[发明专利]一种太阳能阵列顺序分流调节器

说明书

技术领域

本发明属于太阳能领域，尤其涉及一种太阳能阵列顺序分流调节器。

背景技术

太阳能电池的发展趋势是利用三阶砷化镓（GaAs triple junction）技术，因为三阶砷化镓的太阳能电池效率可达到28%，相比于其他技术有显著的效率优点。然而，三阶砷化镓太阳能电池本身具有较高的寄生电容，一般5A输出三阶砷化镓电池的寄生电容在0.5uF左右，如通过并联得到更高输出电流会使得寄生电容成倍数增加。寄生电容使得顺序开关分流器（Sequential Switching Shunt Regulator，S3R）的设计变得复杂，寄生电容带来的负面效应主要有：

1.       需要有源最大电流限制驱动电路对MOSFET在分流开通瞬间带来的电流尖峰进行限制。因此寄生电容越大，开关损耗越大。

2.       增加太阳能电池对母线供电的延迟时间，并使母线输出电压纹波增大，相位域度降低。

由于顺序开关分流器（Sequential Switching Shunt Regulator，S3R）的高效率、低质量、复杂程度低和高可靠性，太阳能阵列分流系统一般采取S3R顺序开关分流的方式进行，如图1所示，每一路太阳能电池分流器可以处于MOSFET开通或MOSFET关断状态。MOSFET前的滞环控制器接收控制信号对MOSFET开关进行控制，当MOSFET导通，该路太阳能电池对地分流；MOSFET关断，该路太阳能电池以恒定电流对母线供电；通过主误差放大器（Main Error Amplifier，MEA）对母线电压误差进行放大，输出信号对N路（根据输出功率确定）太阳能电池分流器进行控制，稳定母线。一般对于N路太阳能电池放电系统，n路处于供电状态，N-n-1路处于分流状态，1路太阳能电池分流器处于开关状态（利用滞回比较器的Bang-Bang控制器），稳定母线。

处于开关状态的分流器的最大开关频率取决于：太阳能电池电流、母线输出电容和母线电压纹波：

       对于大功率的太阳能电池阵列分流器，一般单路太阳能电池采取并联，增加单阵分流器处理效率，降低系统的体积和重量。然而在单路电流增加的情况下，会造成最大开关频率的增加，进而使得MOSFET开关损耗增加。

       同时，由于并联后的太阳能电池阵的寄生电容也成倍数增加，进一步增加了开关损耗，并且会对太阳能向母线供电造成延时，从而使整个系统的相位域度降低，因此对稳定性带来负面影响。

对于处于开关路的分流器来说，是采用传统的滞回比较器作为Bang-bang控制器，稳定母线电压，前级产生的开关噪声在低频较多。

Delta Sigma控制策略主要应用在ADC（数字模拟转换，A/D converter ）采样，数字PWM（脉宽调制，Pulse-Width Modulation）精度提高及开关电源的EMI抑制上，其具有超频能力，因此可以利用Delta Sigma调制的方式降低开关时刻的高频分量，减少单位时间内的开关次数，因而可以进一步降低MOSFET产生的开关损耗。

综上所述在针对于三阶砷化镓电池的大功率太阳能发电系统中，传统的S3R技术有其一定的制约条件和缺点，表现在：

一、对于三阶砷化镓电池的大功率太阳能发电系统，提高单阵电流对降低整个系统的体积和重量起关键作用，然而单阵电流的提高对于传统S3R来说，寄生电容和单阵电流的同时提高，会极大的增加单阵MOSFET开关损耗。

二、对于处于开关状态调节母线的分流器，采用的Bang-Bang调制相对于Delta Sigma调制会在单位时间内产生开关次数相对较多，会进一步增加开关损耗。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种利用太阳能电池作为能量输入来源的电源控制和变换器，旨在解决三阶砷化镓电池的大功率太阳能发电系统中，由于单阵电流较大和寄生电容较大以及采用传统Bang-bang控制所带来的较高的开关损耗的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种太阳能阵列分流器，所述太阳能阵列分流器包括：输出电容阵、大电流分流器、小电流分流器、主误差放大器以及母线调节运算单元，

所述主误差放大器与输出电容阵、母线调节运算单元均连接，所述母线调节单元还与大电流分流器、小电流分流器相连，