[發明專利]具有自動歸零校準功能的模擬光能電路

無效

• 申請號: 201310418950.1
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103677065A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 劉景萌
• 申請（專利權）人: 立锜科技股份有限公司
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳肖梅;謝麗娜

技術領域

本發明涉及一種光能電路(Photovoltaic?Power?Circuit)，例如太陽能電池(Solar?Cell?Battery)，特別是指一種以模擬元件制作且具有自動歸零校準功能的的光能電路，其電路結構遠較數字光能電路精簡。

背景技術

應對能源危機以及全球能源庫存量不足的問題，目前已有越來越多的先進國家投入研究太陽能電池。太陽能電池屬于光能電路的一種，其基本原理是利用半導體PN二極管接面的特性，當該二極管接面接收到光能時，可將其轉換成電能，并利用該電能對電池充電，以產生電力。二極管產生電能的V-I（電壓－電流）關系如圖1所示，其中實線表示電壓與電流的關系，虛線表示電壓與電流的乘積，亦即功率(power)。圖中假設所接收到的光能不變，故僅顯示一條曲線，但若接收到的光能產生變化時，曲線也會相應變化。

如圖1所示，最大電壓點Voc位于斷路位置，最大電流點Isc位于短路位置，但若欲取得最大的能量輸出，則最佳輸出點并非位于最大電壓或最大電流處，而是位于電能曲線的最佳功率輸出點(Maximum?Power?Point,MPP)，其對應的電壓與電流分別為Vmpp與Impp。且由于所接收到的光能經常并非定值，因此，在現有技術中，通常必須設計復雜精密的數字電路，以供計算所萃取的電能是否位于該光能下的最佳功率輸出點(以下簡稱MPP)。

現有技術數字光能電路的一例可參照美國專利第6984970號，該案所公開的電路大致如圖2所示，其中光能元件(photovoltaic?device)2所產生的輸入電壓Vin，通過一個功率輸出級(power?stage)3進行電壓轉換后成為輸出電壓Vo，對負載4進行供電，該負載4例如可以是一個充電電池，而功率輸出級3則例如可以是升壓電路、降壓電路、反壓電路、返馳電路等。為了使功率輸出級3能適切地在MPP處萃取電能，電路中設有一個數字控制器5，此數字控制器5中的數字計算模塊51（其例如為數字微控制器）根據輸入電壓Vin的數值與萃取電流i的數值，不斷進行相乘以計算MPP，并根據MPP計算最佳電壓值Vmpp。所計算出的最佳電壓值Vmpp再與輸入電壓Vin進行比較，以令控制電路52產生訊號，決定如何控制功率輸出級3。圖2所示的電路，其數字控制器5的設計十分復雜，所需的晶體管元件數目相當大，并且需要模擬數字轉換器(ADC)來擷取電壓電流信號，因此不但增加設計上的困難，且也勢必提高電路的整體成本。

另一現有技術公開于美國專利申請公開案第2006/0164065號，該案僅概略說明其包含“搜尋(search)”和“擺動(dithering)”兩個模式，在啟始的搜尋模式中先掃描(sweep)整個電壓－電流曲線，以從其中找到MPP，接著才進入正常工作模式（擺動模式），在此模式中根據該MPP點的電流值操作，并進行間歇性地取樣更新（以上內容例如可參考該案說明書第8段、第10段、第33段、第5圖，等等）。然而，對于如何達成掃描步驟，該案并未詳細公開電路細節。

雖然該案并未詳細公開電路細節，但由其所說明的搜尋模式與掃描步驟，可看出該案即使不進行電壓－電流值的乘算（事實上在該案中無法看出如何省略電壓－電流值的乘算步驟），也勢必需要用到許多輔助數字電路如內存或緩存器、以及比較器之類，否則無法選擇并紀錄最佳功率點MPP。不但其電路相當復雜，而且掃描步驟會占據電路的有效工作時間；如在啟始時間之外，因光源劇烈變化造成光能元件脫離原有的電壓－電流曲線，則該案必須重新啟始搜尋模式與掃描步驟，效率并不理想。

簡言之，上述美國專利申請公開案第2006/0164065號必須使用復雜的電路，先找到MPP點后，才能進入擺動模式中進行較簡單的模擬電路操作，因此，并不理想。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足和缺陷，提出一種以模擬元件制作的光能電路，以解決前述問題。