模拟光能电路制造技术

本发明专利技术提出一种模拟光能电路，包含：一组光能元件，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，其接受一预定电压，并根据输入电压的变化方向与光能元件所产生功率的变化方向，而估算最佳电压点；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，控制该功率输出级的电压转换操作。

Analog light circuit

The invention provides a light simulation circuit, including a set of light elements, the absorption of light energy and input voltage; power output circuit, the input voltage to the light receiving element, converts the output voltage; the optimum voltage estimation circuit, the receiving a predetermined voltage, and according to the change of direction change direction the input voltage and light component generated power, and estimate the optimum voltage; and the simulation comparison control circuit, the optimum voltage point estimation point estimation of the optimum voltage circuit, compared with the input voltage, and according to the comparison result, the power output voltage conversion control operation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光能电路(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。
技术介绍
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 (电压一电流)关系如图l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l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(Maximum Power 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Viii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)整个电压一电流曲线，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一电流值之乘算(事实上在该案 中无法看出如何省略电压一电流值之乘算步骤)，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一电流曲线，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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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，在本专利技术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。在本专利技术另外的实施例中，提供了一种模拟光能电路，包含一 组光能元件，其吸收光能而产生输入电压，该输入电压与输入电流具 有对应关系；功率输出级电路，接收该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，其接受一预定电压，并根 据(l)输入电压的变化方向与光能元件所产生功率的变化方向，或(2)输 入电流的变化方向与光能元件所产生功率的变化方向，而估算最佳电 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 出级的电压转换操作。上述实施例中，并不需要在启始状态中，先行精密计算电压一电流曲线的最佳功率点；其最佳电压点的调整始点，仅需从一个大略值 起始即可。该大略电压值，例如可从所述预定电压值经简单的电路分 压产生，即可；而该预定电压，例如可为一固定电压，或从该光能元 件产生，或从一组参考光能元件取得，而不必经过任何复杂计算。此 外，上述实施例亦不需要精密计算光能元件所产生功率的确实数值， 而仅需知悉其变化方向；因此，可以使用精简的功率计、或使用仅估 算功率趋势的功率趋势计，只需得知目前功率正在上升或正在减少即 可，甚至在某些应用中可使用电流侦测电路，以电流值来代表功率。此外，在本专利技术另外的实施例中，提供了一种从光能元件萃取电 能的方法，包括以下步骤提供一参考电压，此参考电压为该光能元 件之断路电压之70%至90%;将该光能元件的输出电压与该参考电压 相比较，以将该光能元件的输出电压控制在接近该参考电压值；以及 从该光能元件萃取电能。又，在本专利技术的另外的实施例中，提供了一种计算光能元件最佳 电压点的方法，包括以下步骤提供一预定之参考电压起始值；估算 该光能元件输出电压的变化方向；估算该光能元件输出功率的变化方 向；将上述两方向互相比较，当两者同向时，调高该参考电压；当两 者反向时，调降该参考电压；以及，以调整后的参考电压作为最佳电 压点。又，在本专利技术的另外的实施例中，提供了一种计算光能元件最佳 电压点的方法，包括以下步骤提供一预定的参考电压起始值；估算 该光能元件输出电流的变化方向；估算该光能元件输出功率的变化方 向；将上述两方向互相比较，当两者同向时，调降该参考电压；当两 者反向时，调高该参考电压；以及，以调整后的参考电压作为最佳电 压点。附图说明 图1标出光能元件在相同光能下的电压一电流关系图。 图2为现有技术之光能电路的示意电路图。 图3为本专利技术第一实施例的示意电路图。 图4为本专利技术第二实施例的示意电路图。图5为本专利技术第三实施例的示意电路图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景萌，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]