WO1991001063A1 - Device with a multiplicity of independent, identical oscillators operating synchronously - Google Patents

Device with a multiplicity of independent, identical oscillators operating synchronously Download PDF

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WO1991001063A1
WO1991001063A1 PCT/CH1990/000165 CH9000165W WO9101063A1 WO 1991001063 A1 WO1991001063 A1 WO 1991001063A1 CH 9000165 W CH9000165 W CH 9000165W WO 9101063 A1 WO9101063 A1 WO 9101063A1
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oscillators
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André Kislovski
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Ascom Hasler Ag
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    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
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    • H03L7/24—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal directly applied to the generator
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with a plurality of independent, identical oscillators which oscillate synchronously in accordance with the preamble of claim 1. It further relates to the use of this arrangement.
  • Oscillators are known in many types.
  • oscillators are known which generate tilting or square waves, e.g. Multivibrators.
  • the clock of the respective flip-flop mainly depends on the capacitance of a capacitor, while the other circuit ensures hysteretic behavior of the oscillator, i.e. for as stable as possible in the respective tipping condition until the next tipping point.
  • the object of the present invention results from this prior art. This consists in achieving a synchronization of independently oscillating oscillators without a hierarchical structure.
  • the reason for this is that the setting of the above-mentioned several converters of a solar cell system operating in parallel must be carried out periodically and at the same time in each case if a likewise known method is to be used for the maximum tracking.
  • FIG. 3 shows the electrical power P emitted by the panel as a function of the panel voltage U.
  • This power / voltage curve has a maximum 30, which can shift continuously and significantly as a function of various parameters, in particular the irradiance and the temperature .
  • a clock generator is required to carry out the described method of step-by-step readjustment, which periodically, e.g. every 2 s, the panel voltage U switches, alternately to a higher and to a lower value. If several converters are operated together with a single solar cell panel, it is of course necessary for each of these converters to work in a coordinated manner with the other converters.
  • Fig. 2 shows a circuit arrangement that fulfills this task.
  • the circuit arrangement comprises several (eg three) oscillators 31.1, 31.2, 31.3.
  • Each oscillator is a synchronization unit 32.1, 32.2, 32.3 and a pulse delivery Unit 33.1, 33.2, 33.3 assigned.
  • the synchronizing units 32 are electrically connected to one another by a line 38.
  • the oscillators 31.1 to 31.3 are the same. Each of these oscillators has a comparator 51, the output 60 of which forms a first output of the oscillator 31 and is fed back via the resistors 52 and 53 to the two comparator inputs. The output 60 is further connected to the feed line 50 via a resistor 54. The plus input of the comparators 51 is connected to the feed line 50 and the ground 49 via a voltage divider comprising the resistors 55 and 57. The minus input of the comparators 51 is connected to ground 49 via a capacitor 56 and at the same time forms a second output 35 of the oscillator 31.
  • the oscillators 31.1 to 31.3 are fundamentally known as such and belong to the type of tilting oscillators. They output a square-wave voltage at their one outputs 60 and a triangular voltage at their second outputs 35. The slope of the triangular voltages essentially depends on the capacitance of the respective capacitor 56. The clock frequencies of the oscillators 31 likewise depend on these capacitances.
  • the outputs 60 of the comparators 51 are so-called open collector points due to the way they are connected. This means that in the blocking state of the respective comparator 51, the potential of its output 60 adjusts to the potential of the feed line 50 via the resistor 54. In contrast, when the comparator 51 is in the conductive state, a lower potential determined by itself is set at its output 60, ie the oscillator 31 pulls the potential down at its one output 60.
  • the synchronizing units 32.1 to 32.3 are also identical to one another. Each of these units has two diodes 91, 92 which are connected to the line 38 in common and with opposite poles via a respective output pole 83.1 to 83.3.
  • Each synchronizing unit also has a transistor 93 which, together with a resistor 94, forms an amplifier in the manner of an emitter follower, which is connected downstream of the (respective) diode 92, and which together with the diode 91 is connected to the one output 60 of the respectively assigned oscillator 31.1 to 31.3 is connected.
  • This respective amplifier increases the effect of the assigned diode 92 or amplifies the current flowing through this diode 92. It thus increases the fan-out of diode 92.
  • each synchronizing unit 32.1 to 32.3 thus connect their output poles 83.1 to 83.3 for both current directions to the respectively assigned open collector point 60.
  • the poles in the same direction connect via the Line 38 diodes of the various synchronizing units 32.1 connected in series. to 32.3 the different open collector points 60 with each other.
  • the respective synchronizing unit 32 hangs meaninglessly “in the air”.
  • the oscillator 31 oscillates at the fundamental frequency given by its construction and outputs the aforementioned forms of oscillation “rectangular” and “triangular” at its outputs 60 and 35.
  • each of these oscillators basically oscillates on its own, the capacitors 56 and the resistors always being approximately the same because of the same structure and the same nominal values Frequencies occur. In contrast, the phases of the vibrations are completely free. If the output poles 83.1, 83.2, 83.3 of the respective synchronizing units 32.1, 32.2, 32.3 are now connected to one another by the line 38, a new situation arises. In this case, the synchronizing units 32 work in a similar way to logical AND gates with the associated oscillators 31. Each oscillator 31.1, 31.2, 31.3 - as described - periodically pulls down the potential at its respective one output 60 due to its vibration.
  • the pulse output units 33.1, 33.2, 33.3 assign the rising and falling edges of the triangular voltages at the second oscillator outputs 35 to two different pulse types, which can be tapped at the respective outputs 80 and 81.
  • they have, for example, two trigger circuits 70, 71 with a common input, one of which responds near the upper and the other near the lower inflection point of the respective delta voltage.
  • these trigger circuits 70, 71 each emit a pulse A_ or A 2 , which pulses are thus permanently assigned to two different phases of the delta voltage.
  • 3 shows, as an example for the use of oscillators 31 connected in parallel, a solar cell system of higher output, for example of 12 kW.
  • This u includes, for example, two solar cell panels 11, 12 of different sizes and designs, a single battery 17 and five converters 21.1 to 21.5, which are combined into two groups.
  • the converters 21.1, 21.2, 21.3 of the first group take over the generated current i x from the output 13 of the first, larger panel 11, convert it by means of a known technique and pump it to the battery 17 at a different voltage level via the feed line 15, of course for this a return line 16 between the battery 17 and the panels 11, 12 is also necessary.
  • the converters 21.4, 21.5 of the second group take the current i 2 from the output 14 of the second panel 12 and also pump it via the supply line 15 to the battery 17.
  • a controller 41.1 to 41.5 and an oscillator unit 131.1 to 131.5 are assigned to each converter 21.
  • the controls 41 serve to set the respectively assigned converters 21 to an operating point P ro , as was described with reference to FIG. 1.
  • the oscillator units 131 each comprise a combination of oscillator 31, synchronizing unit 32 and pulse output unit 33 according to FIG. 2. They are used to generate a common clock and to deliver the described pulses h, A 2 (FIG. 2), with the help of which each controller 41 can track the aforementioned setting of the respectively assigned converter 21 independently of the respective other controllers 41 from the respective maximum 30 of the power / voltage curve of FIG. 1.
  • the lines 38.1, 38.2 connect the two groups 8 of the oscillators 31.1 to 31.3 or 31.4 and 31.5 of the oscillator units 131 in the manner described for the purpose of the respective synchronization. If the panels 11, 12 are connected via the line 18, the lines 38.1 and 38.2 must also be connected to a single line 38, which is indicated by dashed lines.
  • the arrangement described with a plurality of independent, identical oscillator units 131, which are coupled with equal rights for the purpose of synchronization, is simple and works independently of the respective number of units 131.
  • the arrangement does not require any other devices, in particular no central device. It is therefore ideally suited for the described use in solar cell systems with different outputs and different designs.
  • the oscillators 31, the synchronizing units 32 and the 33 are so simple in construction that they can be produced together as an oscillator unit 131 in the form of a single electronic module, for example using thick film or thin film technology.
  • any other tilting oscillation oscillator can be used which has an output 60 which represents an open collector point.
  • the pulse output units 33 can only have a single output, at which two different pulses A_, A 2 occur alternately, for example alternately a positive one. ⁇ nd a negative impulse.
  • the function of the synchronizing units 32 which as described approximately the function of a logical AND gate corresponds, can be realized with other electronic means.
  • the amplifying transistor 93 can be omitted or replaced by a more complex amplifier.
  • a cycle can be selected with approximately equal cycle intervals between the different pulses A 1 , A 2 .
  • these pulses can also follow one another in pairs at relatively short intervals, separated by a comparatively longer break.
  • Another variant of this is, for example, the use of three or more associated pulses to determine the direction in which the respective maximum 30 lies.
  • the use is not limited to solar cell systems.
  • the arrangement can also be applied to any type of energy converter system in which constantly changing operating performance occurs, e.g. in small power plants operated by wind or mill wheels.

Abstract

The device of the invention has several time-base oscillators (31), each associated with a synchronizing unit (32) and a pulse-emitter unit (33). Each oscillator (31) has two outputs (35, 60), one (60) of which is an open collector point. The synchronizing units (32) each have two diodes (91, 92) connected up with their poles in opposition, plus a transistor (93) connected up as an amplifier. One output pole in each case is connected to an open collector point (60), while the other output pole (83) is either open or connected via a line (38) to the corresponding output poles (83) of the other synchronizing units (32). If an output pole (83) is open, the associated oscillator (31) oscillates freely. If the output pole (83) is connected into the line (38), however, the associated oscillators (31) oscillate synchronously. The device is designed to be used to synchronize transducers which pump current from solar cells to a battery, maintaining the efficiency at the maximum level.

Description

Anordnung mit einer Mehrzahl unabhängiger, gleicher Oszillatoren, die synchronisiert schwingenArrangement with a plurality of independent, identical oscillators that oscillate synchronously
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Mehrzahl unabhängiger, gleicher Oszillatoren, die synchronisiert schwingen entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1. Sie betrifft weiter die Verwendung dieser Anordnung.The invention relates to an arrangement with a plurality of independent, identical oscillators which oscillate synchronously in accordance with the preamble of claim 1. It further relates to the use of this arrangement.
Oszillatoren sind in vielerlei Bauarten bekannt. Insbesondere sind Oszillatoren bekannt, die Kipp- bzw. Rechteckschwingungen erzeugen, z.B. Multivibratoren. Der Takt der jeweiligen Kippschwingung hängt dabei vorwiegend von der Kapazität eines Kondensators ab, während die sonstige Schaltung für ein hysteretisches Verhalten des Oszillators sorgt, d.h. für ein möglichst stabiles Verharren im jeweiligen Kippzustand bis zum nächsten Kippzeitpunkt.Oscillators are known in many types. In particular, oscillators are known which generate tilting or square waves, e.g. Multivibrators. The clock of the respective flip-flop mainly depends on the capacitance of a capacitor, while the other circuit ensures hysteretic behavior of the oscillator, i.e. for as stable as possible in the respective tipping condition until the next tipping point.
Es ist weiter bekannt, frei schwingende Oszillatoren zu synchronisieren. Hierzu wird beispielsweise auf Uhrenanlagen verwiesen, die durch eine zentrale Uhr und Radiosignale über sehr grosse Distanzen synchronisiert werden. Hierbei arbeiten Teileinheiten unterschiedlicher Art zusammen bzw. eine zentrale Teileinheit (master) steuert mehrere abhängige Untereinheiten (slave). Bei solchen Anlagen zum Synchronisieren frei schwingender Oszillatoren handelt es sich um hierarchische Systeme, die aufgrund ihrer Struktur grundsätzlich störanfällig sind, da der Ausfall der zentralen Teileinheit den Ausfall der gesamten Anordnung bewirken kann.It is also known to synchronize freely oscillating oscillators. For this purpose, reference is made, for example, to clock systems which are synchronized over very large distances by a central clock and radio signals. Here, subunits of different types work together or a central subunit (master) controls several dependent subunits (slave). Such systems for synchronizing freely oscillating oscillators are hierarchical systems which, because of their structure, are fundamentally susceptible to failure, since the failure of the central subunit can cause the failure of the entire arrangement.
Es sind weiter Solarzellenanlagen grösserer Leistung, z.B. 10 kW bekannt. Bei diesen ist es unerwünscht, den produzierten Strom durch einen einzigen Wandler in die zugehörige Pufferbatterie bzw. in den jeweiligen Verbraucher einzuspeisen. Günstiger ist es vielmehr hierfür mehrere kleinere Wandler von z.B. je 2 kW Leistung zu verwenden, die parallel und gleichberechtigt diese Arbeit verrichten. Zur Begründung dieser Aussage seien die bessere Flexibilität bei der Anpassung* an die jeweiligen Gegebenheiten einer Anlage, fertigungstechnische und preisliche Gesichtspunkte genannt.There are also known solar cell systems of higher power, for example 10 kW. In these, it is undesirable to feed the electricity produced through a single converter into the associated backup battery or into the respective consumer. Rather, there are several cheaper ones to use smaller converters of 2 kW power, for example, that perform this work in parallel and on an equal footing To justify this statement, the better flexibility in adapting * to the particular circumstances of a plant, manufacturing technology and price aspects should be mentioned.
Es ist schliesslich auch noch bekannt, dass Solarzellen dauernd ihre abgegebene Leistung in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern ändern, insbesondere in Abhängigkeit von der Einstrahlung und der Temperatur. Es besteht daher ein allgemeines Bestreben, durch laufende Anpassung der Einstellung der genannten Wandler dem wandernden Leistungsmaximum so zu folgen, dass insgesamt ein möglichst grosser Gesamtwirkungsgrad resultiert.Finally, it is also known that solar cells constantly change their output depending on various parameters, in particular depending on the radiation and the temperature. There is therefore a general endeavor to follow the wandering power maximum by continuously adapting the setting of the aforementioned converters in such a way that overall the greatest possible overall efficiency results.
Aus diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Diese besteht darin, eine Synchrσlιisie__-ng eigenständig schwingungsfähiger Oszillatoren ohne hierarchischen Aufbau zu erreichen. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Einstellung der genannten mehreren, parallel arbeitenden Wandler einer Solarze,llenanlage periodisch und jeweils gleichzeitig erfolgen muss, wenn für die Maximum-Nachführung ein ebenfalls bekanntes Verfahren angewendet werden soll.The object of the present invention results from this prior art. This consists in achieving a synchronization of independently oscillating oscillators without a hierarchical structure. The reason for this is that the setting of the above-mentioned several converters of a solar cell system operating in parallel must be carried out periodically and at the same time in each case if a likewise known method is to be used for the maximum tracking.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil der unabhängigen Ansprüche definiert. Die abhängigen Ansprüche geben Ausgestaltungen der Erfindung an.The solution to this problem is defined by the characterizing part of the independent claims. The dependent claims provide embodiments of the invention.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von drei Figuren beispielsweise näher beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to three figures, for example.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 - Abhängigkeit der von einem Solarzellenpaneel abgegebenen Leistung von der Spannung Fig. 2 Schaltbild mehrerer zusammengeschalteterFig. 1 - Dependency of the power output from a solar cell panel on the voltage Fig. 2 Circuit diagram of several interconnected
Oszillatoren Fig. 3 - Schaltbild einer Solarzellenanlage. Ein Solarzellenpaneel besitzt eine bekannte Strom/Spannung- Charakteristik, von der sich Fig. 1 ableitet. Diese Figur 1 zeigt die vom Paneel abgegebene elektrische Leistung P in Abhängigkeit von der Paneel-Spannung U. Diese Leistung/Spannung-Kurve besitzt ein Maximum 30, das sich in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, insbesondere der Einstrahlungsstärke und der Temperatur dauernd und wesentlich verschieben kann.Oscillators Fig. 3 - circuit diagram of a solar cell system. A solar cell panel has a known current / voltage characteristic, from which Fig. 1 is derived. FIG. 1 shows the electrical power P emitted by the panel as a function of the panel voltage U. This power / voltage curve has a maximum 30, which can shift continuously and significantly as a function of various parameters, in particular the irradiance and the temperature .
Es ist nun weiter bekannt, periodisch und abwechsend den jeweiligen Arbeitspunkt Pm durch Verschiebung der momentanen Arbeitsspannung Om um___ιU nach oben und nach unten zu verändern. Aus der Reihenfolge und Grosse der zugeordneten Leistungen Px und P2 (die gemessen werden müssen) lässt sich dann einfach ermitteln, ob das jeweilige Maximum 30 bei der jeweiligen Spannung U„,, bei einer höheren Spannung oder bei einer niedrigeren Spannung liegt. Auf Grund der so ermittelten Information kann dann jeweils der optimale Arbeitsbereich des dem Solarzellenpaneel nachgeschalteten Wandlers eingestellt bzw. schrittweise nachgeregelt werden. Hierdurch arbeitet der bzw. arbeiten die Wandler dann stets zumindest in der Nähe des jeweiligen Leistungsmaximums der Gesamtanlage.It is now also known to periodically and alternately change the respective working point P m by shifting the current working voltage O m by ___ ιU upwards and downwards. From the order and size of the assigned powers P x and P 2 (which must be measured), it can then be easily determined whether the respective maximum 30 lies at a higher voltage or a lower voltage at the respective voltage U 1 . On the basis of the information determined in this way, the optimum working range of the converter downstream of the solar cell panel can then be set or readjusted step by step. As a result, the converter or converters then always work at least in the vicinity of the respective maximum power of the overall system.
Zur Durchführung der geschilderten Methode der schrittweisen Nachregelung wird ein Taktgeber benötigt, der periodisch, z.B. alle 2 s, die PaneelSpannung U umschaltet, und zwar abwechselnd zu einem höheren und zu einem tieferen Wert. Werden mehrere Wandler zusammen mit einem einzigen Solarzellenpaneel betrieben, dann ist es natürlich erforderlich, dass jeder dieser Wandler koordiniert mit den jeweils anderen Wandlern arbeitet. Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, die diese Aufgabe erfüllt.A clock generator is required to carry out the described method of step-by-step readjustment, which periodically, e.g. every 2 s, the panel voltage U switches, alternately to a higher and to a lower value. If several converters are operated together with a single solar cell panel, it is of course necessary for each of these converters to work in a coordinated manner with the other converters. Fig. 2 shows a circuit arrangement that fulfills this task.
Die Schaltungsanordnung umfasst mehrere (z.B. drei) Oszillatoren 31.1, 31.2, 31.3. Jedem Oszillator ist eine Synchronisier-Einheit 32.1, 32.2, 32.3 und eine Pulsabgabe- Einheit 33.1, 33.2, 33.3 zugeordnet. Die Synchronisier- Einheiten 32 sind durch eine Leitung 38 galvanisch miteinander verbunden.The circuit arrangement comprises several (eg three) oscillators 31.1, 31.2, 31.3. Each oscillator is a synchronization unit 32.1, 32.2, 32.3 and a pulse delivery Unit 33.1, 33.2, 33.3 assigned. The synchronizing units 32 are electrically connected to one another by a line 38.
Die Oszillatoren 31.1 bis 31.3 sind gleich. Jeder dieser Oszillatoren besitzt einen Komparator 51, dessen Ausgang 60 einen ersten Ausgang des Oszillators 31 bildet und über die Widerstände 52 und 53 mit den beiden Komparator-Eingängen rückgekoppelt ist. Der Ausgang 60 ist weiter über einen Widerstand 54 mit der Speiseleitung 50 verbunden. Der Plus- Eingang der Komparatoren 51 ist über einen Spannungsteiler aus den Widerständen 55 und 57 mit der Speiseleitung 50 und der Masse 49 verbunden. Der Minus-Eingang der Komparatoren 51 ist über einen Kondensator 56 mit der Masse 49 verbunden und bildet gleichzeitig einen zweiten Ausgang 35 des Oszillators 31.The oscillators 31.1 to 31.3 are the same. Each of these oscillators has a comparator 51, the output 60 of which forms a first output of the oscillator 31 and is fed back via the resistors 52 and 53 to the two comparator inputs. The output 60 is further connected to the feed line 50 via a resistor 54. The plus input of the comparators 51 is connected to the feed line 50 and the ground 49 via a voltage divider comprising the resistors 55 and 57. The minus input of the comparators 51 is connected to ground 49 via a capacitor 56 and at the same time forms a second output 35 of the oscillator 31.
Die Oszillatoren 31.1 bis 31.3 sind als solche grundsätzlich bekannt und gehören zur Sorte der Kippschwingung-Oszillatoren. Sie geben an ihren einen Ausgängen 60 jeweils eine Rechteckspannung und an ihren zweiten Ausgängen 35 eine Dreieckspannung ab. Die Flankensteilheit der Dreieckspannungen hängt im wesentlichen von der Kapazität des jeweiligen Kondensators 56 ab. Desgleichen hängen von diesen Kapazitäten die Taktfreguenzen der Oszillatoren 31 ab.The oscillators 31.1 to 31.3 are fundamentally known as such and belong to the type of tilting oscillators. They output a square-wave voltage at their one outputs 60 and a triangular voltage at their second outputs 35. The slope of the triangular voltages essentially depends on the capacitance of the respective capacitor 56. The clock frequencies of the oscillators 31 likewise depend on these capacitances.
Die Ausgänge 60 der Komparatoren 51 sind durch die Art ihren Beschaltung sogenannte Offener-Kollektor-Punkte (open collector point). Dies bedeutet, das sich im Sperrzustand des jeweiligen Komparators 51 das Potential seines Ausgangs 60 über den Widerstand 54 auf das Potential der Speiseleitung 50 einstellt. Im leitenden Zustand des Komparators 51 stellt sich dagegen an seinem Ausgang 60 ein durch ihn selbst bestimmtes niedrigeres Potential ein, d.h. der Oszillator 31 zieht das Potential an seinem einen Ausgang 60 nach unten. Die Synchronisier-Einheiten 32.1 bis 32.3 sind untereinander ebenfalls gleich. Jede dieser Einheiten weist zwei Dioden 91, 92 auf, die gemeinsam und gegenpolig über einen jeweiligen Ausgangspol 83.1 bis 83.3 an die Leitung 38 angeschlossen sind. Jede Synchronisier-Einheit besitzt weiter einen Transistor 93, der zusammen mit einem Widerstand 94 einen Verstärker in Art eines Emitterfolgers bildet, der der (jeweiligen) Diode 92 nachgeschaltet ist, und der zusammen mit der Diode 91 an den einen Ausgang 60 des jeweils zugeordneten Oszillators 31.1 bis 31.3 angeschlossen ist. Dieser jeweilige Verstärker erhöht die Wirkung der zugeordneten Diode 92 bzw. verstärkt den durch diese Diode 92 fliessenden Strom. Er erhöht damit das Fan- Out der Diode 92.The outputs 60 of the comparators 51 are so-called open collector points due to the way they are connected. This means that in the blocking state of the respective comparator 51, the potential of its output 60 adjusts to the potential of the feed line 50 via the resistor 54. In contrast, when the comparator 51 is in the conductive state, a lower potential determined by itself is set at its output 60, ie the oscillator 31 pulls the potential down at its one output 60. The synchronizing units 32.1 to 32.3 are also identical to one another. Each of these units has two diodes 91, 92 which are connected to the line 38 in common and with opposite poles via a respective output pole 83.1 to 83.3. Each synchronizing unit also has a transistor 93 which, together with a resistor 94, forms an amplifier in the manner of an emitter follower, which is connected downstream of the (respective) diode 92, and which together with the diode 91 is connected to the one output 60 of the respectively assigned oscillator 31.1 to 31.3 is connected. This respective amplifier increases the effect of the assigned diode 92 or amplifies the current flowing through this diode 92. It thus increases the fan-out of diode 92.
Die beiden Dioden 91, 92 jedes Synchronisier-Einheit 32.1 bis 32.3 verbinden somit deren Ausgangspole 83.1 bis 83.3 für beide Stromrichtungen mit dem jeweils zugeordneten Offener-Kollektor-Punkt 60. Für jeweils eine einzige Stromrichtung verbinden die in der jeweils gleichen Richtung gepolten, über die Leitung 38 in Serie geschalteten Dioden der verschiedenen Synchronisier-Einheiten 32.1. bis 32.3 die verschiedenen Offener-Kollektor-Punkte 60 untereinander.The two diodes 91, 92 of each synchronizing unit 32.1 to 32.3 thus connect their output poles 83.1 to 83.3 for both current directions to the respectively assigned open collector point 60. For a single current direction, the poles in the same direction connect via the Line 38 diodes of the various synchronizing units 32.1 connected in series. to 32.3 the different open collector points 60 with each other.
Ist eine Synchronisier-Einheit 32 mit ihrem Pol 83 nicht an die Leitung 38 angeschlossen, z.B. weil nur ein einziger Oszillator 31 verwendet wird, dann hängt die jeweilige Synchronisier-Einheit 32 bedeutungslos "in der Luft". Der Oszillator 31 schwingt in diesem Fall mit der durch seinen Aufbau gegebenen Grundfrequenz und gibt an seinen Ausgängen 60 und 35 die genannten Schwingungsformen "rechteckig" bzw. "dreieckig" ab.If a synchronizing unit 32 with its pole 83 is not connected to the line 38, e.g. because only a single oscillator 31 is used, the respective synchronizing unit 32 hangs meaninglessly "in the air". In this case, the oscillator 31 oscillates at the fundamental frequency given by its construction and outputs the aforementioned forms of oscillation “rectangular” and “triangular” at its outputs 60 and 35.
Werden zwei oder mehr Oszillatoren 31.1, 31.2, 31.3 nebeneinander betrieben, so schwingt jeder dieser Oszillatoren grundsätzlich für sich, wobei wegen des gleichen Aufbaus und der gleichen Nominalwerte der Kondensatoren 56 und der Widerstände stets etwa die gleichen Frequenzen auftreten. Die Phasen der Schwingungen sind dagegen völlig frei. Werden nun die Ausgangspole 83.1, 83.2, 83.3 der jeweiligen Synchronisier-Einheiten 32.1, 32.2, 32.3 durch die Leitung 38 miteinander verbunden, so entsteht eine neue Situation. In diesem Fall arbeiten die Synchronisier- Einheiten 32 ähnlich wie logische UND-Tore mit den zugehörigen Oszillatoren 31 zusammen. Jeder Oszillator 31.1, 31.2, 31.3 zieht - wie beschrieben - aufgrund seiner Schwingung das Potential an seinem jeweiligen einen Ausgang 60 periodisch nach unten. Da diese Ausgänge 60 - wie beschrieben - Offener-Kollektor-Punkte sind, wird hierbei das tiefere Potential jeweils über alle UND-Tore auf die Ausgänge 60 aller verbundenen Oszillatoren 31 übertragen. Dies bedeutet, dass alle Ausgänge 60 jeweils gleichzeitig das tiefere Potential annehmen und zwar solange, wie wenigstens einer der Oszillatoren seinen Ausgang 60 nach unten zieht. Das höhere Potential wird somit nur dann erreicht, wenn bei allen Oszillatoren 31 gemeinsam die Komparatoren 51 in ihrem Sperrzustand sind. Auf diese Weise entsteht somit spontan und ohne weiteres Zutun ein Schwingen aller beteiligten Oszillatoren 31 mit der gleichen Taktfrequenz und der gleichen Phase, d.h. eine vollständige Synchronisierung der Oszillatoren.If two or more oscillators 31.1, 31.2, 31.3 are operated side by side, each of these oscillators basically oscillates on its own, the capacitors 56 and the resistors always being approximately the same because of the same structure and the same nominal values Frequencies occur. In contrast, the phases of the vibrations are completely free. If the output poles 83.1, 83.2, 83.3 of the respective synchronizing units 32.1, 32.2, 32.3 are now connected to one another by the line 38, a new situation arises. In this case, the synchronizing units 32 work in a similar way to logical AND gates with the associated oscillators 31. Each oscillator 31.1, 31.2, 31.3 - as described - periodically pulls down the potential at its respective one output 60 due to its vibration. Since these outputs 60 - as described - are open collector points, the lower potential is transmitted to the outputs 60 of all connected oscillators 31 via all AND gates. This means that all of the outputs 60 simultaneously assume the lower potential for as long as at least one of the oscillators pulls its output 60 down. The higher potential is thus only achieved if the comparators 51 are in their blocking state together in all oscillators 31. In this way, an oscillation of all involved oscillators 31 with the same clock frequency and the same phase, ie complete synchronization of the oscillators, occurs spontaneously and without further action.
Die Pulsabgabe-Einheiten 33.1, 33.2, 33.3 ordnen den aufsteigenden und den absteigenden Flanken der Dreickspannμngen an den zweiten Oszillator-Ausgängen 35 zwei verschiedene Pulssorten zu, die an den jeweiligen Ausgängen 80 und 81 abgreifbar sind. Hierzu besitzen sie beispielsweise zwei Triggerschaltungen 70, 71 mit gemeinsamem Eingang, von denen die eine in der Nähe des oberen und von denen die andere in der Nähe des unteren Wendepunktes der jeweiligen Dreieckspannung anspricht. Hierbei geben diese Triggerschaltungen 70, 71 jeweils einen Impuls A_ bzw. A2 ab, welche Impulse somit zwei verschiedenen Phasen der Dreieckspannung fest zugeordnet sind. Fig. 3 zeigt als Beispiel zur Verwendung von parallel geschalteten Oszillatoren 31 eine Solarzellenanlage grösserer Leistung, beispielsweise von 12 kW. Diese u fasst z.B. zwei Solarzellen-Paneele 11, 12 unterschiedlicher Grosse und Bauart, eine einzige Batterie 17 sowie fünf Wandler 21.1 bis 21.5, die zu zwei Gruppen zusammengefasst sind. Die Wandler 21.1, 21.2, 21.3 der erste Gruppe übernehmen vom Ausgang 13 des ersten, grösseren Paneels 11 den erzeugten Strom ix, wandeln ihn mittels einer bekannten Technik und pumpen ihn auf einem anderen Spannungsniveau über die Zuleitung 15 in die Batterie 17, wozu natürlich auch noch eine Rückleitung 16 zwischen der Batterie 17 und den Paneelen 11, 12 notwendig ist. Entsprechend übernehmen die Wandler 21.4, 21.5 der zweiten Gruppe den Strom i2 vom Ausgang 14 des zweiten Paneels 12 und pumpen ihn ebenfalls über die Zuleitung 15 zur Batterie 17.The pulse output units 33.1, 33.2, 33.3 assign the rising and falling edges of the triangular voltages at the second oscillator outputs 35 to two different pulse types, which can be tapped at the respective outputs 80 and 81. For this purpose, they have, for example, two trigger circuits 70, 71 with a common input, one of which responds near the upper and the other near the lower inflection point of the respective delta voltage. In this case, these trigger circuits 70, 71 each emit a pulse A_ or A 2 , which pulses are thus permanently assigned to two different phases of the delta voltage. 3 shows, as an example for the use of oscillators 31 connected in parallel, a solar cell system of higher output, for example of 12 kW. This u includes, for example, two solar cell panels 11, 12 of different sizes and designs, a single battery 17 and five converters 21.1 to 21.5, which are combined into two groups. The converters 21.1, 21.2, 21.3 of the first group take over the generated current i x from the output 13 of the first, larger panel 11, convert it by means of a known technique and pump it to the battery 17 at a different voltage level via the feed line 15, of course for this a return line 16 between the battery 17 and the panels 11, 12 is also necessary. Correspondingly, the converters 21.4, 21.5 of the second group take the current i 2 from the output 14 of the second panel 12 and also pump it via the supply line 15 to the battery 17.
Sind die beiden Paneele 11, 12 von gleicher Technik, dann lassen sich auch ihre Ausgänge 13, 14 kurzschliessen, was durch die gestrichelte Leitung 18 angedeutet ist. In diesem Fall arbeiten alle Wandler 21 vollständig parallel und übernehmen stets den ihnen zukommenden Anteil der anfallenden Gesamtleistung beider Paneele 11, 12.If the two panels 11, 12 are of the same technology, then their outputs 13, 14 can also be short-circuited, which is indicated by the dashed line 18. In this case, all converters 21 operate completely in parallel and always take on the portion of the total power of both panels 11, 12 that is due to them.
Jedem Wandler 21 zugeordnet ist eine Steuerung 41.1 bis 41.5 und eine Oszillator-Einheit 131.1 bis 131.5. Die Steuerungen 41 dienen zum Einstellen der jeweils zugeordneten Wandler 21 auf einen Arbeitspunkt Pro, wie er anhand von Fig. 1 beschrieben wurde. Die Oszillator-Einheiten 131 umfassen jeweils eine Kombination aus Oszillator 31, Synchronisier- Einheit 32 und Pulsabgabe-Einheit 33 entsprechend Fig. 2. Sie dienen zur Erzeugung eines gemeinsamen Taktes und zur Abgabe der beschriebenen Impulse h , A2 (Fig. 2), mit deren Hilfe jede Steuerung 41 unabhängig von den jeweils anderen Steuerungen 41 die besagte Einstellung des jeweils zugeordneten Wandlers 21 dem jeweiligen Maximum 30 der Leistung/Spannung-Kurve von Fig. 1 nachführen kann. Die Leitungen 38.1, 38.2 verbinden hierbei die beiden Gruppen 8 der Oszillatoren 31.1 bis 31.3 bzw. 31.4 und 31.5 der Oszillator-Einheiten 131 in der beschriebenen Weise zum Zwecke der jeweiligen Synchronisierung. Wenn die Paneele 11, 12 über die Leitung 18 verbunden sind, müssen auch die Leitungen 38.1 und 38.2 zu einer einzigen Leitung 38 verbunden sein, was gestrichelt angedeutet ist.A controller 41.1 to 41.5 and an oscillator unit 131.1 to 131.5 are assigned to each converter 21. The controls 41 serve to set the respectively assigned converters 21 to an operating point P ro , as was described with reference to FIG. 1. The oscillator units 131 each comprise a combination of oscillator 31, synchronizing unit 32 and pulse output unit 33 according to FIG. 2. They are used to generate a common clock and to deliver the described pulses h, A 2 (FIG. 2), with the help of which each controller 41 can track the aforementioned setting of the respectively assigned converter 21 independently of the respective other controllers 41 from the respective maximum 30 of the power / voltage curve of FIG. 1. The lines 38.1, 38.2 connect the two groups 8 of the oscillators 31.1 to 31.3 or 31.4 and 31.5 of the oscillator units 131 in the manner described for the purpose of the respective synchronization. If the panels 11, 12 are connected via the line 18, the lines 38.1 and 38.2 must also be connected to a single line 38, which is indicated by dashed lines.
Die beschriebene Anordnung mit einer Mehrzahl unabhängiger, gleicher Oszillator-Einheiten 131, die zum Zwecke der Synchronisierung gleichberechtigt gekoppelt sind, ist einfach und arbeitet unabhängig von der jeweiligen Anzahl von Einheiten 131. Die Anordnung benötigt keine sonstigen Einrichtungen, insbesondere keine zentrale Einrichtung. Sie ist daher für den geschilderten Einsatz bei Solarzellenanlagen unterschiedlicher Leistung und unterschiedlichen Aufbaus bestens geeignet.The arrangement described with a plurality of independent, identical oscillator units 131, which are coupled with equal rights for the purpose of synchronization, is simple and works independently of the respective number of units 131. The arrangement does not require any other devices, in particular no central device. It is therefore ideally suited for the described use in solar cell systems with different outputs and different designs.
Die Oszillatoren 31, die Synchronisier-Einheiten 32 und die
Figure imgf000010_0001
33 sind im Aufbau so einfach, dass sie zusammen als Oszillator-Einheit 131 in Form eines einzigen Elektronik-Bausteins z.B. in Dickfilm- oder Dünnfilmtechnik herstellbar „sind.The oscillators 31, the synchronizing units 32 and the
Figure imgf000010_0001
33 are so simple in construction that they can be produced together as an oscillator unit 131 in the form of a single electronic module, for example using thick film or thin film technology.
Die beschriebene, bevorzugte Anordnung erlaubt diverse Variationen. Von diesen seien die folgenden erwähnt: f-The described, preferred arrangement allows various variations. Of these, the following should be mentioned: f-
- Statt des anhand von Fig. 2 beschriebenen Oszillators 31 kann jeder andere Kippschwingung-Oszillator verwendet werden, der einen Ausgang 60 besitzt, der einen Offener- Kollektor-Punkt darstellt.Instead of the oscillator 31 described with reference to FIG. 2, any other tilting oscillation oscillator can be used which has an output 60 which represents an open collector point.
- Die Pulsabgabe-Einheiten 33 können statt zwei Ausgänge 80, 81 nur einen einzigen Ausgang aufweisen, an dem abwechselnd zwei verschiedene Impulse A_, A2 auftreten, z.B. abwechselnd ein positiver. <nd ein negativer Impuls.- Instead of two outputs 80, 81, the pulse output units 33 can only have a single output, at which two different pulses A_, A 2 occur alternately, for example alternately a positive one. <nd a negative impulse.
- Die Funktion der Synchronisier-Einheiten 32, die wie beschrieben etwa der Funktion eines logischen UND-Tores entspricht, kann mit anderen Elektronik-Mitteln realisiert sein. Beispielsweise kann der verstärkende Transistor 93 weggelassen oder durch einen aufwendigeren Verstärker ersetzt sein.- The function of the synchronizing units 32, which as described approximately the function of a logical AND gate corresponds, can be realized with other electronic means. For example, the amplifying transistor 93 can be omitted or replaced by a more complex amplifier.
- Zum jeweiligen Aufsuchen des Maximums 30 der Leistung/Spannung-Kurve kann ein Takt mit jeweils etwa gleichen Taktabständen zwischen den verschiedenen Pulsen Äi, A2 gewählt sein. Es können diese Pulse jedoch auch paarweise in jeweils relativ kurzem Abstand aufeinanderfolgen, getrennt durch jeweils eine vergleichsweise längere Ruhepause. Eine weitere Variante hierzu besteht z.B. in der Verwendung von jeweils drei oder mehr zusammengehörigen Pulsen zu Ermittlung der Richtung, in der das jeweilige Maximum 30 liegt.- In order to find the maximum 30 of the power / voltage curve in each case, a cycle can be selected with approximately equal cycle intervals between the different pulses A 1 , A 2 . However, these pulses can also follow one another in pairs at relatively short intervals, separated by a comparatively longer break. Another variant of this is, for example, the use of three or more associated pulses to determine the direction in which the respective maximum 30 lies.
- Die Verwendung ist nicht auf Solarzellenanlagen beschränkt. In ähnlicher Weise lässt sich die Anordnung auch auf jede Art von Energiewandleranlage anwenden, bei denen dauernd wechselnde Betriebsleistungen auftreten, z.B. bei Wind- oder Mühlrad-betriebenen Kleinkraftwerken. - The use is not limited to solar cell systems. In a similar way, the arrangement can also be applied to any type of energy converter system in which constantly changing operating performance occurs, e.g. in small power plants operated by wind or mill wheels.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Anordnung mit einer Mehrzahl unabhängiger, gleicher Oszillatoren (31), die synchronisiert schwingen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Oszillator (31.1, 31.2, 31.3) ein Kippschwingung- Oszillator ist, dass jeder Oszillator (31.1, 31.2, 31.3) einen Ausgang (60) aufweist, der einen Offener-Kollektor-Punkt (open collector point) darstellt, dass jedem Oszillator (31.1, 31.2, 31.3) eine Synchronisier- Einheit (32.1, 32.2, 32.3) zugeordnet ist, die wenigstens zwei Dioden (91, 92) aufweist, welche durchlassmässig den t Ausgang (83.1, 83.2, 83.3) der Synchronisier-Einheit (32.1,1. Arrangement with a plurality of independent, identical oscillators (31) which oscillate synchronized, characterized in that each oscillator (31.1, 31.2, 31.3) is a tilting oscillator, that each oscillator (31.1, 31.2, 31.3) has an output ( 60), which represents an open collector point, that each oscillator (31.1, 31.2, 31.3) is assigned a synchronization unit (32.1, 32.2, 32.3) which has at least two diodes (91, 92 ) which transmissively has the t output (83.1, 83.2, 83.3) of the synchronizing unit (32.1,
32.2, 32.3) mit dem Offener-Kollektor-Punkt (60) des zugeordneten Oszillators (31.1, 31.2, 31.3) für beide32.2, 32.3) with the open collector point (60) of the assigned oscillator (31.1, 31.2, 31.3) for both
Richtungen verbinden, und dass die Ausgange (83.1, 83.2, 83.3) aller Synchronisier-Connecting directions, and that the outputs (83.1, 83.2, 83.3) of all synchronization
Einheiten- (32.1, 32.2, 32.3) durch eine Leitung (38) miteinander galvanisch verbunden sind.Units (32.1, 32.2, 32.3) are galvanically connected to one another by a line (38).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisier-Einheiten (32.1, 32.2, 32.3) zusätzlich zu den zwei Dioden (91, 92) einen Transistor (93) aufweisen, der zusammen mit einem Widerstand (94) als Verstärker der einen Diode (92) nachgeschaltet ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the synchronizing units (32.1, 32.2, 32.3) in addition to the two diodes (91, 92) have a transistor (93), which together with a resistor (94) as an amplifier a diode (92) is connected downstream.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Oszillator (31.1, 31.2, 31.3) einen Komparator (51) aufweist, dessen Ausgang den Offener-Kollektor-Punkt und den einen Ausgang (60) des Oszillators bildet, wobei dieser Ausgang (60) über Widerstände (52, 53) mit den Eingängen des Komparators (51) rückgekoppelt und über einen weiteren Widerstand (54) mit der Speiseleitung (50) verbunden ist, wobei der eine Eingang des Komparators (51) über weitere Widerstände (55, 57) mit der Speiseleitung (50) und mit Masse (49) verbunden ist, und wobei der andere Eingang des Komparators (51) über einen Kondensator (56) mit Masse (49) verbunden ist und einen zweiten Ausgang (35) des Oszillators bildet.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that each oscillator (31.1, 31.2, 31.3) has a comparator (51), the output of which forms the open collector point and the one output (60) of the oscillator, this output ( 60) is fed back via resistors (52, 53) to the inputs of the comparator (51) and connected to the feed line (50) via a further resistor (54), one input of the comparator (51) being connected to the feed line (50) and to ground (49) via further resistors (55, 57), and the other input of the comparator (51) being connected to ground via a capacitor (56) (49) is connected and forms a second output (35) of the oscillator.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Ausgang (35) jedes Oszillators (31.1, 31.2, 31.3) eine Pulsabgabe-Einheit (33.1, 33.2, 33.3) nachgeschaltet ist zum abwechselnden Abgeben von zwei verschiedenen Pulsen (Ai, A2) .4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the second output (35) of each oscillator (31.1, 31.2, 31.3) is followed by a pulse delivery unit (33.1, 33.2, 33.3) for alternating delivery of two different pulses (Ai, A 2 ).
5. Verwendung der Anordnung nach Anspruch 1 in einer Energiewandleranlage, in der eine Mehrzahl von Wandlern (21.1 bis 21.5) die von einer Stromquelle bei einem ersten Potentialniveau bereitgestellte elektrische Energie wechselnder Leistung gemeinsam in eine Sammelleitung (15) pumpt, welche auf einem zweiten Potentialniveau liegt, dadurch gekennzeichnet,5. Use of the arrangement according to claim 1 in an energy converter system in which a plurality of converters (21.1 to 21.5) pumps the electrical energy of changing power provided by a current source at a first potential level together into a collecting line (15) which pumps at a second potential level lies, characterized,
- dass jedem Wandler (21.1 bis 21.5) eine Steuerung (41.1 bis 41.5) zugeordnet ist, die den jeweiligen Wandler laufend so einstellt, dass dessen Pumpwirkungsgrad dem jeweils erreichbaren Maximum nahekommt,- that each transducer (21.1 to 21.5) is assigned a controller (41.1 to 41.5) that continuously adjusts the respective transducer so that its pumping efficiency approaches the maximum that can be achieved,
- dass jeder Steuerung (41.1 bis 41.5) eine Oszillator- Einheit (131.1 bis 131.5) zugeordnet ist, die einen Oszillator (31.1 bis 31.1) und eine Pulsabgabe-Einheit (33.1 bis 33.3) umfasst, und die die jeweilige Steuerung (41.1 bis 41.5) mit Taktimpulsen versorgt, und- That each controller (41.1 to 41.5) is assigned an oscillator unit (131.1 to 131.5), which comprises an oscillator (31.1 to 31.1) and a pulse delivery unit (33.1 to 33.3), and which the respective controller (41.1 to 41.5 ) supplied with clock pulses, and
- dass jede Oszillator-Einheit (131.1 bis 131.5) weiter eine Synchronisier-Einheit (32.1 bis 32.3) umfasst, und dass deren Ausgangspole (83.1 bis 83.3) zum Zwecke der Synchronisierung der Oszillatoren (31.1 bis 31.3) über eine Leitung (38) galvanisch miteinander verbunden sind.- That each oscillator unit (131.1 to 131.5) further comprises a synchronizing unit (32.1 to 32.3), and that their output poles (83.1 to 83.3) for the purpose of synchronizing the oscillators (31.1 to 31.3) galvanically via a line (38) are interconnected.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, 12 dass als Stromquelle wenigstens ein Solarzellenpaneel (11, 12) dient.6. Use according to claim 5, characterized in 12 that at least one solar cell panel (11, 12) serves as the current source.
7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Solarzellenpaneele (11, 12) vorgesehen sind, deren Eingänge (16) und deren Ausgänge (13, 14) galvanisch miteinander verbunden sind. 7. Use according to claim 6, characterized in that at least two solar cell panels (11, 12) are provided, the inputs (16) and the outputs (13, 14) of which are galvanically connected to one another.
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