[发明专利]太阳能跟踪系统的基准电压源电路

说明书

技术领域：

本发明涉及太阳能利用技术，具体涉及太阳能系统中电路系统领域。

背景技术：

目前，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。但是，由于太阳能的能量密度小，光照过程不连续，使太阳能的利用有着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，由此对太阳能的收集和利用提出了更高的要求，阻碍了太阳能的广泛性和普适性应用。

以太阳能光伏发电系统为例，目前大型光伏电站的设计，特别是在国内，很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，存在余弦效应的影响，无法保证太阳光的垂直照射，光伏电池不能充分利用太阳能资源，使其发电效率低下。研究表明：跟踪系统应用到平板光伏发电阵列，可以比固定模式提高33％的效率，课件采用跟踪系统虽增加了建设成本但获得的效益是相当可观的。尤其对聚光发电和集热类的系统，为了降低系统成本或者获得中高温热利用采用跟踪技术是势在必行的，因此，研究太阳跟踪技术是有重要意义的。

国内外，太阳跟踪系统中实现跟踪太阳的方法很多，基本上可以分为两类：一类是实时的探测太阳对地位置，控制对日角度的被动式跟踪；另一类是根据天文知识计算太阳位置以跟踪太阳的主动式跟踪。被动式跟踪的典型代表：压差式跟踪器和光电式跟踪器；主动式跟踪的典型代表：控放式跟踪器、时钟式跟踪器和采用计算机控制和天文时间控制的视日运动轨迹跟踪器。以下对两种类型中目前主要采用的光电跟踪方式和视日运动轨迹跟踪方式进行比较。本发明所涉及的被动式跟踪，其原理是：太阳位置变化时，太阳光照强度的变化引起光电转换器输出电信号的改变，这一改变经分析、判断、处理，然后得到一个结果用以驱动直流电机运转以改变跟踪位置，使光电转换器达到平衡，如此往复。在被动式跟踪系统中，光电转换器是系统是否能准确跟踪太阳的关键，其中能够给其提供稳定的驱动电源是关键，鉴于此，本发明提出太阳能跟踪系统的基准电压源电路。

发明内容：

本发明提出的太阳能跟踪系统的基准电压源电路，如附图1所示，主要包括运放运算放大器、两个三极管、二级运放PMOS管、电阻，其主要特征在于：采用电阻R₁和R₂分别与Q₁、Q₂并联放在运放的输入端口，拉低1，2两点电位，进一步起到了降低电源电压的作用。由于运放的钳位作用，使得V₁＝V₂＝V_EB，因此，在R₁＝R₂的情况下，流过R₁和R₂的电流相等，又因为M1和M2的电流镜作用，流过Q₁和Q₂的电流也相等，流经的电流表示为：根据M1、M2和M4的电流镜关系，有其中A1和A2分别是Q₁和Q₂的发射极面积，K是波尔兹蔓常数，T是温度，q是电子电量。可知，V_REF的值不再是1.25V，可以通过调节电阻R₀、R₁和R₃的值来获得需要的基准输出电压，从而降低电源电压，可以使得到电源输出电压低于1V的基准电压源。

本发明提出的太阳能跟踪系统的基准电压源电路中的电流镜是模拟集成电路里最基本也是最重要的单元，如附图2所示，它被广泛地应用于各种电路模块，电流镜精度的高低将会直接影响整个电路地性能。模拟集成电路经常要使用到电流源，而CMOS电路中处在饱和区的MOS器件就可以当作一个电流源。在设计电路时往往需要复制某一个电流源上的电流为其他模块供电，由于电流镜可以达到精确复制电流的目的，所以得到广泛的应用。尽管它还是会受到比如工艺，沟道调制效应的影响，但如果设计得当，仍可达到足够的精度。由于本发明的基准源运用于低压环境，为尽量减小功耗，计划电流镜上的电流小于10μA。为减小源漏区边缘扩散产生的误差，所有PMOS管都采用完全等长的栅长。考虑到PMOS中空穴迁移率较小(空穴迁移率为电子的1/2到1/4)，以及有限的电压裕度，取PMOS驱动电压取为200mV比较合适。根据PMOS管饱和状态下的方程：