DE9302756U1 - Rückkopplungsregler - Google Patents

Rückkopplungsregler

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Description

Rückkopplungsregler
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Umsetzer, die insbesondere in Höchstleistungspunkt-Nachführsystemen (MPPT) für elektrische Kraftgeneratoren verwendet werden, die durch erneuerbare Resourcen, wie Sonnenlicht, Wasser oder Wind betrieben werden.
Höchstleistungspunkt-Nachführsysteme (MPPT) für Generatoren der oben genannten Art sind aus der Praxis bekannt. Diese bekannten Systeme enthalten einen mit dem Ausgang des Generators verbundenen Umsetzer, wobei der Ausgang des Umsetzers mit einem Verbraucher verbunden ist. Diese Umsetzer weisen durch einen Regler steuerbare Schaltelemente auf. Der Regler leitet seine Eingangssignale von der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom des Generators ab. Die Schaltelemente des Reglers werden gesteuert, um den Generator derart zu belasten, daß unter sich verändernden Eingangs- und Ausgangsbedingungen eine maximale Ausgangsleistung abgeleitet werden kann.
Die Regler der bekannten Systeme sind ziemlich anspruchsvoll und enthalten normalerweise einen Mikroprozessor oder eine anspruchsvolle analoge Schaltung. Diese anspruchsvollen und daher aufwendingen Systeme sind nicht sehr wirtschaftlich.
Um höchst wirkungsvoll zu sein, sind die Regler normalerweise nach Art eines Schalters ausgebildet und werden durch die Ein/Aus-Impulsdauer der Schalteinrichtung gesteuert. Diese Impulsdauer bildet normalerweise das Steuereingangssignal des Schaltreglers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vorzuschlagen, um die Impulsdauer in der Art und Weise zu steuern, daß eine maximale Ausgangsleistung des Generators erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale eines Reglers gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 und den Merkmalen eines Höchstleistungspunkt--Nachführsystems (MPPT) entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 5 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Regler und das System werden erfindungsgemäß derart betrieben, daß ein zur Ausgangsleistung eines zu steuernden Umsetzers direkt proportionales Rückkopplungssignal dem Eingang eines Steuersignal-Generators zuge-0 führt wird. Ferner wird ein Steuersignal vom Ausgang dieses Steuersignal-Generators wenigstens einem Schaltelement in dem zu steuernden Umsetzer zugeführt.
Ist der Steuersignal-Generator ein Pulsbreiten-Modulator (PWM) oder ein Delta-Modulator (DM) oder ein stromgesteuerter Modulator, so bewirkt eine höhere Ausgangsleistung des zu steuernden Umsetzers eine längere Impulsdauer des Ausgangssignales des Steuersignal-Generators, die auch die Ein/Aus-Impulsdauer des Schalt-elementes im Umsetzer darstellt.
Wird der Steuersignal-Generator hingegen durch einen Frequenz-Modulator (FM) gebildet, wie beispielsweise ein spannungsgesteuerter Oscillator, bewirkt eine ho-
here Ausgangsleistung des zu steuernden Umsetzers eine höhere Frequenz am Ausgang des Steuersignal-Generators.
Wird der Steuersignal-Generator in einem weiteren Ausführungsbeispiel durch einen Frequenz- und/oder einen Impuls-Modulator gebildet, bewirkt eine höhere Ausgangsleistung des Umsetzers eine höhere Frequenz und/oder Impulsdauer am Ausgang des Steuersignal-Generators .
Das Signal, welches direkt proportional zur Ausgangsleistung des Umsetzers ist, kann ein Signal enthalten, das direkt proportional zum Ausgangsstrom des Umsetzers ist, wenn die Ausgangsklemmen des Umsetzers mit einem Verbraucher verbunden sind.
Alternativ hierzu kann das zur Ausgangsleistung des Umsetzers direkt proportionale Signal ein Signal enthalten, das direkt proportional zur Ausgangsspannung des Umsetzers ist, wenn die Ausgangsklemmen des Umsetzers mit einem Verbraucher verbunden sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das zur Ausgangsleistung des Umsetzers direkt proportionale Signal ein Signal enthalten, das direkt proportional zur Motorgeschwindigkeit ist, wenn die Ausgangsklemmen des Umsetzers mit einer elektrischen Maschine verbunden sind.
Der Verbraucher kann durch eine geeignete Mischung aus Batterien, Widerständen, Spulen, Kondensatoren oder nicht linearen Elementen gebildet werden.
Als Umsetzer kann jeder geeignete Umsetzer verwendet werden, wie beispielsweise ein Zerhacker, Gegentakt-, Rücklauf-, Vorwärts-, Resonanz-, Quasiresonanz- oder nicht lineare DC-DC-Schaltumsetzer sowie jeder DC-AC-Wechselrichter oder AC-AC-Zykloumsetzer-Struktur.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die begleitenden, schematischen Zeichnungen beschrieben.
10
In der Zeichnung zeigen:
Fig.l ein Blockschaltbild eines Hochstleistungspunkt-Nachführsystems mit einem erfindungsgemäßen Regler für einen DC-DC-
Umsetzer, der einen Teil des Systems bildet,
Fig. 2 ein Schaltbild des in Fig. 1 gezeigten Systems und
Fig.3 eine graphische Darstellung der mit einem in den Fig.l und 2 gezeigten System erreichten Resultate.
Das in Fig.l gezeigte Hochstleistungspunkt-Nachführsystem (MPPT) 10 enthält eine Photoelement-Anordnung 12, einen Umsetzer 14 (mit wenigstens einem nicht dargestellten Schaltelement) , einen Regler 16 mit einem Steuersignal-Generator in der Form eines Pulsbreiten-Modulators 18 und einen Verstärker 20. Das System 10 enthält weiterhin einen Verbraucher 22.
Der Eingang 24 des Pulsbreiten-Modulators 18 (der über den Verstärker 20 erreicht wird) ist mit Ausgangsklemmen 26 des Umsetzers 14 verbunden und enthält ein verstärktes Ausgangssignal, das proportional zur Ausgangs leistung des Umsetzers ist. Der Ausgang 28 des PuIsbreiten-Modulators 18 ist mit dem Umsetzer 14 verbunden, um wenigstens eines seiner Schaltelemente zu steuern, um eine maximale von den Klemmen 30 der Photoelement-Anordnung 12 gelieferte Ausgangsleistung zu erreichen. Je großer die Ausgangsleistung ist, umso größer ist die Impulsdauer, wodurch sich eine Rück-kopplung ergibt.
Der Verbraucher 22 kann durch jede geeignete passive oder aktive Maschine, elektro-mechanische Betätigungsanordnung und/oder Batterie gebildet werden und ist mit den Ausgangsklemmen 26 und 32 des Umsetzers 14 verbunden .
Wie aus Fig.2 zu ersehen ist, enthält die Photoelement Anordnung 12 zwei 55 W - Photoelementträger.
Der Umsetzer 14 enthält einen Widerstand R^, eine Eingangskapazität C1 (680&mgr;&Rgr;), einen MOSFET-Schalter (Transistor T) IRF 130 mit zugehöriger Gate-Steuerschaltung 34, eine Freilauf-Diode D(UES1402) und eine große Ausgangsinduktivität L.
Der Verbraucher 22 wird durch eine 12 V - Batterie gebildet.
Der Regler 16 enthält einen Stromnebenschluß CS mit einer zugehörigen Dämpfung von K = 1/1000 V/A und einem Vorschubgewinn des Ausgangsstromes IL von G = 250, der
den Eingangsstrom Iff des integrierten Schaltkreises des Pulsbreiten-Modulators (3520) bildet. Das Impulsdauer-Ausgangssignal d steuert dann den Transistor T unmittelbar. Der Eingang des Pulsbreiten-Modulators ist dadurch mit dem verstärkten Ausgangsstrom des Umsetzers 14 verbunden, der proportional zur Ausgangsleistung des Umsetzers ist. Der Ausgang des Pulsbreiten-Modulators ist mit dem Umsetzer 14 verbunden, um das Schaltelement so zu steuern, daß eine maximale Ausgangsleistung der Photoelement-Anordnung 12 erreicht wird. Je größer die Ausgangsleistung ist, umso großer die Impulsdauer, wodurch sich eine positive Rückkopplung zum Ausgangsstrom oder zur Ausgangsleistung der Anordnung ergibt. Dies läßt sich durchführen, weil die Strom-Spannungs-Charakteristik der Photoelement-Anordnung 12 nur einen Höchstleistungspunkt aufweist.
Fig.3 zeigt die sich in der Praxis ergebenden Resultate, wenn das in den Fig.l und 2 dargestellte System verwendet wird.
Die Kennlinien zeigen die gemessenen Ergebnisse dieses Höchstleistungspunkt-Nachführsystems. Die Ausgangsleistung des Umsetzers 14 ist als Funktion der Spannung der Anordnung für zwei in Serie geschaltete Photoelementträger gezeichnet. Der Umsetzer 14 lädt eine 12 V - Batterie. Der Batteriestrom ist der einzige Rückkopplungsparameter und wird in einer Vorwärts-Anordnung verwendet, um die maximale Ausgangsleistung der Photoelement-Anordnung zu erreichen. Die Höchstleistungspunkte in den Fig. 3 (A, B und C) wurden bestimmt und nachgeführt. Die Leistungskurven 1 bis 3 wurden mit einem nicht rückgekoppelten Umsetzer gemessen, bevor der Steuerkreis mit dem Vorwärts-Stromregler
geschlossen wurde. Der Regler 16 arbeitet gut bei sich dynamisch verändernden Entkopplungen, Temperaturen und Batterie-Spannungen.

Claims (5)

Schutzansprüche
1. Rückkopplungsregler für einen Umsetzer mit wenigstens einem Schaltelement und der einen Teil eines Höchstleistungspunkt-Nachführsystems für einen Gene
rator bildet, gekennzeichnet durch einen Verstärker (20) mit einem Eingang und einem Ausgang; einem Steuer-signal-Generator (18) mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei der Eingang zum Empfang eines Signals angepaßt ist, das direkt proportional zur
Ausgangsleistung eines zu steuernden Umsetzers (14) ist; erste Verbindungsmittel (16) zur Verbindung des Eingangs des Verstärkers (20) mit dem Ausgang (26) des zu steuernden Umsetzers (14); zweite Verbindungsmittel (21) zur Verbindung des Ausgangs
des Verstärkers (20) mit dem Eingang des Steuersignal-Generators (18) , so daß eine höhere Ausgangsleistung des zu steuernden Umsetzers (14) eine größere Impulsdauer am Ausgang des Steuersignal-Generators (18) bewirkt, die auch die Ein/Aus-Impulsdauer
des Schalt-elements im Umsetzer (14) darstellt; und dritte Verbindungsmittel (28) zur Verbindung des Ausgangs des Steuersignal-Generators (18) mit dem zu steuernden Umsetzer (14), um Steuersignale für wenigstens ein Schaltelement in diesem Umsetzer (14)
bereit-zustellen.
2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignal-Generator (18) durch einen PuIsbreiten-Modulator, einen Delta-Modulator oder einen
stromgesteuerten Modulator gebildet wird.
3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignal-Generator (18) durch einen Fre-
quenz-Modulator, insbesondere einen spannungsgesteuerten Oscillator, gebildet wird.
4. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersignal-Generator (18) durch einen Frequenz
und/oder Impuls-Modulator gebildet wird.
5. Höchstleistungspunkt-Nachführsystem, enthaltend eine Photoelement-Anordnung; einen Umsetzer mit wenigstens einem Schaltelement, der mit dem Ausgang der
Photoelement-Anordnung verbunden ist; einen mit dem Ausgang des Umsetzers verbundenen Verbraucher; und ein Rückkopplungsregler, gekennzeichnet durch den Regler mit einem Verstärker (20) mit einem Eingang und einem Ausgang; einem Steuersignal-Generator mit
einem Eingang und einem Ausgang; ersten Verbindungsmitteln (16) zur Verbindung des Eingangs des Verstärkers (20) mit dem Ausgang (26) des Umsetzers (14) ; zweiten Verbindungsmitteln (21) zur Verbindung des Ausgangs des Verstärkers (20) mit dem
Eingang des Steuersignal-Generators (18), so daß eine höhere Ausgangsleistung des Umsetzers eine größere Impulsdauer am Ausgang des Steuersignal-Generators (18) bewirkt, die auch der Ein/Aus-Impulsdauer des Schaltelements des Umsetzers (14) entspricht;
und mit dritten Verbindungsmitteln (28) zur Verbindung des Ausgangs des Steuersignal-Generators (18) mit dem Umsetzer (14), um Steuersignale für wenigstens ein Schaltelement dieses Umsetzers (14) bereitzustellen.
GHT770
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ZA (1) ZA931273B (de)

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