[发明专利]电流输出型太阳阵模拟器开路电压控制电路及其控制方法

说明书

本发明提供了一种电流输出型太阳阵模拟器开路电压控制电路及其控制方法，在电流输出型太阳阵模拟器的输出端连接RCD假负载支路，所述RCD假负载支路包括假负载电阻和假负载电容，所述假负载电阻和假负载电容连接形成阻容并联电路后，与功率二极管串联，其中功率二极管的阳极与模拟器输出端正线连接，功率二极管的阴极与阻容并联电路的一端相接，且阻容并联电路的另一端与模拟器输出负线相接。本发明的技术方案可以在保证电流输出型架构下，有效解决设定高斜率I‑V曲线开路电压输出的问题，实现了高精度的设定开路电压精度的稳定输出；且在全范围电压，均具备良好的开路电压输出精度，并可以很好地实现串联切载功能和分流切载功能。

技术领域

本发明涉及电压控制技术领域，尤其涉及一种电流输出型太阳阵模拟器开路电压控制电路及其控制方法。

背景技术

对于线性方案实现的太阳能阵列模拟器，为了满足设定的开路电压输出，已有的控制方法有在输出端添加额外的电压内环，让模拟器的输出端电压和电流信息均参与控制，从而实现开路电压可调稳定输出的目的；另外一种方法则是在不同的设定开路电压条件下，通过时时改变电流源供电的母线电平值，来实现期望开路电压输出的目的。

线性电流源方案采用的电压内环控制输出端开路电压，即将对外输出端电压采样信号与I-V曲线上的当前工作点的电压基准相比，并进行环路补偿，其补偿之后的输出信号与I-V曲线当前工作点的电流基准相比，给出电流源工作电流信号。改变母线电平值来实现输出开路电压连续可调的方法，即是在开路电压设定后，以离线的形式将母线电压调制所需设定的开路电压值，当模拟器处于实际开路工况时，输出端电压即为母线电压，满足期望开路电压输出的需求。

第三种实现模拟器开路电压功能则是在模拟器输出端添加假负载电阻支路，通过I-V外环的数字控制器实时对模拟器的功率支路的假负载进行偏置电流补偿。当太阳阵模拟器输出端完全开路时，I-V外环数字控制器补偿到假负载电阻上的偏置电流值即为开路电压值U_oc与假负载电阻阻值R_{dummy_load}的商，即通过控制该偏置电流值的大小来实现设定目标开路电压的输出功能。

总结已有控制方式的特点，采用添加电压内环的控制方式需要数字控制单元采样多个模拟量信号参与数字闭环，从而降低了模拟器整机的动态性能，并且控制方式比较复杂。采用改变母线电平的方式来实现开路电压连续可调的方法，不能使电流源做到完全意义上的开路状态，即模拟器在带载很轻时等效为近似开路状态，并且采用该种控制方式需要提供功率母线电平的电源输出大范围连续可调的高精度电压输出，输出开路电压的精度取决于可调母线电源的输出电压精度，从而导致输出开路电压的精度特性不够理想。而第三种实现开路电压输出的控制方案只适用于恒压母线架构下的线性功率单元的太阳阵模拟器，且用户设定的I-V曲线的最大曲线切线斜率(dI/dU)_max不可过大，否在在模拟器输出端完全开路条件下，数字I-V外环会因为设定I-V曲线的非线性度过大而造成开路电压工作点振荡的问题。

因为电流输出型太阳能电池模拟器在正常情况下无法正常输出稳定的开路电压输出，且由于I-V外环控制在开路电压工作点，具有最严重的非线性切线斜率，故无法在只添加假负载支路来实现开路电压输出。故电流输出型太阳阵模拟器只可以在添加阻容并联假负载支路，才可以稳定地实现开路电压控制输出。现有研究中，有采用直接在电流输出型SAS（Solar Array Simulator，太阳能电池阵模拟器或简称为太阳阵模拟器）的输出端并联阻容性假负载来实现开路电压的控制输出的，但是这种方式无论PCU是分流调节器架构还是串联调节器架构，只要电流输出型SAS输出端存在阻容R_{dummy_load}和C_{dummy_load}，均会在工作点切换的过程中存在C_{dummy_load}瞬间放电，产生巨大的尖峰电流值流过PCU的拓扑内部的功率开关管或二极管，造成PCU（Power Conditioning Unit，功率调节单元）内部的功率开关管或二极管的烧毁。

发明内容