkopplungs- und Arbeitswiderstände 20, 21, 22 und 23 vorgesehen.The voltage amplifier 2 is connected to the function generator 1, in which the output voltage of the function generator is amplified by means of two transistors 16 and 17 in such a way that the output voltage is independent of mains fluctuations in the input voltage Uin . With the potentiometer 18, which is located between the emitter of the transistor 17 and the power line connected to the resistors 10 and 11 of the function generator 1, the gain of the voltage amplifier 2 can be selected and thus the open circuit voltage Vi. can be set. The base of the transistor 16 is connected to the potentiometer 14 of the function generator 1 in an electrically conductive manner. Depending on how much current is required at the load resistor 3, the emitter follower 19 can be divided into several stages. The negative feedback and operating resistors 20, 21, 22 and 23 are also provided in the voltage amplifier 2.

Der Stromuntersetzer 4 weist einen Transistor 24 auf, an dessen Emitter ein Potentiometer 25 angeschlossen ist, das sowohl mit dem zweiten Netzstrang der Eingangsspannungsquelle als auch über einen Widerstand 26 mit dem Lastwiderstand 3 elektrisch leitend verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 24 ist an das Potentiometer 14 des Funktionsgebers I angeschlossen. Die Basis des Transistors 24 ist mit dem Durchlaßeingang einer Diode 27 und mit einem Widerstand 28 verbunden, der außerdem an den durch die Verbindungsleitungen der Zener-Diode 7 des Potentiometers 8 und des Widerstandes 10 des Funktionsgebers 1 gebildeten Knotenpunkt geführt ist.
Die Nachbildung der Strom-Spannungs-Kennlinie eines Solarzellengcnerators wird dadurch erreicht, daß von der konstanten Funktionsgeberspannung die vom untersetzten Laststtom abhängige Drain-Source-Spannimg Uds des Feld-Effekt-Transistors abgezogen wird. Hierbei wird die Gate-Source-Spannung Uns des Feld-Effekt-Transistors 12 konstant gehalten. Je nachdem wie groß der Steuerstrom 1Ή1 ist, der dem Feld-Effekt-Transistor 12 eingeprägt wird, fällt über der Drain-Source-Strecke des Feld-Effckt-Transistors 12 eine seinem Kennlinicnfcld entsprechende Spannung ab, die der Kennlinie eines Solargenerators sehr ähnlich ist. Die Ausgangsstciierspannung t/_s< ist dann gleich der Differenz aus der variierbaren Konstantsnannunii und aus der Drain-Source-Snannuiiü i/n.-The current divider 4 has a transistor 24, to the emitter of which a potentiometer 25 is connected, which is electrically conductively connected both to the second power line of the input voltage source and via a resistor 26 to the load resistor 3. The collector of the transistor 24 is connected to the potentiometer 14 of the function generator I. The base of the transistor 24 is connected to the forward input of a diode 27 and to a resistor 28, which is also connected to the junction formed by the connecting lines of the Zener diode 7 of the potentiometer 8 and the resistor 10 of the function generator 1.
The simulation of the current-voltage characteristic of a solar cell generator is achieved in that the drain-source voltage Uds of the field-effect transistor, which is dependent on the reduced load current, is subtracted from the constant function generator voltage. Here, the gate-source voltage Us of the field-effect transistor 12 is kept constant. Depending on how large the control current 1Ή1 is impressed on the field-effect transistor 12, a voltage corresponding to its characteristic curve, which is very similar to the characteristic of a solar generator, drops across the drain-source path of the field-effect transistor 12 . The output voltage t / _s <is then equal to the difference between the variable constant value and the drain-source value i / n.

des Feld-Effekt-Transistors 12. Die Form der FeId-Effekt-Transistorkennlinie kann durch die Potentiometer 13 und 14 verändert werden.of the field-effect transistor 12. The shape of the field-effect transistor characteristic can be changed using potentiometers 13 and 14.

Im Stronuinlersetzer 4 ist die Basis des Transistors24 durch die Diode 27 so weit vorgespannt, daß auch schon dann ein gegenüber dem Sättigungsstrom des Feld-Effekt-Transistors 12 sehr kleiner Strom fließt, wenn kein Laststrom /;. vorhanden ist. Fließt nun ein Laststrom //„ so stellt sich der Steuerstrom /„< im Verhältnis der Widerstände 26 zu 25 ein. Mit dem Potentiometer 25 kann das Übersetzungsverhältnis geändert werden und im Zusammenhang mit dem Sälligungsstrom des Feld-Effekt-Transistors der Kurzschlußslrom /« eingestellt werden.The base of the transistor 24 is in the Stronuin converter 4 biased by the diode 27 so far that even then a relative to the saturation current of the Field effect transistor 12 very small current flows when no load current / ;. is available. Now flows in Load current // "this is how the control current /" < in the ratio of the resistors 26 to 25. With the potentiometer 25, the transmission ratio be changed and in connection with the Sälligungsstrom of the field-effect transistor the short-circuit current / «Can be set.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

connection of diodes via resistors a patent claims: correct voltage is present. The diodes are then of different sizes, against a reference potential.

1. Circuit arrangement for simulating the measured voltages removable with which the Current-voltage characteristics of solar cell genes - 5 characteristics of solar cells can be simulated rators in a static and dynamic way, being able to. This is due to the low resistance Ausdie Open circuit voltage, the shape of the simulator's characteristic curve, a power amplification by means of Course, the short-circuit current made with the help of an impedance converter. With these Current reducer, which is a proportional to the current simulators are only the short-circuit current and the emits nales control signal to a function generator, io open circuit voltage can be set externally, while the and one of the characteristics of the solar cell generator, the shape of the characteristic curve after completion proportional voltage from the function generator of the simulators only through an intervention in the are adjustable, thereby marked devices themselves can be changed.

net that a field-effect transistor (12) is provided as a device for simulating the span reference element, whose drain-source span, which is dependent on the under-current characteristics of photocells, in particular the load current, is dependent on the drain-source span Solar cells are known, which source a constant current ((/ ßs) from a constant voltage! A parallel connection of two variable ones can be drawn, which has a Zener diode (17), a resistor and several diodes. The potentiometer (8) and a transistor (9) variable diodes are in a circuit branch with a bar is given, and that with the amplification of the ao further variable resistor and a ver voltage amplifier (2) the open voltage (t / t) variable bias voltage supply source in series, and with the transmission ratio (Ü) of using a mechanical selector switch, a current reducer (4) of the short-circuit current (/ *) which appear differently large number of diodes on the Hauptstellba r are. lines are switched. Since all of the

2. Circuit arrangement according to claim 1, the current supplied as current source is equal to the sum of the currents in the parallel circuit branches characterized by a constant voltage. Between the gate and source contact of the field, the diodes are switched on or off by an effect transistor (12). Change in current and voltage across the

3. Circuit arrangement according to claims 1 load resistor. The size of the bias voltage and 2, characterized in that a supply source is a factor for determining the current, changing the shape of the characteristic curve by varying the current flowing through the diode branch. Through the function generator supply voltage and changing the number of diodes, the bias voltage through the arrangement of resistors (14,15) or the resistors, it is possible to set the output in parallel or in series with the field effect _: transistor current and the output voltage of the circuit ( 12) is possible. · 35 control the arrangement and simulate the voltage-current characteristics of a photocell.

There is also a method for electronic

Simulation of the characteristics of solar cells and a device for carrying out the process

The invention relates to a circuit 40 which can be used at any temperature

arrangement to simulate the current-voltage and any angle of incidence of light the characteristic

Identifications of solar cell generators can be created on static lines. A darkened,

and dynamic way, where the open circuit voltage, temperature controlled solar cell is used as a control

the shape of the characteristic curve that uses the short-circuit element and of a shunt regulator that

current with the help of a current reducer, which is connected to the 45 with a constant current source.

Current proportional control signal to a function apparently illuminated. The more fundamental ones

transmitter, and one of the characteristics of the solar cell current-voltage characteristics of an illuminated solar

generator proportional voltage generated by the radio cell,

are adjustable. The invention is based on the object of a

Solar cells are mainly used in space 50 circuitry for the simulation of electricity technology use as photoelectric generators. Voltage characteristics of solar cell generators zi The same solar cells show as a result of leakage currents create in which both the dei after completion and different series resistances differ- short circuit current and open circuit voltage as well current-voltage characteristics. In general, the shape of the characteristic is easily adjustable from the outside are solar cell generators for research purposes. Furthermore, a static and a « gates during the development of switching elements, dynamic simulation of the characteristic curves should be possible the z. B. to a with electrical energy to The object is achieved according to the invention satellite system, which required a field-effect transistor as a reference element Quantity is not provided for cost and / or deadline reasons, the reduced load current to disposal. Therefore one needs for such 60 dependent drain-source voltage of a con Purposes a voltage source with which it is possible to draw constant voltage, which is drawn by a Zener the previously known theoretical current-voltage diode, a potentiometer and a transistor vary The characteristic curve of the solar cell generator used later is given bar, and that with the gain de: statically and dynamically electronically voltage amplifier the open circuit voltage and mi to recreate. Such a voltage source is 65 de the transformation ratio of the current reducer referred to as a solar cell generator simulator. Short-circuit current are adjustable.

There are simulators for the simulation of solar A change in the shape of the characteristic curve is durcl

Cell characteristics known in which a series variation of the function generator supply voltage