[发明专利]模拟光能电路有效

专利信息
申请号: 200610172486.2 申请日: 2006-12-31
公开(公告)号: CN101211192A 公开(公告)日: 2008-07-02
发明(设计)人: 刘景萌 申请(专利权)人: 立锜科技股份有限公司
主分类号: G05F1/66 分类号: G05F1/66;G05F1/67
代理公司: 中原信达知识产权代理有限责任公司 代理人: 谢丽娜;陈肖梅
地址: 中国台湾新*** 国省代码: 中国台湾;71
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摘要:
搜索关键词: 模拟 光能 电路
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种光能电路(Photovoltaic Power Circuit),例如太阳能电池(Solar Cell Battery),特别是指一种以模拟元件制作的光能电路,其电路结构远比数字光能电路精简。

背景技术

因应能源危机以及全球能源库存量不足的问题,目前已有越来越多的先进国家投入研究太阳能电池。太阳能电池属于光能电路的一种,其基本原理是利用半导体PN二极管接面的特性,当该二极管接面接收到光能时,可将其转换成电能,并利用该电能对电池充电,以产生电力。二极管产生电能的V-I(电压-电流)关系如图1所示,其中实线表示电压与电流的关系,虚线表示电压与电流的乘积,亦即功率(power)。图中假设所接收到的光能不变,故仅显示一条曲线,但若接收到的光能产生变化时,曲线也会相应变化。

如图1所示,最大电压点Voc位于断路位置,最大电流点Isc位于短路位置,但若欲取得最大的能量输出,则最佳输出点并非位于最大电压或最大电流处,而是位于电能曲线的最佳功率输出点(MaximumPower Point,MPP),其对应之电压与电流分别为Vmpp与Impp。且由于所接收到的光能经常并非定值,因此,在现有技术中,通常必须设计复杂精密的数字电路,以供计算所萃取的电能是否位于该光能下的最佳功率输出点(以下简称MPP)。

现有技术数字光能电路之一例可参照美国专利第6984970号,该案所揭示的电路大致如图2所示,其中光能元件(photovoltaic device)2所产生的电压Vin,通过一个功率输出级(power stage)3进行电压转换后成为输出电压Vo,对负载4进行供电,该负载4例如可以是一个充电电池,而功率输出级3则例如可以是升压电路、降压电路、反压电路、返驰电路等。为了使功率输出级3能适切地在MPP处萃取电能,电路中设有一个数字控制器5,此数字控制器5中的数字计算模块51(其例如为数字微控制器)根据输入电压Vin的数值与萃取电流i的数值,不断进行相乘以计算MPP,并根据MPP计算最佳电压值Vmpp。所计算出的最佳电压值Vmpp再与输入电压Vin进行比较,以令控制电路52产生讯号,决定如何控制功率输出级3。图2所示的电路,其数字控制器5的设计十分复杂,所需的晶体管元件数目相当大,并且需要模拟数字转换器(ADC)来撷取电压电流信号,因此不但增加设计上的困难,且也势必提高电路的整体成本。

另一现有技术揭示于美国专利申请公开案第2006/0164065号,该案仅概略说明其包含「搜寻(search)」和「摆动(dithering)」两个模式,在启始的搜寻模式中先扫瞄(sweep)整个电压-电流曲线,以从其中找到MPP,接着才进入正常工作模式(摆动模式),在此模式中根据该MPP点的电流值操作,并进行间歇性地取样更新(以上内容例如可参考该案说明书第8段、第10段、第33段、图5,等等)。然而,对于如何达成扫瞄步骤,该案并未详细揭露电路细节。

虽然该案并未详细揭露电路细节,但由其所说明的搜寻模式与扫瞄步骤,可看出该案即使不进行电压-电流值之乘算(事实上在该案中无法看出如何省略电压-电流值之乘算步骤),也势必需要用到许多辅助数字电路如存储器或缓存器、以及比较器之类,否则无法选择并纪录最佳功率点MPP。不但其电路相当复杂,而且扫瞄步骤会占据电路的有效工作时间;如在启始时间之外,因光源剧烈变化造成光能元件脱离原有的电压-电流曲线,则该案必须重新启始搜寻模式与扫瞄步骤,效率并不理想。

简言之,上述美国专利申请公开案第2006/0164065号必须使用复杂的电路,先找到MPP点后,才能进入摆动模式中进行较简单的模拟电路操作,因此,并不理想。

发明内容

有鉴于此,本发明即针对上述现有技术之不足,提出一种以模拟元件制作的光能电路,以解决前述问题。

为达上述之目的,在本发明的其中一个实施例中,提供了一种模拟光能电路,包含:一组主要光能元件,其吸收光能而产生输入电压;功率输出级电路,接收该主要光能元件产生的输入电压,将其转换为输出电压;最佳电压点估算电路,其根据主要光能元件断路电压的比例值,估算最佳电压点;以及模拟比较控制电路,其将该最佳电压点估算电路所估算的最佳电压点,与输入电压进行比较,并根据比较结果,控制该功率输出级之电压转换操作。

上述实施例中,该比例值为断路电压的70%至90%,例如80%。由于最佳电压点从主要光能元件的断路电压,依据比例值而得出,故完全不需要使用复杂的数字计算电路,亦不需要任何扫瞄步骤。

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