EP0206253A1 - Circuit supplying an electric load from a solar generator - Google Patents

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EP0206253A1
EP0206253A1 EP86108341A EP86108341A EP0206253A1 EP 0206253 A1 EP0206253 A1 EP 0206253A1 EP 86108341 A EP86108341 A EP 86108341A EP 86108341 A EP86108341 A EP 86108341A EP 0206253 A1 EP0206253 A1 EP 0206253A1
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solar generator
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generator
short
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Ulf Dipl.-Ing. Schwarz
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    • G05F1/67Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
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    • Y10S323/00Electricity: power supply or regulation systems
    • Y10S323/906Solar cell systems

Abstract

Schaltungsanordnung zur Speisung einer elektrischen Last aus einem Solargenerator, wobei der vom Solargenerator abgegebene Strom in einem vorgegebenen Verhältnis zum Meßwert steht, der ein Maß für den Kurzschlußstrom des Solargenerators ist. A circuit arrangement for powering an electric load from a solar generator, the current outputted from the solar generator is in a predetermined relationship with the measured value which is a measure of the short circuit current of the solar generator. Eine solche Schaltungsanordnung soll einen möglichst großen Wirkungsgrad haben. Such a circuit arrangement is to have the greatest possible efficiency. Dies wird mit vergleichsweise geringem Aufwand dadurch erreicht, daß der Kurzschlußstrom des Solargenerators selbst impulsweise gemessen wird. This is achieved with relatively little effort by the fact that the short circuit current of the solar generator is itself pulsed measured. Die Schaltungsanordnung läßt sich besonders vorteilhaft zur Ladung von Batterien in Solaranlagen verwenden. The circuit arrangement can be particularly advantageous for charging batteries used in solar systems.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebene Schaltungsanordnung. The invention relates to an in the preamble of claim 1 specified circuitry.
  • Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits aus der DE-OS 2 043 423 bekannt. Such a circuit arrangement is known from DE-OS 2,043,423. Bei der bekannten Schaltungsanordnung handelt es sich um einen Zweipunktregler, der aus einem Solargenerator gespeist wird. In the known circuit arrangement is a two-point controller, which is supplied from a solar generator. Der Zweipunktregler ist so ausgebildet und bemessen, daß der vom Solargenerator abgegebene Strom in einem vorgegebenen Verhältnis zum Kurzschlußstrom eines Referenz-Solargenerators steht. The two-point controller is designed and dimensioned such that the current delivered by the solar generator is in a predetermined relation to the short-circuit current of a reference solar generator.
  • Dieses Verhältnis ist mit Hilfe des Kennlinienfeldes des Solargenerators als der Faktor ermittelt, mit dem der Kurzschlußstrom zu multiplizieren ist, um den Strom im Arbeitspunkt maximaler Leistung zu erhalten. This ratio is determined using the characteristic curves of the solar generator as the factor by which the short circuit current is to be multiplied to obtain the current in the maximum power point. Als Referenz-Solargenerator dient eine dem Solarzellengenerator angehörende Testzelle. As a reference solar generator one of its member to the solar cell generator test cell is used. Der den Verbraucher speisende Solargenerator und der Solargenerator, dessen Kurzschlußstrom gemessen wird, sind daher von gleicher Bauart. Therefore, the consumer supplying solar generator and the solar generator, the short-circuit current is measured are of the same type. Auf diese Weise wird der Arbeitspunkt maximaler Leistung mit guter Näherung in einem großen Temperaturbereich des Solargenerators und dies mit relativ einfachen Mitteln erzielt. In this way, the maximum power point is achieved with a good approximation in a wide temperature range of the solar generator and this with relatively simple means. Die Schaltungsanordnung dient insbesondere zum Laden einer Batterie oder zur Speisung von Verbrauchern, die mit Hilfe einer Batterie gepuffert sind. The circuit arrangement is used in particular for charging a battery or supplied to consumers, which are buffered by a battery. Die vorgeschlagene Art der Stromanpassung kann jedoch auch bei anderen Verbrauchern von Vorteil sein, wenn eine möglichst große Auslastung des Solargenerators angestrebt wird. However, the proposed type of power adjustment may be with other consumers advantageous if the greatest possible utilization of the solar generator is sought. Die Schaltungsanordnung kann Bestandteil eines Reglers oder einer Anordnung zur sogenannten Vorwärtsregelung sein, bei der das Stellglied in vorgegebener Abhängigkeit von dem gemessenen Kurzschlußstrom gesteuert wird. The circuitry may be part of a regulator or of an arrangement for so-called feed-forward control in which the actuator is controlled in a predetermined function of the measured short circuit current. Da die Testzelle durch einen Meßwiderstand dauernd belastet ist, steht sie für eine Speisung des Verbrauchers nicht zur Verfügung. Since the test cell is loaded continuously by a precision resistor, it is not available for a supply of the consumer. Außerdem stellt der Meßwert des Kurzschlußstromes der Testzelle, der als Kriterium für den Kurzschlußstrom des Solargenerators dient, nur einen Näherungswert dar, da von den Eigenschaften der Testzelle auf die des ganzen Solargenerators geschlossen wird. In addition, the measured value of the short-circuit current of the test cell, which serves as a criterion for the short circuit current of the solar generator, only an approximate value is because it is closed on the characteristics of the test cell to the whole of the solar generator.
  • Bei einer aus der Zeitschrift Elektronik 19/21.9.84, Seite 96 bekannten Schaltungsanordnung ist an einen Solargenerator ein Schaltregler angeschlossen, mit dessen Hilfe die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung auf einem vorgegeben Wert gehalten wird. In one from the magazine Electronics 19 / 09.21.84, page 96 the known circuit arrangement is connected to a switching regulator to a solar generator, by means of which the output voltage of the circuit arrangement is maintained at a predetermined value. Dies wird dadurch erreicht, daß der Istwert-Eingang des Schaltreglers an den Abgriff eines ersten Spannungsteilers angeschlossen ist, der parallel zum Ausgang der Schaltungsanordnung liegt. This is achieved in that the actual value input of the switching regulator is connected to the tap of a first voltage divider, which lies parallel to the output of the circuit arrangement. Der Schaltregler besitzt einen weiteren Steuereingang, der intern an eine Referenzspannungsquelle geführt ist. The switching regulator has a further control input, which is routed internally to a reference voltage source. Dieser Steuereingang liegt an einem Abgriff eines zweiten Spannungsteilers, der an den Solargenerator angeschlossen ist. This control input is connected to a tap of a second voltage divider which is connected to the solar generator. Direkt neben dem Solargenerator ist eine Photodiode angebracht, die parallel zu einem Widerstand des zweiten Spannungsteilers angeordnet ist. Right next to the solar generator, a photodiode is mounted, which is arranged parallel to a resistor of the second voltage divider.
  • Mit Hilfe der bekannten Schaltungsanordnung soll dem Solargenerator dadurch ein Maximum an Leistung abgewonnen werden, daß die in Verbindung mit einer Spannungsregelung wirksamen Referenzspannung bei sich ändernder Lichteinstrahlung durch die Photodiode entsprechend beeinflußt wird. By means of the known circuit arrangement, a maximum power is to be reclaimed to the solar generator characterized in that the effective voltage regulation in connection with a reference voltage with a changing light irradiation correspondingly influenced by the photodiode. Bei einem Solargenerator beeinflußt neben der Strahlungsdichte auch die Temperatur die Generatorspannung im Arbeitspunkt maximaler Leistung wesentlich. In a solar generator in addition to the radiation density, the temperature affects the generator voltage at maximum power point essential. Letztere wird jedoch bei der bekannten Schaltungsanordnung nicht berücksichtigt. The latter is not considered in the known circuit arrangement.
  • Ein typisches Kennlinienfeld eines Solargenerators geht zB aus dem Prospekt Solar Modules, Type Series SM36 der Fa. Interatom hervor. A typical characteristic of a solar generator is evident for example from the brochure Solar Modules, Type Series SM36 Fa. Interatomic.
  • Eine besonders einfache Art der Anpassung wäre, den entnommenen Strom für eine Häufige mittlere Strahlungsintensität festzulegen. A particularly simple type of adjustment would be to determine the current drawn for a Common mean intensity. Das hätte aber den Nachteil, daß der mögliche höhere Strom bei stärkerer Strahlung nicht ausgenutzt werden könnte und bei schwächerer Strahlung die Spannung zusammenbrechen würde und keine Ladung mehr möglich wäre. But this would have the disadvantage that the possible higher current at higher radiation could not be used and would break the tension and weaker radiation and no charge would be possible.
  • Man kann andererseits daran denken, die Ergiebigkeit des Solargenerators fortwährend zu prüfen und den Strom an den aus der Ergiebigkeit resultierenden Wert maximaler Leistung anzupassen, um eine Regelung auf maximal mögliche Leistung zu erzielen. One the other hand remember to check the yield of the solar generator and constantly adjust the current to the resulting from the yield value of maximum power to reach a settlement to a maximum possible performance. Ein solcher Regler ist jedoch wegen des erforderlichen Schaltungsaufwandes mit einem relativc großen Aufwand verbunden. Such a controller is associated with a relativc much effort because of the required circuit complexity.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie bei vergleichsweise geringem Aufwand einen Betrieb des Solargenerators in einem Arbeitspunkt gewährleistet, der in einem großen Arbeitsbereich dem Arbeitspunkt maximaler Leistung weitgehend nahekommt. The object of the invention is to design a circuit arrangement of the type mentioned, that it ensures at comparatively low cost operation of the solar generator in an operating point of the largely approximates in a large work area to the maximum power point.
  • Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. According to the invention, the object is solved by the features specified in the characterizing part of claim 1 measures. Auf diese Weise wird der Kurzschlußstrom des die Last speisenden Solargenerators periodisch ausgewertet. In this way, the short-circuit current of the load supplying solar generator is evaluated periodically. Der Kurzschlußstrom des Solargenerators wird besonders exakt und mit besonders geringem Leistungsverbrauch gemessen. The short circuit current of the solar generator is measured very precisely and with a particularly low power consumption. Die Schaltungsan ordnung arbeitet daher mit einem besonders guten Wirkungsgrad. Therefore, the proper Schaltungsan uses an ultra high efficiency.
  • Im Falle einer Regelung wird die Schaltungsanordnung zweckmäßigerweise in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 2 angegebenen Weise ausgebildet. In the case of control, the circuit arrangement is expediently designed in the specified in the characterizing part of claim 2 ways.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen 3 und 4 hervor. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the claims. 3 and 4 Das Impuls-Pausen-Verhältnis der Impulsfolge, die den ersten steuerbaren Schalter schließt, kann insbesondere 1:1000 sein, so daß der Wirkungsgrad praktisch nicht beeinträchtigt wird. The pulse-pause ratio of the pulse train which closes the first controllable switch, in particular may be 1: 1000 so that the efficiency is practically not impaired.
  • Die Erfindung wird anhand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles sowie anhand des in Fig. 2 gezeigten Kennlinienfeldes näher erläutert. The invention is further illustrated by the in FIG. 1 embodiment shown and with reference to that shown in Fig. 2 of characteristics.
  • Es zeigen Show it
    • Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Speisung einer Batterie aus einem Solargenerator, bei der der Kurzschlußstrom des speisenden Solargenerators selbst gemessen und zur Bildung der Bezugsgröße für eine Stromregelung herangezogen wird, Fig. 1 shows a circuit arrangement for supplying a battery from a solar generator, wherein the short-circuit current of the solar generator feeding itself is measured and used to form the reference variable for current control used,
    • Fig. 2 eine Vorrichtung zur Messung des Solargenerator-Kurzschlußstromes für eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1, Fig. 2 shows a device for measuring the solar generator short-circuit current of a circuit arrangement according to Fig. 1,
    • Fig. 3 eine Steuerschaltung zur Steuerung des elektroninischen Schalters eines Umrichters, ebenfalls für eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und Fig. 3 shows a control circuit for controlling the switch elektroninischen a converter, also for a circuit arrangement according to Fig. 1 and
    • Fig. 4 ein typisches Kennlinienfeld eines Solargenerators, das insbesondere die Temperaturabhängigkeit des Kurzschlußstromes zeigt. Fig. 4 shows a typical characteristic of a solar generator, which particularly shows the temperature dependence of the short-circuit current.
  • Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird die Batterie 9 aus dem Solargenerator 1 über eine Regeleinrichtung gespeist. In the circuit arrangement of FIG. 1, the battery 9 is supplied from the solar generator 1 via a control device. Der Hauptstromkreis H verläuft vom Pluspol des Solargenerators 1 über die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 31, die Drossel 4 und die in Durchlaßrichtung gepolte Diode 5 zum Pluspol der Batterie 9 und vom Minuspol der Batterie 9 über den Meßwiderstand 7 zum Minuspol des Solargenerators 1. The main circuit H runs from the positive terminal of the solar generator 1 via the forward-biased diode 31, the throttle 4 and the forward-biased diode 5 to the positive terminal of the battery 9 and the negative terminal of the battery 9 through the measuring resistor 7 to the negative pole of the solar generator. 1
  • Parallel zum Solargenerator 1 liegt in einem ersten Querzweig eine Reihenschaltung aus dem durch den Taktgeber 21 gesteuerten elektronischen Schalter 24 und dem Kurzschlußstrom-Meßwert 2. An den Kurzschlußstrom-Meßwiderstand 22 ist die ebenfalls durch den Taktgeber 21 steuerbare Abtast-und Halteschaltung 23 angeschlossen. In parallel with the solar generator 1 is located in a first transverse branch comprising a series circuit of said controlled by the clock generator 21 the electronic switch 24 and the short circuit current measured value 2. On the short-circuit current measuring resistor 22 is also controlled by the clock 21 sample and hold circuit 23 connected. In Abwandlung dieser Anordnung kann der Widerstand 22 anstatt im ersten Querzweig in einem Längszweig zwischen Solargenerator 1 und erstem Querzweig angeordnet sein. In a modification of this arrangement, the resistor 22 may be arranged instead of the first transverse branch in a series arm between the solar generator 1 and the first transverse branch. Geringere Verluste ergeben sich bei einer Anordnung im ersten Querzweig. Reduced losses result in an arrangement in the first transverse branch.
  • Zwischen dem Verbindungspunkt der Diode 31 mit der Drossel 4 einerseits und dem Verbindungspunkt des Widerstandes 7 und der Last 9 andererseits liegt in einem zweiten Querzweig der Kondensator 32. Between the connection point of the diode 31 to the reactor 4 on one hand and the connection point of the resistor 7 and the load 9 on the other hand, is located in a second transverse branch of the capacitor 32nd
  • Zwischen dem Verbindungspunkt der Drossel 4 mit der Diode 5 einerseits und dem Verbindungspunkt des Laststrom-Widerstandes 7 mit der Batterie andererseits liegt in einem dritten Querzweig der elektronische Schalter 6., der durch die Steuerschaltung 8 gesteuert wird. Between the connection point of the reactor 4 and the diode 5 on the one hand and the connection point of the load resistor 7 to the battery on the other hand is situated in a third transverse branch of the electronic switch 6 which is controlled by the control circuit. 8
  • Die Steuerschaltung 8 wird in nicht dargestellter Weise aus dem Solargenerator 1 mit Spannung versorgt. The control circuit 8 is supplied in a manner not shown from the solar generator 1 with voltage. Der Minuspol der Batterie 9 dient zugleich als Masseanschluß bzw. Bezugspotential. The negative terminal of the battery 9 also serves as a ground terminal or reference potential. Der Sollwert-Eingang 82 der Steuerschaltung 8 ist an den Ausgang der Abtast-und Halteschaltung 23 des Sollwert-Gebers 2a angeschlossen. The reference input 82 of the control circuit 8 is connected to the output of the sample-and-hold circuit 23 of the preset value generator 2a. Der Istwert-Eingang 81 der Steuerschaltung 8 ist mit dem der Batterie 9 abgewandten Anschluß des Strommeßwiderstandes 7 verbunden. The actual value input 81 of the control circuit 8 is connected to the battery 9 remote from terminal of the current measuring resistor. 7
  • Die Speicherdrossel 4, der elektronische Schalter 6 und der Gleichrichter 5 stellen die Leistungsbauteile eines an sich bekannten Hochsetzumrichters dar. Der Schalter besteht zweckmäßigerweise aus einem Halbleiterbauteil. The choke 4, the electronic switch 6 and the rectifier 5 represent the power components of a known Hochsetzumrichters. The switch is suitably made of a semiconductor component.
  • Der Umrichter lädt die Batterie 9 aus dem Solargenerator 1. Die Regeleinrichtung bzw. Steuerschaltung 8 vergleicht den am Meßwiderstand 7 gemessenen Strom des Solargenerators mit dem am Kurzschlußstrom-Meßwiderstand 22 gemessenen Wert des Kurzschlußstromes des Solargenerators 1 und regelt den Strom auf einen vorgegebenen Bruchteil des jeweils gemessenen Wertes des Kurzschlußstromes. The converter charges the battery 9 from the solar generator 1. The control means or control circuit 8 compares the measured at the measuring resistor 7 current of the solar generator to the measured at the short-circuit current measuring resistor 22 value of the short circuit current of the solar generator 1 and controls the current to a predetermined fraction of the respective measured value of the short-circuit current. Der geregelte Strom ergibt sich aus dem Impuls-Pausen-Verhältnis der Impulse, die den zweiten Schalter schließen. The regulated current resulting from the pulse-pause ratio of the pulses which close the second switch. Das Impuls-Pausen-Verhältnis kann bei fester Schaltfrequenz durch Impulsdauermodulation oder bei fester Impulsdauer durch Variieren der Frequenz erfolgen. The mark-space ratio can be effected by varying the frequency at a fixed switching frequency by pulse width modulation or at a fixed pulse duration.
  • Der Kondensator 32 dient dazu, dem Hochsetzumrichter die erforderlichen Stromimpulse und auch während der kurzen Zeitabschnitte, in denen der Kurzschlußstrom gemessen wird, eine ausreichende Eingangsspannung zur Verfügung zu stellen. The capacitor 32 serves to provide the necessary current pulses and also during the short periods in which the short-circuit current is measured, a sufficient input voltage to the Hochsetzumrichter. Die Diode 31 sorgt dafür, daß der Kondensator 32 nicht bei geschlossenem elektronischen Schalter 24 entladen wird. The diode 31 ensures that the capacitor 32 is not discharged in the closed electronic switch 24th
  • Nach Erreichen der maximalen Ladespannung des Akkus geht die Steuerschaltung 8 auf Spannungsregelung über und verhindert einen weiteren Spannungsanstieg oder schaltet auf den niederen Wert zur Erhaltungsladung zurück, wodurch der aufgenommene Strom absinken kann. After reaching the maximum charge voltage of the battery, the control circuit 8 goes to voltage regulation on and prevents a further rise in voltage or switch back to the lower value to the trickle charge, whereby the consumed current may decrease. Die Ergiebigkeit des Solargenerators wird dann nicht mehr voll ausgenutzt. The yield of the solar generator is then no longer fully exploited.
  • Der Meßwiderstand 7 mißt den vom Solargenerator 1 abgegebenen Gleichstrom. The measuring resistor 7 measures the output from the solar generator 1 DC. Ordnet man den Meßwiderstand in Abwei chung von Fig. 1 zwischen dem Kondensator 32 und dem Schalter 6 an, so kann eine dem Gleichstrom entsprechende Spannung durch Mittelwertbildung bzw. Eliminierung des vom Schalter 6 verursachten Wechselstromanteiles gewonnen werden. If one arranges the measuring resistor in deviate monitoring of Fig. 1, between the capacitor 32 and the switch 6, a corresponding to the DC voltage by averaging or elimination of the AC proportion caused by the switch 6 can be obtained.
  • Bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung zur Messung des Solargenerator-Kurzschlußstromes liegt parallel zum 36 Volt-Solargenerator 1 eine Serienschaltung aus der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors 24a und dem Kurzschlußstrom-Meßwiderstand 22. Der Feldeffekttransistor 24a bildet den elektronischen Schalter 24 der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und wird durch Taktimpulse des Taktgebers 21 periodisch geschlossen. is shown in Fig. 2 apparatus for measuring the solar generator short circuit current parallel to the 36 volt solar generator 1 a series connection of the source-drain path of the field effect transistor 24a and the short-circuit current measuring resistor 22 forms the field effect transistor 24a the electronic switch 24 of the circuit arrangement according to Fig. 1 and is closed periodically by clock pulses of the clock 21st Der Taktgeber 21 besteht aus dem Taktbaustein 21 a und der gezeigten äußeren Beschaltung. The clock generator 21 is composed of the clock block 21 a and the external circuitry shown.
  • Der Feldeffekttransistor 24a wird durch den Taktgeber 21 über eine Inverterstufe angesteuert. The field effect transistor 24a is controlled by the clock 21 via an inverter stage. Der Taktgeber 21 gibt im Abstand von 100msec Impulse ab, deren Dauer jeweils 100 µsec beträgt. The clock generator 21 outputs an interval of 100 msec pulses, whose duration is 100 microseconds each. Das Tastverhältnis der Meßimpulse, mit denen der Kurzschlußstrom des Solargenerators 1 gemessen wird, beträgt daher 1 : 1000. The duty cycle of the measuring pulses with which the short-circuit current of the solar generator 1 is measured, therefore, is 1: 1000th
  • Der Zeitbaustein 21 b leitet aus den 100 usec-Impulsen des Taktbausteines 21a Abtastimpulse ab, deren Dauer nur etwa 85 bis 90 usec beträgt, so daß die letzten 10 bis 15% der Impulsbreite des Meßimpulses nicht ausgewertet werden. The time module 21 b derives from the 100 usec pulses of the clock block 21a from the sampling pulses whose duration is usec only about 85 to 90, so that the last 10 to 15% of the pulse width of the probe pulse are not evaluated. Die Abtast-und Halteschaltung 23 ist mit ihrem Abtastimpuls-Eingang c3 an den Ausgang b3 des Zeitbausteines 21 b angeschlossen. The sample-and-hold circuit 23 is connected at its strobe input c3 at the output of the time b3 block 21 b. Da der Abtastimpuls stets vor dem Kurzschlußstrom-Meßimpuls endet, können Ausschwingvorgänge des Meßimpulses den in der Abtast-und Halteschaltung zu speichernden Wert nicht verfälschen. Since the sampling pulse always ends before the short-circuit current measurement pulse decaying oscillations of the measuring pulse can not distort be stored in the sample and hold circuit value.
  • Die mit dem Meßwiderstand 22 verbundene Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 24 ist an den Meßimpulseingang c7 der Abtast-und Halteschaltung 23 geführt. The measuring resistor 22 connected to the source electrode of the field effect transistor 24 is fed to the Meßimpulseingang c7 of the sample-and-hold circuit 23rd Die Abtast-und Halteschaltung 23 gibt an ihrem Ausgang 82 eine dem Kurzschlußstrom des Solargenerators 1 proportionale Referenzspannung ab. The sample-and-hold circuit 23 outputs at its output 82 a of the short-circuit current of the solar generator 1 from proportional reference voltage.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Messung des Solargenerator-Kurzschlußstromes mit Bemessungsangaben geht aus Fig. 2 hervor. An embodiment of the device for measuring the solar generator with rated short-circuit current information is apparent from FIG. 2.
  • Dabei dient als While serving as
    • Taktbaustein 21a : der integrierte Schaltkreis TCL 555 C, als Clock module 21a: the integrated circuit TCL 555 C, as
    • Zeitbaustein 21 b : der integrierte Schaltkreis TCL Time module 21 b: the integrated circuit TCL
    • 555 C 555 C.
    • und als and as
    • Feldeffekttransistor 24a ein solcher vom Typ BUZ 27. Field effect transistor 24a such type BUZ 27th
  • Die Bezeichnungen der Anschlüsse des Taktbausteines 21 a und des Zeitbausteines 21 b enthalten die bei dem betreffenden integrierten Schaltkreis übliche Anschlußnummer. The designations of the terminals of the clock block 21 a block 21 and the time b contain the usual in the respective integrated circuit terminal number.
  • Um Doppelbezeichnungen zu vermeiden, ist der Anschlußnummer bei dem Taktbaustein 21 a jeweils ein "a" und bei dem Zeitbaustein 21 b ein "b" vorausgestellt. To avoid duplication of names, the terminal number is in the clock block 21 a respective "a" and at the time module 21 b preceded by "b".
  • Die positive Hilfsspannung + U H und die negative Hilfsspannung -U H betragen zB ± 12 V. Die Hilfsspannungen werden mit Hilfe einer üblichen Vorrichtung erzeugt, die in den Figuren nicht dargestellt ist. The positive supply voltage + U H and the negative auxiliary voltage -U H be, for example ± 12 V. The auxiliary voltages are generated by a common device which is not shown in the figures. Diese Vorrichtung kann einen an den Solargenerator über eine Entkopplungsdiode angeschlossenen Ladekondensator enthalten. This device may include a computer connected to the solar generator via a decoupling diode charging capacitor. An den Ladekondensator kann eine Stabilisierungsschaltung mit einem Transistor im Längszweig und einer Z-Diode als Sollwertgeber im Querzweig angeschlossen sein. To the load capacitor, a stabilizing circuit including a transistor in the series arm and a Zener diode may be connected as a set value transmitter in the transverse branch. Parallel zur Basis-Kollektorstrecke des Transistors liegt zweckmäßigerweise eine Konstantstromdiode. Parallel to the base-collector path of the transistor is suitably a constant current diode. Die derart stabilisierte Spannung wird zweckmäßigerweise einem Konverterbaustein zugeführt, der die positive Hilfsspannung + U H und die negative Hilfsspannung -U H abgibt. The thus stabilized voltage is advantageously applied to a converter block which outputs the positive supply voltage + U H and the negative auxiliary voltage -U H. Als Konverterbaustein kann zB ein integrierter Schaltkreis vom Typ SI 7661 Verwendung finden. As a converter module, an integrated circuit of the type SI can find eg 7661 use.
  • Fig. 3 zeigt eine Steuerschaltung zur Steuerung eines Feldeffekttransistors 6a, der den Schalter 6 der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 bildet. Fig. 3 shows a control circuit for controlling a field effect transistor 6a, constituting the switches 6 of the circuit arrangement of FIG. 1.
  • Der Operationsverstärker 84 ist mit seinem Pluseingang an den Ausgang 82 der Abtast-und Halteschaltung 23 nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 angeschlossen. The operational amplifier 84 is connected with its positive input connected to the output 82 of the sample and hold circuit 23 of FIG. 1 or FIG. 2. Der Meßwiderstand 7 liegt auf der einen Seite am Bezugspotential des Operationsverstärkers 84. Die andere Seite des Meßwiderstandes 7 ist über einen weiteren Widerstand an den Minuseingang des Operationsverstärkers 84 geführt. The measuring resistor 7 located on one side of the reference potential of the operational amplifier 84. The other side of the measuring resistor 7 is guided via a further resistor to the negative input of operational amplifier 84th Am Meßwiderstand 7 liegt eine Spannung, die dem Momentanwert des Stromes proportional ist, der dem Solargenerator entnommen wird. At the measuring resistor 7, a voltage which is proportional to the instantaneous value of the current which is taken from the solar generator is located.
  • Die Restwelligkeit der Meßspannung wird mit Hilfe des RC-Gliedes 7a reduziert. The ripple of the measuring voltage is reduced with the aid of the RC element 7a. Am Ausgang des Operationsverstärkers 84 liegt eine Spannung, die der Regelabweichung proportional ist. At the output of the operational amplifier 84 is a voltage which is proportional to the deviation is.
  • Der Ausgang des Operationsverstärkers 84 ist an den Anschluß d5 des Impulsbreitenmodulators 87 geführt. The output of the operational amplifier 84 is connected to the terminal D5 of the pulse width modulator 87th Der Impulsbreitenmodulator 87 gibt an seinem Ausgang d7 in Abhängigkeit von der Regelabweichung dauermodulierte Steuerimpulse zur Steuerung des Feldeffekttransistors 6a ab. The pulse width modulator 87 outputs at its output d7 in dependence on the control deviation width modulated control pulses for controlling the field effect transistor 6a from. Dies wird dadurch erreicht, daß die dem Eingang d5 zugeführte, der Regelabweichung proportionale Größe mit einer dem Eingang d6 zugeführten Sägezahnspannung verglichen wird. This is achieved in that the input of d5 supplied, proportional to the control error with a size of the entrance d6 supplied ramp voltage is compared. Die Sägezahnspannung wird mit Hilfe des Oszillators 85 erzeugt, dessen Frequenz zB 50 kHz beträgt. The sawtooth voltage is generated with the aid of the oscillator 85 whose frequency is for example 50 kHz.
  • Zwischen dem Ausgang des Oszillators 85 und dem Eingang d5 des Impulsbreitenmodulators 87 liegt der Inverter 86, der die Flanken der Ausgangsimpulse des Oszillators 85 versteilert. Between the output of the oscillator 85 and the input of d5 the pulse width modulator 87 of the inverter 86, the steeper the edges of the output pulses of the oscillator 85 is located. Zwischen dem Ausgang des Impulsbreitenmodulators 87 und der Gate-Elektrode des Feldeffekttransisstors 6a liegt eine Kettenschaltung aus dem ebenfalls zur Versteilerung von Impulsflanken dienenden Inverter 88 und dem als Treiber dienenden Inverter 89. Between the output of the pulse width modulator 87 and the gate electrode of the Feldeffekttransisstors 6a is a chain circuit of which also serving for the steepening of the pulse edges and the inverter 88 serving as driver inverter 89th
  • Im Operationsverstärker 84 wird aus der von der Abtast-und Halteschaltung 23 kommenden Referenzspannung und aus dem am Meßwiderstand 7 gemessenen Istwert eine der Regelabweichung proportionale Spannung gewonnen. In the operational amplifier 84 one of the control deviation is obtained from the proportional voltage coming from the sample and hold circuit 23 and reference voltage from the measured value at the measuring resistor 7. Der Wert des Meßwiderstandes beträgt zB 8 m S, der Kurzschlußstrom-Meßwiderstand 22 hat zB einen Wert von 6,8 m n. Das Widerstandsverhältnis der Widerstände 7 und 22 beträgt in diesem Fall 0,85. The value of the measuring resistor is, for example 8 m S, the short-circuit current measuring resistor 22, n has a value of 6.8 m, for example. The resistance ratio of the resistors 7 and 22 in this case is 0.85. Dies ist das vorgegebene Verhältnis von dem dem Solargenerator entnommenen Strom zum jeweils gemessenen Kurzschlußstrom des Solargenerators. This is the predetermined ratio of the taken from the solar generator current to the respective measured short-circuit current of the solar generator.
  • Der Speicherkondensator 32 hat zB eine Kapazität von 8000 uF und bildet eine niederohmige Spannungsquelle für den daran angeschlossenen Laderegler. The storage capacitor 32 has for example a capacity of 8000 uF and forms a low-impedance voltage source for the connected charge controller. Der Gleichrichter 31 verhindert, daß sich der Speicherkondensator 32 über den Kurzschlußstrom-Meßwiderstand 22 entladen kann. The rectifier 31 prevents the storage capacitor 32 can discharge through the short-circuit current measuring resistor 22nd
  • Ein Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung mit Bemessungsangaben geht aus Fig. 3 hervor. An embodiment of the control circuit with design information is apparent from FIG. 3.
  • Dabei dient sowohl als Oszillator 85 als auch als Impulsbreitenmodulator 87 ein integrierter Baustein LM 393. In this case serves both as an oscillator 85 as well as a pulse width modulator 87 an integrated module LM 393rd
  • Als Inverter 86 und 88 sowie als Treiber 89 findet ein integrierter Baustein 4049 B Verwendung, wobei der Treiber durch vier parallel geschaltete Inverter gebildet ist. As inverters 86 and 88 as well as a driver 89, an integrated module will use 4049 B, wherein the driver is formed by four parallel-connected inverters. Die Bezeichnungen der Anschlüsse des Oszillators 85 und des lmpulsbreitenmodulators 87 enthalten die bei dem integrierten Bausteine LM 393 üblichen Anschlußnummern. The names of the ports of the oscillator 85 and the lmpulsbreitenmodulators 87 include standard integrated modules LM 393 port numbers. Diesen Anschlußnummern ist jeweils ein "d" vorangestellt. These port numbers are preceded by each a "d".
  • Das in Fig. 4 gezeigte Kennlinienfeld eines Solargenerators zeigt Kennlinien für verschiedene Strahlungsdichten E als Parameter. The characteristic diagram of a solar generator shown in Fig. 4 shows characteristic curves for different radiances E as a parameter. Wie das Kennlinienfeld zeigt, hängt die Spannung in erheblichem Maße von der Temperatur ab und der Arbeitspunkt maximaler Leistung wird daher wesentlich von der Temperatur des Solargenerators beeinflußt. As the characteristic curves shows the voltage depends to a large extent on the temperature and the maximum power point is therefore significantly influenced by the temperature of the solar generator. Andererseits ist der Einfluß der Temperatur auf den Strom vergleichsweise gering. On the other hand, the influence of temperature on the current is relatively low.
  • In dem in Fig. 4 gezeigten Kennlinienfeld soll sich jeweils ein Arbeitspunkt ergeben, bei dem je nach Strahlung und Temperatur ein möglichst großes Produkt aus Spannung und Strom verwertet und zur Batterieladung nutzbar gemacht wird. In the example shown in Fig. 4 of characteristics, respectively, an operating point to result, in which recycled the greatest possible product of voltage and current depending on radiation and temperature and made available for battery charging. Problematisch bei der Anpassung an die Ergiebigkeit des Generators ist dabei, daß die vom Generator lieferbare Leistung außer von dessen Art und Größe von der Strahlungsintensität und von der Temperatur abhängig ist. A problem in the adjustment to the spreading rate of the generator is that the deliverable power from the generator is out of its type and size of the radiation intensity and the temperature dependent.
  • Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung wird ein Arbeitspunkt gewählt, bei dem der Laststrom in einem vorgegebenen Verhältnis zum. In the embodiment shown in Fig. 1 circuit arrangement, an operating point is selected in which the load current in a predetermined relationship with the. gemessenen Kurzschlußstrom steht. measured short circuit current is. Das vorgegebene Verhältnis läßt sich für den jeweils zur Anwendung kommenden Solargenerator dadurch ermitteln, daß für die relevanten Kennlinien jeweils der Strom im Arbeitspunkt maximaler Leistung durch den zugehörigen Kurzschlußstrom geteilt und aus den so gewonnenen Quotienten ein Mittelwert gebildet wird. The predetermined ratio can be determined by the fact that each of the current at the operating point of maximum power is divided by the corresponding short-circuit current and formed from the thus obtained quotient, a mean value for the relevant characteristics for the next applicable to each of the solar generator.
  • Wie Untersuchungen im Rahmen der Erfindung gezeigt haben, lassen sich mit einem Bruchteil in der Größe von zwischen 80% und 90% Ergebnisse erzielen, die von dem Fall einer exakten Berechnung des Arbeitspunktes maximaler Leistung in einem vergleichsweise geringen Maße abweichen. As investigations have shown in the present invention, can produce results that differ from the case of an exact calculation of the operating point of maximum power in a comparatively small extent at a fraction of the size of between 80% and 90%.
  • Die Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das als Stromregler einen Hochsetzumrichter enthält. Fig. 1 shows a preferred embodiment of the invention, which comprises, as a current regulator Hochsetzumrichter. Dabei wird die Generatorspannung auf die erforderliche Lade- bzw. Verbraucherspannung hochgesetzt. In this case, the generator voltage is raised to the required loading or load voltage. Im Vergleich zu Hochsetzumrichtern mit ausschließlicher Regelung der Ausgangsspannung ergibt sich der Vorteil, daß der Regler nicht versucht, dem Solargenerator einen so großen Strom zu entnehmen, daß die Generatorspannung zusammenbricht. Compared to Hochsetzumrichtern with exclusive regulation of the output voltage results in the advantage that the controller does not attempt to remove the solar generator such a large current that the generator voltage collapses.
  • Anstelle des gezeigten Hochsetzumrichters können in entsprechender Weise auch andere bekannte Regelanordnungen, insbesondere Sperr-und Durchflußumrichter Verwendung finden. Instead of the illustrated Hochsetzumrichters other well known control arrangements in an appropriate manner, in particular, see lockup and flow frequency use. Diese werden meist mit Impulsbreitensteuerung ausgeführt und besitzen einen Trafo. These are usually performed with pulse width control and have a transformer.
  • Bei den in den Figuren gezeigten Schaltungsanordnungen wird der vom Solargenerator abgegebene Strom geregelt. In the examples shown in the figures circuit arrangements of the current delivered by the solar generator is controlled. Als Steuerschaltung 8 kann dabei insbesondere ein handelsüblicher, als integrierte Schaltung ausgeführter Regler-Baustein dienen. As a control circuit 8, in particular, a commercially available, designed as a controller integrated circuit chip can be used.
  • Eine vorteilhafte Abwandlung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 besteht insbesondere darin, daß der Laststrom-Meßwiderstand 7 durch einen Kurzschluß ersetzt wird und der Eingang 81 der Steuerschaltung 8 entfällt. An advantageous modification of the circuit arrangement of FIG. 1 is, in particular, that the load current measuring resistor 7 is replaced by a short circuit and the input 81 of the control circuit 8 is omitted. Diese Vereinfachung der Schaltungsanordnung ist möglich, wenn die Steuerschaltung 8 als sogenannter Vorwärtsregler ausgebildet wird, der für jeden Meßwert des Solargenerator-Kurzschlußstromes eine vorgegebene Steuergröße zur Steuerung des Stellgliedes 6 bildet. This simplification of the circuit arrangement is possible when the control circuit 8 is designed as a so-called feedforward controller, which forms a predetermined control variable to control the actuator 6 for each measured value of the solar generator short-circuit current. Die Steuerschaltung 8 enthält dabei zweckmäßigerweise einen Vergleicher, der eine Sägezahnspannung mit der dem Kurzschlußstrom proportionalen Meßspannung oder einer davon abgeleiteten Spannung vergleicht und bei Gleichheit bei Spannungen den elektronischen Schalter 6 abschaltet, der zu Beginn des Sägezahns eingeschaltet wurde. The control circuit 8 advantageously thereby contains a comparator which compares with a sawtooth voltage to the short-circuit current proportional measurement voltage or a voltage derived therefrom, and the electronic switch 6 switches off in case of equality at voltages which was turned on at the beginning of the sawtooth. Durch entsprechende Gestaltung des Sägezahns läßt sich dabei eine Steuercharakteristik erzielen, bei der die Forderung, daß der Laststrom des Solargenerators in einem vorgegebenen Verhältnis zum Kurzschlußstrom des Solargenerators steht, mit vergleichsweise geringem Aufwand und mit einer für die Praxis ausreichenden Übereinstimmung erreicht wird. By appropriate design of the sawtooth a control characteristic can be thereby achieved in the requirement that the load current of the solar generator is in a predetermined relation to the short-circuit current of the solar generator is achieved with relatively little effort and with a practically sufficient match.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zu Speisung einer elektrischen Last (9) aus einem Solargenerator (1) mit einem Eingang (E) zum Anschluß des Solargenerators (1) und mit einem Ausgang (A) zum Anschluß der elektrischen Last (9), wobei zwischen dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) ein durch eine Steuerschaltung (8) steuerbares Stellglied (6) angeordnet ist und die Steuerschaltung (8) mit einem Referenzspannungseingang (82) an einen durch einen Lichtsensor steuerbaren Referenzspannungsgeber (2) angeschlossen ist, wobei der Referenzspannungsgeber (2) eine Anordnung zur Messung eines Kriteriums für den Kurzschlußstrom eines Solargenerators (1) ist und das Stellglied (6) durch die Steuerschaltung (8) derart steuerbar ist, daß der dem Solargenerator entnommene Strom in einem vorgegebenen Verhältnis zum jeweiligen Meßwert des Kriteriums für den Kurzschlußstrom des Solargenerators (1) steht, 1. A circuit arrangement for powering an electric load (9) of a solar generator (1) having an input (E) for connecting the solar generator (1) and having an output (A) for connecting the electric load (9), wherein between the input (e) and the output (a) by a control circuit (8) controllable actuator (6) and the control circuit (8) is connected to a reference voltage input (82) to a controllable by a light sensor reference voltage generator (2), wherein the reference voltage generator (2) an arrangement for measuring a criterion for the short-circuit current of a solar generator (1) and the actuator (6) by the control circuit (8) is controllable such that the taken from the solar generator current in a predetermined relationship with the respective measured value of the criterion for the short-circuit current of the solar generator (1) is,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß der Referenzspannungsgeber (2) durch eine Serienschaltung aus einem durch Taktimpulse eines Taktgebers (21) periodisch schließbaren ersten steuerbaren Schalter (24) und einem Kurzschlußstrom-Meßwiderstand (22) zur Messung des Solargenerator-Kurzschlußstromes und eine an den Kurzschlußstrom-Meßwiderstand (22) angeschlossene Abtast-und Halteschaltung (23) gebildet ist und mit dem Eingang (E) zum Anschluß des Solargenerators (1) verbunden ist. that the reference voltage generator (2) by a series circuit of a by clock pulses of a clock generator (21) periodically closable first controllable switch (24) and a short-circuit current measuring resistor (22) for measuring the solar generator short-circuit current and the short-circuit current measuring resistor (22) connected sample-and-hold circuit (23) is formed and to the input (e) for connecting the solar generator (1) is connected.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei in bekannter Weise die Steuerschaltung (8) einen Vergleicher enthält, der zusätzlich zum Referenzspannungseingang (82) einen Istwert-Eingang - (81) aufweist und mit dem Istwert-Eingang (81) an einen Istwert-Geber angeschlossen ist und wobei das Stellglied derart steuerbar ist, daß die vom Istwert-Geber abgegebene Meßspannung wenigstens näherungsweise den Wert der Referenzspannung annimmt, 2. A circuit arrangement according to claim 1, wherein the control circuit in a known manner (8) contains a comparator which in addition to the reference voltage input (82) an actual value input - comprises (81) and to the actual value input (81) to an actual value sensor is connected, and wherein the actuator is controlled such that the output from the actual value sensor measuring voltage at least approximately assumes the value of the reference voltage,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß die Steuerschaltung (8) mit ihrem lstwert-Eingang (81) an einen im Hauptstromkreis (H) angeordneten, den Istwert-Geber bildenden Last-Meßwiderstand (7) zur Messung des dem Solargenerator entnommenen Stromes angeschlossen ist und daß der Meßwiderstand (7) derart bemessen ist, daß die Referenzspannung und die Meßspannung dann miteinander übereinstimmen, wenn der dem Solargenerator (1) entnommene Strom in einem vorgegebenen Verhältnis zum jeweiligen Kurzschlußstrom des Solargenerators - (1) steht. that the control circuit (8) arranged with its actual value input (81) to one in the main circuit (H), the actual value sensor forming load-measuring resistor (7) is connected for measuring the taken from the solar generator current, and that the measuring resistor (7) is dimensioned such that the reference voltage and the measurement voltage coincide with each other then, when the current taken from the solar generator (1) in a predetermined ratio to the respective short-circuit current of the solar generator is - (1).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, 3. A circuit arrangement according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß die Last (9) über einen Schaltregler an dem ersten steuerbaren Schalter (24) angeschlossen ist, und daß der Schaltregler in einem Längszweig eine Speicherdrossel (4) und in einem Querzweig einen durch die Steuerschaltung (8) steuerbaren zweiten steuerbaren Schalter (6) enthält und daß die Last - (9) über eine Diode (5) an den zweiten steuerbaren Schalter (6) angeschlossen ist und daß zwischen dem ersten steuerbaren Schalter (24) und dem Schaltregler eine Speicheranordnung mit einer Diode (31) in einem Längszweig und mit einem Kondensator (32) in einem Querzweig angeordnet ist. that the load (9) via a switching regulator of the first controllable switch (24) is connected, and that the switching controller a storage inductor in a series branch (4) and controllable in a shunt arm a by the control circuit (8) the second controllable switch (6) and in that the load - (9) via a diode (5) to the second controllable switch (6), and in that between the first controllable switch (24) and the switching controller a storage arrangement with a diode (31) in a longitudinal branch and is arranged with a capacitor (32) in a shunt arm.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß das Impuls-Pausen-Verhältnis der den ersten steuerbaren Schalter (24) steuernden Impulsfolge kleiner als 1:10 ist. that the pulse-pause ratio of the first controllable switch (24) controlled pulse train is less than 1:10.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
daß der Referenzspannungsgeber (2) einen an den Taktgeber (21) angeschlossenen Zeitbaustein - (21a) enthält und daß die Abtast-und Halteschaltung durch den Zeitbaustein (21a) derart steuerbar ist, daß der am Meßwiderstand (22) auftretende Spannungsimpuls nur in einem zeitlichen Teilbereich ausgewertet wird. that the reference voltage generator (2) one to the clock connected (21) time module - contain (21a) and that the sample-and-hold circuit is controllable by the time module (21a) that at the measuring resistor occurring (22) voltage pulse temporal only in a subarea is evaluated.
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