专利名称：转换电路以及包含有这种转换电路的电子系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转换电路以及包含有这种转换电路的电子系统。
背景技术：
随着使用可再生能源的观念逐步加深，光电面板在近些年来得到了大力发展，借以减小因二氧化碳排放而产生的有害的温室效应。同时，对于像风能或热电能这种可再生能源也一样地受到关注。这是因为，上述能源都具有特殊的性质，其中它们所提供的电能会按照所接受的自然现象而产生很大的改变。此外，光电发电机是一种特性为I = f(u)的高度非线性发电机。因此，对于相同的亮度值而言，所提供的电能会因负载不同而改变。因此，这种能源的效率，即通过光电电池所传送的电能不仅取决于白天在日光中的暴露程度，而且还取决于例如因遮蔽物、云彩或其他天气现象而对阳光产生的遮挡程度。为了对通过这些能源所产生的能量进行传送，可在能量采集源的输出端使用直流-直流转换器。其中，这种直流-直流转换器是一种斩波转换器，这种斩波转换器用于升高或是降低通过电源所传送的电压。通常，这种直流-直流转换器具有一个电源选择开关， 具体而言，这种开关可以是一种用于向输出电路传送电能的晶体管(例如，MOSFET型晶体管，JFET型晶体管或BJT型晶体管)，借以向输出电路传送电能。但是，另一方面，这些开关也会成为能源获取损失的源头，进而在整体上影响到能源的获取效率。具体而言，应注意到这些电子组件中的电阻性损失与开关损失。同时，如果这种直流-直流转换器是为较大的电流而设计的，则需要配置大型的电源选择开关。但是，当电能利用率较低时，开关作业的动态能耗会使系统的整体效率降低。如果直流-直流转换器是为较小的电流而设计的，则需要配置小型的电源选择开关。但是，当电能利用率较高时，这些选择开关会展现出主要的电阻性损耗，进而使系统的整体效率降低。因此，目前所面临的问题是在对电源开关的尺寸进行选择时，需要找到一种适当的折中方案。此外，在另一方面，当多个光电电池连接一个负载，例如一个耗电设备(如连接于一个传感器或再次连接于一个需要进行充电的电池)时，实际上这种光电池传送至负载的电能通常不能对应于可通过此电池所能传送的最大功率。同时，在使用风能时也应注意类似的问题。而这种问题不仅可使电池效率因较弱的太阳光照而下降，同时低于这种电池势能表现的作业饱和点也会对电池的效率产生副作用。因此，为了克服上述缺陷并使所产生的能量尽可能地靠近最佳工作点，人们已于1968年开发出用于执行名为最大功率点跟踪法的电路。这种方法可以在非线性电源与任意负载之间提供更好的连接。进而，这些设计出的电路用于使发电机，如光电电池在最大功率点上进行工作，进而产生更高的效率。因此，大功率点跟踪控制器可对及连接于负载(如电池)与光电面板相连的静态转换器，借以稳定地向负载提供最大功率。根据扰动观测法可为最大功率点的追踪提供几种已知的方法。在光电效应的应用过程中，对于固定电压Ul而言，可对通过发电机所传送的对应功率Pl进行测量，而后可在某个时间周期内规定U2 = Ul+△ U并对相应的功率P2进行测量。进而，如果功率P2大于功率Pl，则使U3 = U2+AU，否则则令U3 = U2-AU。但是，这种方法暗示出需要对电流进行测量并且必须使用能量值不可忽略的主要耗电电源。因此，在大型光电设备中，必须专门用一小组电池来提供最大功率点跟踪电路所需的电能。但是，在微电子系统中，例如在独立性传感器中，由于对于所需空间及重量的限制较大，所以这种方法是无法使用的。同时，需要尽可能地使系统具有较小的尺寸，借以提高独立性。常常，人们不希望出现其他占用驱动电池的最大功率点跟踪电路。同时，不需要驱动电池的最大功率点跟踪电路可根据以固定频率在光电面板到电路其它部分的断开过程中对开路内进行的电压采样而对开路电压进行测量。而后，此系统再次将光电面板连接于考虑了新的最优参数的收集电路。但是，这种方案会使能源收集过程经常发生中断，进而在需要独立性的微电子系统中不会使用上述方案。在信息技术中，美国专利申请US2006/0038543描述了一种直流-直流转换电路， 这种电路使用了大小可变功率开关来进行调整，进而减小开关所造成的损耗。但是，上述申请文件中所述的电路适用于由功耗所确定并符合负载需要的环境。 因此，这种电路不适用于可在所传送电能中存在大量波动的电源。
发明内容
本发明旨在至少部分地克服上述缺陷。本发明的一个目的在于寻求一种消除转换电路能耗的途径。本发明的另一个目的在于寻求如何在大体上减小系统空间需求，具体而言此发电机的尺寸(例如，光电面板或风力发电机的尺寸以及备用存储器如电池或超级电容的尺寸)的同时对能源采集进行优化处理。为此，本发明的一方面提供了一种连转换电路，所述转换电路连接于在电能传送过程中具有大量波动的电源，这种转换电路包含有具有变化的占空比的斩波电路，此斩波电路包含有大小可变斩波开关以及连接于电源的输入端；至少一个第一输出电路，此第一输出电路通过第一大小可变开关连接于斩波电路的输出端；以及控制电路，用于首先对斩波电路之所述工作周期进行控制，而后对作为通过电源进行传送电能的函数的大小可变斩波开关与第一大小可变开关的大小进行控制。此外，这种控制电路可用于对作为所述占空比(α)的函数的所述大小可变斩波
6开关与所述第一大小可变开关的大小进行控制。在本发明的另一方面，这种控制电路会执行最大功率点跟踪法。这种最大功率点跟踪法可通过控制电路予以执行，其中，这种控制电路可用于依照所述电源的电压变化而确定最大功率点。而在本发明的又一个方面，每一个大小可变开关都包含有至少两个独立的开关， 其中可使这些独立的开关相互并联，同时依据来自所述控制电路的命令选择性地分别使这些开关进行作业。在本发明第一改变实施例中，各个开关可具有相同的大小。在本发明第二改变实施例中，各个开关可具有逐渐增大的大小。在后一种情况中，可是各个开关的大小以2为倍数递增。在本发明另一方面，控制电路用于命令增大作为通过所传送电能增大值的函数的大小可变开关的尺寸。同时，还可使控制电路用于控制作为通过电源进行传送的电能的设定值的预定范围的函数的大小可变斩波开关与第一大小可变开关17的尺寸。其中，这种控制电路还用于按非连续方式对斩波电路进行控制。在本发明的另一方面，这种转换电路还包含有第二输出电路，此第二输出电路用于通过第二大小可变开关连接于斩波电路的输出端，并且其中控制电路用于控制作为第一输出电路的输出电源的设定值的范围的函数的第一大小可变开关的开关作业与第二大小可变开关的开关作业。其中，第一输出电路可连接于在电压设定值范围内进行工作的电性负载，并且其中第二输出电路连接于一个蓄电池。同时，控制电路包含有迟滞比较器，此迟滞比较器具有一个输入端，连接于第一输出电路；另一个输入端，连接于伏基准电压源，输出端，连接于控制命令产生器的控制单元的输入端，同时，命令产生器的两个输出端分别连接于第一大小可变开关的开关作业与第二大小可变开关，进而分别对第一大小可变开关的开关作业与第二大小可变开关进行驱动。此外，这种蓄电池可以是可再次充电的微型电池。同时，此输出电路可包括低通滤波器。在本发明的另一方面，其中所述控制电路还用于在相隔预定时间的两个工作周期中，确定电源端口处的电压；计算出相隔预定时间的两个工作周期的电压差值；对当前的电压差值与之前所获得的电压差值进行比较；以及同时作为比较结果的函数的预定量使占空比发生变化。此外，如果在预定作业中所获得的电压差小于前一次作业中所获得的电压差，则控制电路用于使占空比按预定量增大。如果在预定作业中所获得的电压差大于前一次作业中所获得的电压差，则控制电路用于使占空比按预定量减小。而在不具有涵盖性的实例中，斩波电路包含有电能收集电感以及通过控制电路进行控制的至少一个大小可变斩波开关。在本发明第一变体实施例中，可在升压结构中布置电能收集电感与大小可变斩波开关。而在本发明另一变体实施例中，可在降压结构中布置电能收集电感与大小可变斩波开关。这里，控制电路可包含有用于感测电能收集电感的零电流点传感器，借以触发对第一大小可变开关与第二大小可变开关中至少一个开关所进行的控制。本发明的另一目的在于提供一种电力系统，包含至少一个电源，具有大量波动； 以及至少一个与电源相连的如前所述的转换电路。依据这种电力系统的一个或多个特性，可以采用下列元件或组合包含有至少一个光电电池的电源；包含有至少一个风能发电机的电源；包含有至少一个热电元件的电源。同时，其中每一个电源的输出端连接于相关转换电路的输入端，而转换电路的每一个第二输出电路都包含有超级电容。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为具有本发明第一实施例中转换电路的电力系统的示意图；图2为本发明实施例中大小可变开关的电路图；图3为最大功率点追踪法的流程图；图4为本发明第二实施例中转换电路的电力系统的示意图；图5为本发明第二实施例中以时间为函数的转化电路的电晶体控制电压的曲线图；以及图6为本发明另一实施例中电力系统的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述图1为电力系统1的示意图，此电力系统1包括转换电路2以及连接于此转换电路2的电源3。其中，存在所传送电能的主要波动的电源3可以是，例如太阳能电池或太阳能面板、热电元件或者是一台风能发电机，具体而言此电源3是一个小型发电单元。这里，术语“主要波动”应理解为可达到通过此电源3所传送的最低电能值至最高电压值间差值的百分之一的波动。其中，电源3的输出端5可通过由电容所形成的低通滤波器7连接于转换电路2 的输入端9。同时，此转换电路2具有斩波电路11，其中作为转换电路2的输入端9的斩波电路输入端连接于所述电源3。这里，斩波电路11包含有一个电能收集电感12以及至少一个大小可变斩波开关 13。在图1中，可在升压结构(也被称为提升结构)中布置电能收集电感12与可变大小斩波开关13。换而言之，此电感的输入端连接于电源3，而此电感12的输出端可在可变大小斩波开关13处于“开启”的状态下与接地端相连，借以在电感12周围建立起磁场。例如，这种斩波频率可为200千赫。虽然图中并未示出，但是在本发明一个变体实施例中，可依照电压递减结构配置电感12与可变大小斩波开关13。同时，这种转换电路还可包含有第一输出电路14。在电路上游，此第一输出电路14可通过第一大小可变开关17连接于斩波电路11 的输出端19。而在电路的下游，此第一输出电路14可通过低通滤波器21连接于电性负载23，其中此电性负载23属于电力系统1并在预订的电压值设定范围内进行工作。为了对转换器的电能消耗进行优化处理，可令大小可变斩波开关13与第一大小可变开关17都是大小可变开关。举例来说，图2示出了可变大小开关的一个可能的实施例。因此，图1所示出的可变大小斩波开关13或第一大小可变开关17可对应于图2 所示出的一组平行连接的开关。例如，可变大小斩波开关13或第一大小可变开关17可包含有至少两个(图中示出了三个)独立的开关130、132与134，其中并联地安装这些独立的开关，同时以命令为函数分别对控制这些开关的工作。这里，可使这些独立的开关130、132与134具有相同的大小，即使用相同的开关。因此，如果需要使用小型开关，则开关具有较低的开关损失以及较大的电阻损失， 而后可以仅使这些独立开关中的一个开关处于开启状态。而当需要使用大型开关时，开关具有较低的电阻损失以及较大的开关损失，而后可使部分开关甚至所有开关同时处于开启状态。在本发明的一种变化实施例中，可使这些独立的开关130、132与134按尺寸大小依次增加的顺序进行排列，具体而言，以2为倍数依次递增，即开关134的大小是开关132 大小的两倍，而开关132的大小是开关130大小的两倍。因此，可通过恰当地组合这些开关来扩展范围，同时使开关切换至“开启”状态。其中，可通过控制电路51驱动转换电路2。同时，控制电路51可具有一个控制单元53，此控制单元用于先对斩波电路11与大小可变开关13的占空比进行控制，再对第一大小可变开关的开关作业进行控制，下文将对此过程进行详述。因此，控制单元包含有一个脉冲宽度调节输出端，借以对发电机进行控制，进而对可变大小斩波开关13及第一大小可变开关17(也可被称为方向传送逻辑电路或死时区控制逻辑电路)进行控制。对于大小可变开关13而言，必须注意这里要使用NMOS型晶体管，其中，NMOS晶体管的基极通过缓冲器13A连接至命令产生器55的输出端。对于大小可变开关17而言，需使用PMOS型晶体管，并使PMOS的基极缓冲器17A 连接于命令产生器55的输出端。同时，控制电路51还包含有用于确定两个连续的时刻上所述电源端口电压的装置。为此，例如本发明实施例使用了一个模数转换器57，其中，此模数转换器的一个输入端连接于输出端5，而此模数转换器的一个输出端连接于控制单元53的相应单元。具体来说，对于第一大小可变开关17的控制而言，控制电路51具有零电流点传感器59，借以确定经过电能收集电感12的电流是否已经消失，进而此零电流点传感器59可向控制单元53的相应输入端传送信号。虽然附图并未示出，但在本发明另一个变化实施例中，可以想到用具有很低电压阈值的二极管替代这种零电流点传感器，并使此二极管与开关并联。 在操作过程中，此控制单元53可对命令产生器55进行控制，借以在可变大小斩波开关13关闭(开启)时，使第一大小可变开关17开启(关闭)；而在第一大小可变开关17 关闭(开启)时，使可变大小斩波开关13开启(关闭)。因此，在给定的时间点上，可变大小斩波开关13与第一大小可变开关17中只有一个开关处于开启状态。此外，在工作的不连续模式中，即在电能收集电感12中周期性消除电流的情况下，可通过此控制电路对斩波电路11下达命令。下面，将对图1所示的转换电路2进行描述。其中，控制电路51首先对斩波电路11的占空比α进行控制，然后再将大小可变开关13与第一大小可变开关17的尺寸作为通过电源3所传送功率的函数。此处，需要注意的是通过电源3所传送功率与占空比α间的比率。实际上，所传送的功率可对应占空比而增大。因此，控制电路51用于使大小可变开关13与第一大小可变开关17的尺寸作为通过电源3所传送功率的函数而增长，或是仅作为占空比α的函数而增长。对于执行过程而言，例如，此控制电路51可使大小可变开关13与第一大小可变开关17的尺寸作为通过电源3所传送功率的设定值的预定范围的函数。此外，为了适应大小可变开关13与第一大小可变开关17的尺寸，可是电源3 —直围绕着最大功率点进行作业。事实证明采用依据最大功率点跟踪法确定占空比α的组合方式会获得很多优势，进而可在最佳功率点上拓展功率，并可使用这一优化占空比借以对大小可变开关13与第一大小可变开关17的尺寸进行控制。为此，本发明的发明人注意到作为占空比的函数电源3的工作电源的导数在最大功率点附近具有最大值。因此，对电压导数的最大值进行跟踪也就相当于对最大功率点进行跟踪。因此，正如所看到的，如果仅有少量能源可以利用，则对电压进行简单测量并执行耗能较少的减法作业与比较作业可使转换电路2围绕具有很多优势的最大功率点进行工作。此外，上述方法还可在减小开关元件损耗的同时执行指定的测量工作。为此，控制电路53可通过下列方法使斩波电路11的占空比α作为所述电源的电压变化量的函数(工作周期的函数的导数)，这些方法包含在具有预定间隔的两个工作周期中确定电源的端口的电源；对具有预定间隔的两个工作周期中确定电源的端口的电源的差值进行计算；将此电压差值与预先获得的电压差进行比较；以及使通过预定数量的工作周期的改变作为比较结果的函数。
图3具体地描述了这些不同的步骤。在初始化步骤200中，可将占空比α设定为预定值，例如，可是α = 0. 5并确定电源3端口处的电压VS(a)。而后，可通过预定量Δ α使工作周期发生变化，同时可再次确定所述电源3端口处的电压VS ( α + Δ a)。进而，计算出两个电源间差值的绝对值AViniS = | VS ( a )-VS ( α + Δ a )在另外的实施例中，也可将AViniS设定为预定的值。而后，通过启动循环使实际的控制循环产生功效。在步骤202中，对于循环k(k为整数)而言，确定电源3端口处的电压VS(Cik)。在步骤204中，可计算出循环k与循环k-Ι中所测得的电压差的绝对值。Δ VS (k) = |VS(a k)_VS(a k_l) |，其中 | (a k)_(a k_l) = Δ a而后，在步骤206中，可将此电压差AVS(k)与先前获得的电压差AVS(k_l)进行比较。进而，根据上述比较结果，控制单元53可在步骤208中使工作周期按占空比Δ a
产生变化。因此，在与先前确定作业中所获得的差值进行比较时，如果工作周期的上一次降低使电压差减小，则控制电路51可通过预定的占空比Δ α提高工作周期。换而言之，如果(ak)= (ak-D-Δ α 且 Δ VS (k) < AVS(k_l)，则(a k+1)= (a k) + Δ a。否则，此控制电路51可在与先前确定作业中所获得的差值进行比较时工作周期的上一次降低使电压差增大的情况下，可使工作周期降低预定的占空比Δ a。换而言之，如果(ak)= (ak-l) + A α 且 Δ VS (k) < AVS(k_l)，则(a k+1)= (a k) - Δ a。而后，在步骤208中，操作过程可回到步骤202。因此，此转换电路可围绕最大功率点进行震荡，进而回到电源可用功率的最高水平。其中，工作周期的最大功率点追踪频率或更新频率，即用于执行步骤202至步骤 208的频率为十赫兹左右，例如16赫兹。此处，可在使频率适合大小可变开关13与第一大小可变开关17的尺寸的同时使频率符合最大功率点追踪频率。同时，需要注意占空比Δ α越小，进行工作的电路越靠近最大功率点。在这种状况中，可以选择更高的更新频率，借以在工作条件发生改变时更快地符合工作周期。如上所述，当可变大小斩波开关13关闭时，第一大小可变开关17开启，同时电感可以使用由电源3所提供的电流，借以形成磁场。而后，可开启可变大小斩波开关13，并直接向电性负载23提供电能。因此，这种输出电路14可像电压调节器一样与斩波电路11 一起工作。而当可变大小斩波开关13开启时，若输出电压包含于输出电压的预定值范围内， 则可以开启第一大小可变开关17。
下面，结合图4对本发明另一实施例。其中，图4所示实施例与图1所示实施例的差异在于转换电路2具有第二输出电路15。其中，当第一输出电路连接于电性负载23，借以直接消耗电能，同时第二输出电路 15连接于蓄电池四，借以对连续的电能能耗进行储存。此处，可增大所述电源3所提供的电能。在电路上游，第二输出电路15可通过第二大小可变开关25连接于斩波电路11的输出端19。在电路下游，此第二输出电路15可通过低通滤波器27连接于属于电力系统1的蓄电池。其中，蓄电池四可是电容、超级电容、电池、微型电池或者迷你电池。如图4所示，为了将受到控制的功率提供到位于蓄电池四下游的电性负载31，可以使用直流-直流电源调节器33。此时，若蓄电池四为电池、微型电池或迷你电池，则可在低通滤波器27与蓄电池 20之间配置充电电路，并依据电池技术的相应条件对电池进行充电，进而避免产生受热损耗和/或过早的损耗。在本发明第一变体实施例中，电性负载31与电性负载23是相同的。在这种状况中，当通过电源3所产生的电能无法充分地为电性负载23直接提供电能时，蓄电池四可为电性负载23提供电能。因此，在作为电源3的光电电池中，即使在夜晚或是阳光很弱，如阴天时也可使用。在本发明第二变体实施例中，电性负载31与电性负载23是不相同的，并且对对应于不同的耗电设备。此处，可以容易地理解，对可变大小斩波开关13、第一大小可变开关17及蓄电池四的功率消耗进行整体控制是非常重要的，并且可以假设增加了开关的数量以及每一个充电/放电循环中开关作业的次数。进而，可将可变大小斩波开关13、第一大小可变开关17 及第二大小可变开关25的大小作为通过电源3进行传送电能的函数和/或工作周期的函数，特别是按最大功率点追踪法确定的工作周期的函数而执行进一步的控制。同时，这也证明了对于转换电路2的整体效率进行优化处理是重要的。其中，第一大小可变开关17与第二大小可变开关25处于开启状态还是处于关闭状态决定了斩波电路11的输出端19是直接连接于电性负载23还是直接连接于蓄电池四。 其中，控制电路51具有迟滞比较器61，其中此迟滞比较器61具有连接于第一输出电路14 的一个输入端；连接于伏基准电压源63的另一输入端；以及连接于控制单元53输入端的输出端。在操作过程中，此控制单元53可对命令产生器55进行控制，借以在可变大小斩波开关13关闭(开启)时，使第一大小可变开关17开启(关闭)；而在第一大小可变开关17 关闭(开启)时，使可变大小斩波开关13开启(关闭)。因此，在给定的时间点上，可变大小斩波开关13与第一大小可变开关17中只有一个开关处于开启状态。而其他时间，两开关处于关闭状态。下面，将对图4所示的转换电路2进行详尽的描述。
其中，图4所示的转换器可如图1所示的电路一样，在最大功率点附近进行工作。因此，转换电路2可在最大功率点附近进行震荡，借以在电源处收集最大的功率。如上所述，当可变大小斩波开关13关闭时，第一大小可变开关17与第二大小可变开关25是开启的，并且电感可以使用有电源3所提供的电流，进而形成磁场。而后，可以开启可变大小斩波开关13，同时通过开启第一大小可变开关17或者通过此电能存储于蓄电池四中以备后续的电能消耗直接向电性负载23提供电能。这里，可使输出电路14与斩波电路11 一同进行作业，借以作为电压调节器。因此，当开启可变大小斩波开关13时，若输出电压包含于输出电源的设定值范围内，则使第一大小可变开关17开启。这里，可以通过迟滞比较器61与伏基准电压源63对设定值的范围进行定义。而当输出电压超出设定值的范围时，控制单元53可从迟滞比较器61处接收相应的信号，并在可变大小斩波开关13保持开启时命令打开第二大小可变开关25。因此，可以优化地收集通过电源3所产生的电能，进而直接形成电性负载23的电力消耗或是对蓄电池四进行充电。下面，结合图5对本发明的工作过程进行描述。其中，曲线300、302及304分别示出了作为时间的函数的可变大小斩波开关13、第一大小可变开关17及第二大小可变开关25的控制电压。而在本发明实施例中，可将可变大小斩波开关13称为NMOS型晶体管，同时可将第一大小可变开关17与第二大小可变开关 25称为PMOS晶体管。同时，曲线306是出了输出端19的电流。因此，在时间槽308之中，可变大小斩波开关13、第一大小可变开关17与第二大小可变开关25的控制电压为高电平，这意味着作为NMOS型晶体管的可变大小斩波开关13 开启并可对电感进行充电，而此时作为PMOS型晶体管的第一大小可变开关17与第二大小可变开关25处于关闭状态。而后，在时间槽310中，可变大小斩波开关13与第一大小可变开关17的控制电压处于低电平，则意味着可变大小斩波开关13关闭，同时由于高电平可对第二大小可变开关25进行供电而使其处于开启状态，所以可以通过输出电路14使电感12进行放电(如曲线306所示)。其中，时间槽310的持续时间取决于输出电压是否包含于设定值的范围内。 因此，时间槽310的持续时间取决于通过电源所产生的电能以及由电性负载23所消耗的电流。而当输出电压超出输出电压设定值的范围且来自NMOS开关的输出电压保持低电平时，由于处在关闭状态，所以第一大小可变开关17在时间槽312中由导通变为关闭状态， 同时第二大小可变开关25变为开启状态，此时电感可向输出电路15放电，借以再次对蓄电池四进行充电。如果需要，则可通过调节器33方便地使用通过如电性负载31等设备存储于蓄电池四中的电能，下面将对这一过程进行详细地描述。图6为包含有多个光电池的电力系统的示意图，其中每一个观光电池都可包含有如图4所示的转换电路12。在这种情况中，可以连接多个第一输出电路14，借以提供稳定的本地能源供应。同时，转化电路2的每一个第二输出电路15都包含有超级电容以及直流-直流电源调节器 33。因此，由于这些电池是相互独立的，所以可对能量的收集进行优化处理，进而可防止电池，例如阴影中的电池，变成其他电池的负载，并防止能源的收集效率降低。此外，这种组件可使每个电池独立于其他光电电池而在其最大功率点进行工作。最后，当对超级电容进行有效地充电时，可通过调节器33对能量进行传送。因此，应当理解本发明实施例中的转换电路2可通过降低能源开过的损耗水平而对能源收集进行优化处理。同时，在电源的能量与消耗方面，这种电路的优点在于简化了电路的工作并具有较低的需求。具体而言，对于自动传感器来说，当电源不足以提供充足的能源或根本无法提供能量时，减小为传感器功能的电池的尺寸。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种转换电路，所述转换电路连接于在电能传送过程中具有大量波动的电源(3)， 其特征在于，所述转换电路包含有具有变化的占空比(α)的斩波电路(11)，所述斩波电路包含有大小可变斩波开关 (13)以及连接于所述电源(3)的输入端(9)；至少一个第一输出电路(14)，所述至少一个第一输出电路通过第一大小可变开关 (17)连接于所述斩波电路(11)的输出端(19)；以及控制电路(51)，用于首先对所述斩波电路的所述工作周期进行控制，而后对作为通过所述电源C3)进行传送电能的函数的所述大小可变斩波开关(1 与所述第一大小可变开关(17)的大小进行控制。
2.如权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述控制电路(51)用于对作为所述占空比(α)的函数的所述大小可变斩波开关(13)与所述第一大小可变开关(17)的大小进行控制。
3.如权利要求2所述的转换电路，其特征在于，所述控制电路(51)用于进行最大功率点追踪。
4.如权利要求3所述的转换电路，其特征在于，所述控制电路(51)根据所述电源(3) 的电压变化来确定所述最大功率点。
5.如上述权利要求1至4中任意一项所述的转换电路，其特征在于，所述大小可变斩波开关(13)与所述第一大小可变开关(17)中的每一个大小可变开关包含至少两个独立的开关(130、132、134)，所述至少两个独立的开关相互并联并分别依照从所处控制电路发出的命令进行开关作业。
6.如权利要求5所述的转换电路，其特征在于，所述开关(130、132、134)具有相同的大
7.如权利要求5所述的转换电路，其特征在于，所述开关(130、132、134)的大小逐渐增大。
8.如权利要求7所述的转换电路，其特征在于，所述开关(130、132、134)的大小以2为倍数倍增。
9.如上述权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述控制电路(51)用于命令增大作为通过所述电源C3)所传送电能增大值的函数的所述大小可变斩波开关(1 与所述第一大小可变开关(17)的尺寸。
10.如权利要求9所述的转换电路，其特征在于，所述控制电路(51)用于控制作为通过所述电源进行传送的电能的设定值的预定范围的函数的所述大小可变斩波开关(1 与所述第一大小可变开关(17)的尺寸。
11.如上述权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述控制电路用于按非连续方式对所述斩波电路进行控制。
12.如上述权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述转换电路还包含有第二输出电路(15)，所述第二输出电路用于通过第二大小可变开关05)连接于所述斩波电路(11) 的所述输出端(9)，并且其中所述控制电路用于控制作为所述第一输出电路(14)的输出电源的设定值的范围的函数的所述第一大小可变开关(17)的开关作业与所述第二大小可变开关05)的开关作业。
13.如上述权利要求12所述的转换电路，其特征在于，所述第一输出电路(14)连接于在电压设定值范围内进行工作的电性负载(23)，并且其中所述第二输出电路(15)连接于蓄电池(29) 。
14.如上述权利要求13所述的转换电路，其特征在于，所述控制电路(15)包含有迟滞比较器(61)，所述迟滞比较器具有一个输入端，连接于所述第一输出电路(14)；另一个输入端，连接于伏基准电压源(63)，输出端，连接于控制命令产生器(5 的控制单元(53)的输入端，同时，所述命令产生器的两个输出端分别连接于所述第一大小可变开关(17)的开关作业与所述第二大小可变开关(25)，进而分别对所述第一大小可变开关(17)的开关作业与所述第二大小可变开关0 进行驱动。
15.如上述权利要求12或13所述的转换电路，其特征在于，所述蓄电池为可再次充电的微型电池。
16.如上述权利要求12或13所述的转换电路，其特征在于，所述蓄电池为超级电容。
17.如上述权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述输出电路(14、15)包含有低通滤波器01、27)。
18.如权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述控制电路(51)还用于在相隔预定时间的两个工作周期中，确定所述电源端口处的电压；计算出相隔预定时间的两个工作周期的电压差值；对当前的所述电压差值与之前所获得的电压差值进行比较；以及同时作为比较结果的函数的预定量(Δα)使所述占空比(α)发生变化。
19.如权利要求18所述的转换电路，其特征在于，如果在预定作业中所获得的电压差小于前一次作业中所获得的电压差，则所述控制电路(51)用于使所述占空比(α)按所述预定量(△ α)增大。
20.如权利要求18所述的转换电路，其特征在于，如果在预定作业中所获得的电压差大于前一次作业中所获得的电压差，则所述控制电路(51)用于使所述占空比(α)按所述预定量(Δα)减小。
21.如权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述斩波电路包含有电能收集电感 (12)以及通过所述控制电路(51)进行控制的至少一个大小可变斩波开关(13)。
22.如权利要求21所述的转换电路，其特征在于，所述电能收集电感(12)与所述大小可变斩波开关(13)布置于升压结构中。
23.如权利要求21所述的转换电路，其特征在于，所述电能收集电感(12)与所述大小可变斩波开关(13)布置于降压结构中。
24.如权利要求21至23中任意一项所述的转换电路，其特征在于，所述控制电路包含有用于感测所述电能收集电感的零电流点传感器(59)，借以触发对所述第一大小可变开关(17)与所述第二大小可变开关05)中至少一个开关所进行的控制。
25.一种电力系统，其特征在于，包含至少一个电源(3)，具有大量波动；以及至少一个与所述电源⑶相连的如权利要求1所述的转换电路⑵。
26.如权利要求25所述的电力系统，其特征在于，所述电源(3)包括至少一个光电电池。
27.如权利要求25所述的电力系统，其特征在于，所述电源(3)包括至少一个风能发电机。
28.如权利要求25所述的电力系统，其特征在于，所述电源(3)包括至少一个热电元件。
全文摘要
本发明公开了一种转换电路，这种转换电路连接于在电能传送过程中具有大量波动的电源，此转换电路包含有具有变化的占空比的斩波电路，包含有大小可变斩波开关以及连接于电源的输入端；至少一个第一输出电路，可通过第一大小可变开关连接于斩波电路的输出端；以及控制电路，用于首先对斩波电路的工作周期进行控制，而后对作为通过电源进行传送电能的函数的大小可变斩波开关与第一大小可变开关的大小进行控制。
文档编号H02M3/10GK102270929SQ201110153620
公开日2011年12月7日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年6月4日
发明者华蒂斯裴葛·盖伊, 威尔铭·杰罗姆, 康德迈·希里尔 申请人:法国原子能源和替代能源委员会