专利名称：电源控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种电源控制装置及方法，尤指一种藉由模拟电路实现最大功率点追踪的电源控制装置及方法。
背景技术：
太阳能板或风力发电模块等发电组件的跨压与发电功率存在一特性曲线。每一特性曲线存在一最大功率点，且在不同参数之下，会有大幅度的变化。因此，发电系统须随时改变发电组件的跨压，使其发电效率随时维持最高。请参考图1，图1为一太阳能板(photovoltaic，PV)的特性曲线图。Y轴为太阳能板的功率(power)P，而X轴则为太阳能板的跨压Vp。如图1所示，跨压Vp与功率P之间存在一最大功率点。由于此曲线会随不同的日照、温度而大幅度变化，因此，发电系统需要具有一最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)功能的电源控制装置，来追踪一最大功率点MPP所对应的跨压Vp,使太阳能板的发电效率得以随时维持最高。传统上，最大功率点追踪的实现方式大部分是利用数字信号处理器(Digital Signal ftOcessor，DSP)来实现。然而，由于一般电源控制装置的输入及输出信号皆为模拟信号，因此，输入至数字信号处理器之前需要模拟至数字转换器(A/D Converter)，而从数字信号处理器输出亦需要数字至模拟转换器(D/AConverter)。此外，数字信号处理器还需要锁相回路(Phase Lock Loop, PLL)电路来进行信号同步。请参考图2，图2为公知以数字信号处理器实现的一最大功率点追踪装置20的功能方块图。最大功率点追踪装置20包含有模拟至数字转换器21及22、一数字信号处理器 23、一锁相回路电路M及一数字至模拟转换器25。如图所示，最大功率点追踪装置20是通过模拟至数字转换器21及22，将发电组件的一电压信号V及一电流信号I转为数字信号。 接着，经由数字信号处理器23进行内部运算之后，通过数字至模拟转换器25输出-模拟控制信号。如此一来，发电系统的一电压转换器(图未绘出)可根据模拟控制信号，改变发电组件的跨压，而达到其最大功率点。然而，以数字方式实现最大功率点追踪的缺点为成本较高、功率损失较大，且分辨率会受模拟至数字转换器及数字至模拟转换器的限制。此外，使用者无法将其视为一离散组件购买，而增加系统实现上的困难。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种藉由模拟电路实现最大功率点追踪的电源控制装置及方法。本发明公开一种电源控制装置，用来追踪一发电组件的一最大功率点。该电源控制装置包含有一感测单元、一取样与保持单元、一比较与判断单元及一电压转换器。该感测单元耦接于该发电组件，用来根据该发电组件的一跨压及一输出电流，产生一电压感测值及一功率感测值。该取样与保持单元耦接于该感测单元，用来取样与保持该电压感测值与该功率感测值。该比较与判断単元耦接于该取样与保持単元及该感测単元，用来根据该取 样与保持単元所输出对应于一先前时点的该电压感测值及该功率感测值，及该感测单元所 输出对应于ー当前时点的该电压感测值及该功率感测值，产生一判断結果。该电压转换器 耦接于该比较与判断単元及该发电组件，用来根据该判断結果，调整该发电组件的该跨压， 使该发电组件达到该最大功率点。本发明另公开ー种电源控制方法，用来追踪ー发电组件的一最大功率点。该方法 包含有下列步骤感测该发电组件的一跨压与ー输出电流，以产生一电压感测值及一功率 感测值；取样与保持该电压感测值与该功率感测值；根据在一先前时点所取样与保持的该 电压感测值与该功率感测值，以及在一当前时点所感测的该电压感测值与该功率感测值， 产生ー判断結果；以及根据该判断結果，调整该发电组件的该跨压，使该发电组件达到该最 大功率点。在此配合下列附图、实施例的详细说明及权利要求书，将上述及本发明的其它目 的与优点详述于后。
图1为一太阳能板的特性曲线图。图2为公知以数字信号处理器实现的一最大功率点追踪装置的功能方块图。图3为本发明一电源控制装置的示意图。图4为本发明实施例一电源控制装置的示意图。图5说明了图4判断単元的一判断流程。图6为本发明实施例的一电源控制流程的示意图。其中，附图标记说明如下Vp跨压V电压信号Vvp、Vvp-电压感测值Vpp、Vpp-功率感测值Vip电流感测值I电流信号Io输出电流Is感测电流MPP最大功率点P功率Sl判断结果R1、R2电阻Rs感测电阻Rc电流至电压转换器Q1、Q2比较结果20最大功率点追踪装置21、22模拟至数字转换器23数字信号处理器M锁相回路电路25数字至模拟转换器30、40电源控制装置300发电组件31感测单元32取样与保持単元33比较与判断単元34电压转换器412电压感测电路414电流感测电路416乘法器418转导放大器422、似4取样与保持电路 432、4；34比较器
436判断单元50判断流程502 516步骤60电源控制流程600 650步骤
具体实施例方式请参考图3，图3为本发明一电源控制装置30的示意图。电源控制装置30用来追踪一发电组件300的一最大功率点。发电组件300可以是一太阳能板或一风力发电模块， 其特性曲线存在一最大功率点，且在不同参数之下会有大幅度的变化，如图1所示。电源控制装置30包含有一感测单元31、一取样与保持单元32、一比较与判断单元33及一电压转换器34。感测单元31耦接于发电组件300，用来根据发电组件300的一跨压Vp及一输出电流Io，产生一电压感测值Vvp及一功率感测值Vpp。取样与保持单元32耦接于感测单元 31，用来取样与保持电压感测值Vvp与功率感测值Vpp。比较与判断单元33耦接于取样与保持单元32及感测单元31，用来根据取样与保持单元32所输出对应于一先前时点的电压感测值Vvp-及功率感测值Vpp-，以及感测单元31所输出对应于一当前时点的电压感测值 Vvp及功率感测值Vpp，产生一判断结果Sl。电压转换器34耦接于比较与判断单元33及发电组件31，用来根据判断结果Si，调整发电组件31的跨压Vp，使发电组件31达到最大功率点ο因此，电源控制装置30是通过取样与保持先前时点的电压感测值Vvp-及功率感测值Vpp-，以与当前时点的电压感测值Vvp及功率感测值Vpp进行比较，并判断此时发电组件300的跨压Vp须升高或降低，而达到最大功率点追踪的目的。如此一来，本发明可藉由模拟方式实现最大功率点追踪，而改善公知技术的缺点。关于电源控制装置30的详细实施方式，请继续参考以下说明。请参考图4，图4为本发明实施例一电源控制装置40的示意图。电源控制装置40 为图3电源控制装置30的一实现电路，因此，以相同符号表示与图3相对应的组件。当然， 本领域普通技术人员亦可根据实际需求，对电源控制装置40作适当地修饰与变化，而不限于此。在电源控制装置40中，感测单元31更包含有一电压感测电路412、一电流感测电路 414及一乘法器416。电压感测电路412耦接发电组件300，用来感测发电组件300的跨压 Vp,以产生一电压感测值Vvp。如图所示，电压感测电路412可以藉由电阻Rl及R2组成的一分压电路实现。电流感测电路414耦接于发电组件300，用来感测输出电流Io，以产生一电流感测值Vip。乘法器416则耦接于电压感测电路412及电流感测电路414，用来对电压感测值Vvp及电流感测值Vip进行一乘法运算，以产生一功率感测值Vpp。如图所示，电流感测电路414更包含有一感测电阻Rs、一转导放大器418及一电流至电压转换器Re。感测电阻Rs串接于发电组件300，用来感测发电组件300的输出电流 Ιο。转导放大器418具有一正输入端及一负输入端，分别耦接于感测电阻Rs的两端，用来对感测电阻Rs两端的一电压差，进行一转导放大操作，以产生一感测电流Is。电流至电压转换器Rc则由一电阻实现，耦接于转导放大器418，用来对感测电流Is进行一电流至电压转换操作，以产生电流感测值Vip。取样与保持单元32包含有取样与保持电路422及424，分别用来对电压感测值 Vvp与功率感测值Vpp进行取样与保持。如此一来，比较与判断单元33便可通过取样与保持单元32所输出对应于一先前时点的电压感测值Vvp-及功率感测值Vpp-，以及感测单元 31所输出对应于一当前时点的电压感测值Vvp及功率感测值Vpp，产生判断结果Si。如图所示，比较与判断单元33更包含有比较器432、4；34及一判断单元436。比较器432耦接于取样与保持电路422及电压感测电路412，用来根据取样与保持电路422所输出对应于先前时点的电压感测值Vvp-与电压感测电路412所输出对应于当前时点的电压感测值Vvp，产生一第一比较结果Ql。比较器434耦接于取样与保持电路似4及乘法器 416，用来根据取样与保持电路4M所输出对应于先前时点的功率感测值Vpp-与乘法器416 所输出对应于当前时点的功率感测值Vpp，产生一第二比较结果Q2。判断单元436则耦接于比较器432及434，用来根据第一比较结果Ql及第二比较结果Q2，产生判断结果Si。如此一来，电压转换器34可根据判断结果Si，调整发电组件300的跨压Vp，使发电组件300达到最大功率点。若电源控制装置40是用于一直流电源供应系统，则电压转换器34为一直流对直流转换器，其对发电组件300的跨压Vp进行一直流至直流电压转换操作，以产生一电源电压Vo至后级负载。一般来说，直流对直流转换器可通过一脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)操作，调整其输入或输出的电压准位。举例来说，电压转换器34可根据判断结果Si，调整内部开关的工作周期(duty cycle)，以控制发电组件 300的输出电流Io对其内部电容或电感充电的时间，而改变输入电压(即跨压Vp)的电压准位。相关操作为本领域普通技术人员所熟知，于此不在赘述。请继续参考图5，图5说明了图4判断单元436的一判断流程50。首先，判断单元 436输出判断结果Sl的一初始值，以控制电压转换器34提高发电组件300的跨压Vp (步骤 502)。当然，在其它实施例中，初始条件亦可设计为降低发电组件300的跨压Vp，而不限于此。接着，判断单元436判断第一比较结果Ql及第二比较结果Q2的逻辑状态(步骤504至 508)。若当前时点的电压感测值Vvp大于先前时点的电压感测值Vvp-，且当前时点的功率感测值Vpp亦大于先前时点的电压感测值Vpp-，则第一比较结果Ql及第二比较结果Q2皆为高逻辑状态，代表前次提高跨压Vp的结果会使发电组件300的功率增加。在此情形下， 判断单元436判断目前功率点位于图1最大功率点MPP的左侧，而产生提高跨压VP的判断结果Sl (步骤510)。若当前时点的电压感测值Vvp大于先前时点的电压感测值Vvp-，而当前时点的功率感测值Vpp小于先前时点的电压感测值Vpp-，则第一比较结果Ql为高逻辑状态，而第二比较结果Q2为低逻辑状态，代表前次提高跨压Vp的结果会使发电组件300的功率降低。在此情形下，判断单元436判断目前功率点位于图1最大功率点MPP的右侧，而产生降低跨压 Vp的判断结果Sl (步骤512)。若当前时点的电压感测值Vvp小于先前时点的电压感测值Vvp-，而当前时点的功率感测值Vpp大于先前时点的电压感测值Vpp-，则第一比较结果Ql为低逻辑状态，而第二比较结果Q2为高逻辑状态，代表前次降低跨压Vp的结果使得发电组件300的功率增加。在此情形下，判断单元436判断目前功率点位于图1最大功率点MPP的右侧，而产生降低跨压 Vp的判断结果Sl (步骤514)。若当前时点的电压感测值Vvp小于先前时点的电压感测值Vvp-，且当前时点的功率感测值Vpp亦小于先前时点的电压感测值Vpp-，则第一比较结果Ql与第二比较结果Q2 皆为低逻辑状态，代表前次降低跨压Vp亦会降低发电组件300的功率。在此情形下，判断 8单元436判断目前功率点位于图1最大功率点MPP的左侧，而产生提高跨压Vp的判断结果 Sl (步骤 516)。因此，藉由反复地执行判断流程50，电源控制装置40可根据判断结果Si，提高或降低发电组件300的跨压Vp，而使发电组件300的功率得以锁定在最大功率点附近，而达到最大功率追踪的效果。请参考图6。图6为本发明实施例的一电源控制流程60的示意图。电源控制流程 60是上述电源控制装置30及40的一操作流程，其包含有下列步骤步骤600:开始。步骤610 感测发电组件300的跨压Vp与输出电流Io，以产生电压感测值Vvp及功率感测值Vpp。步骤620 取样与保持电压感测值Vvp与功率感测值Vpp。步骤630 根据在先前时点所取样与保持的电压感测值Vvp-与功率感测值Vpp-， 以及在当前时点所感测的电压感测值Vvp与功率感测值Vpp，产生判断结果Si。步骤640 根据判断结果Si，调整发电组件300的跨压Si，使发电组件300达到最大功率点。步骤650:结束。根据电源控制流程60，本发明是通过取样与保持先前时点的电压感测值Vvp-及功率感测值Vpp-，以与当前时点的电压感测值Vvp及功率感测值Vpp进行比较，并据以判断此时发电组件300的跨压Vp须升高或降低，而达到最大功率点追踪的目的。电源控制装置 30及40的详细运作方式已于上述说明，于此不再赘述。综上所述，本发明提出一模拟式最大功率点追踪的实现方式，用以改善以数字信号处理器实现的缺点。此方法并不限定用于太阳能发电系统，其亦可使用于其它须追踪最大功率点的系统，如风力发电系统等。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种电源控制装置，用来追踪一发电组件的一最大功率点，其特征在于，该电源控制装置包含有一感测单元，耦接于该发电组件，用来根据该发电组件的一跨压及一输出电流，产生一电压感测值及一功率感测值；一取样与保持单元，耦接于该感测单元，用来取样与保持该电压感测值与该功率感测值；一比较与判断单元，耦接于该取样与保持单元及该感测单元，用来根据该取样与保持单元所输出对应于一先前时点的该电压感测值及该功率感测值，及该感测单元所输出对应于一当前时点的该电压感测值及该功率感测值，产生一判断结果；以及一电压转换器，耦接于该比较与判断单元及该发电组件，用来根据该判断结果，调整该发电组件的该跨压，使该发电组件达到该最大功率点。
2.如权力要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该感测单元包含有一电压感测电路，耦接于该发电组件，用来感测该跨压，以产生该电压感测值； 一电流感测电路，耦接于该发电组件，用来感测该输出电流，以产生一电流感测值；以及一乘法器，耦接于该电压感测电路及该电流感测电路，用来对该电压感测值及该电流感测值进行一乘法运算，以产生该功率感测值。
3.如权力要求2所述的电源控制装置，其特征在于，该电压感测电路是一分压电路。
4.如权力要求2所述的电源控制装置，其特征在于，该电流感测电路包含有 一感测电阻，串接于该发电组件，用来感测该输出电流；一转导放大器，具有一正输入端及一负输入端，分别耦接于该感测电阻的两端，用来对该感测电阻两端的一电压差，进行一转导放大操作，以产生一感测电流；以及一电流至电压转换器，耦接于该转导放大器，用来对该感测电流进行一电流至电压转换操作，以产生该电流感测值。
5.如权力要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该比较与判断单元包含有一第一比较器，耦接于该取样与保持单元及该感测单元，用来根据该取样与保持单元所输出对应于该先前时点的该电压感测值与该感测单元所输出对应于该当前时点的该电压感测值，产生一第一比较结果；一第二比较器，耦接于该取样与保持单元及该感测单元，用来根据该取样与保持单元所输出对应于该先前时点的该功率感测值与该感测单元所输出对应于该当前时点的该功率感测值，产生一第二比较结果；以及一判断单元，耦接于该第一比较器及该第二比较器，用来根据该第一比较结果及该第二比较结果，产生该判断结果。
6.如权力要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该比较与判断单元是于该当前时点的该电压感测值大于该先前时点的该电压感测值，而该当前时点的该功率感测值亦大于该先前时点的该电压感测值时，产生用来提高该跨压的该判断结果。
7.如权力要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该比较与判断单元是于该当前时点的该电压感测值大于该先前时点的该电压感测值，而该当前时点的该功率感测值小于该先前时点的该电压感测值时，产生用来降低该跨压的该判断结果。
8.如权力要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该比较与判断单元是于该当前时点的该电压感测值小于该先前时点的该电压感测值，而该当前时点的该功率感测值大于该先前时点的该电压感测值时，产生用来降低该跨压的该判断结果。
9.如权力要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该比较与判断单元是于该当前时点的该电压感测值小于该先前时点的该电压感测值，而该当前时点的该功率感测值亦小于该先前时点的该电压感测值时，产生用来提高该跨压的该判断结果。
10.如权力要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该电压转换器另用来对该跨压进行一直流至直流电压转换操作，以产生一电源电压。
11.如权力要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该电压转换器是通过一脉冲宽度调制操作，调整该发电组件的该跨压。
12.如权力要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该发电组件是一太阳能板。
13.如权力要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该发电组件是一风力发电模块。
14.一种电源控制方法，用来追踪一发电组件的一最大功率点，其特征在于，该方法包含有感测该发电组件的一跨压与一输出电流，以产生一电压感测值及一功率感测值；取样与保持该电压感测值与该功率感测值；根据在一先前时点所取样与保持的该电压感测值与该功率感测值，以及在一当前时点所感测的该电压感测值与该功率感测值，产生一判断结果；以及根据该判断结果，调整该发电组件的该跨压，使该发电组件达到该最大功率点。
15.如权力要求14所述的电源控制方法，其特征在于，感测该发电组件的该跨压与该输出电流的步骤，包含有根据该跨压，产生该电压感测值；根据该输出电流，产生一电流感测值；以及对该电压感测值及该电流感测值进行一乘法运算，以产生该功率感测值。
16.如权力要求14所述的电源控制方法，其特征在于，根据在该先前时点所取样与保持的该电压感测值与该功率感测值，以及在该当前时点所感测的该电压感测值与该功率感测值，产生该判断结果的步骤，包含有比较在该先前时点所取样与保持的该电压感测值与在该当前时点所感测的该电压感测值，以产生一第一比较结果；比较在该先前时点所取样与保持的该功率感测值与在该当前时点所感测的该功率感测值，以产生一第二比较结果；以及根据该第一比较结果及该第二比较结果，产生该判断结果。
17.如权力要求14所述的电源控制方法，其特征在于，根据在该先前时点所取样与保持的该电压感测值与该功率感测值，以及在该当前时点所感测的该电压感测值与该功率感测值，产生该判断结果的步骤，包含有于该当前时点的该电压感测值大于该先前时点的该电压感测值，而该当前时点的该功率感测值亦大于该先前时点的该电压感测值时，产生用来提高该跨压的该判断结果。
18.如权力要求14所述的电源控制方法，其特征在于，根据在该先前时点所取样与保持的该电压感测值与该功率感测值，以及在该当前时点所感测的该电压感测值与该功率感测值，产生该判断结果的步骤，包含有于该当前时点的该电压感测值大于该先前时点的该电压感测值，而该当前时点的该功率感测值小于该先前时点的该电压感测值时，产生用来降低该跨压的该判断结果。
19.如权力要求14所述的电源控制方法，其特征在于，根据在该先前时点所取样与保持的该电压感测值与该功率感测值，以及在该当前时点所感测的该电压感测值与该功率感测值，产生该判断结果的步骤，包含有于该当前时点的该电压感测值小于该先前时点的该电压感测值，而该当前时点的该功率感测值大于该先前时点的该电压感测值时，产生用来降低该跨压的该判断结果。
20.如权力要求14所述的电源控制方法，其特征在于，根据在该先前时点所取样与保持的该电压感测值与该功率感测值，以及在该当前时点所感测的该电压感测值与该功率感测值，产生该判断结果的步骤，包含有于该当前时点的该电压感测值小于该先前时点的该电压感测值，而该当前时点的该功率感测值亦小于该先前时点的该电压感测值时，产生用来提高该跨压的该判断结果。
21.如权力要求14所述的电源控制方法，其特征在于，另包含有对该跨压进行一直流至直流电压转换操作，以产生一电源电压。
22.如权力要求14所述的电源控制方法，其特征在于，调整该发电组件的该跨压的步骤包含有通过一脉冲宽度调制操作，调整该发电组件的该跨压。
23.如权力要求14所述的电源控制方法，其特征在于，该发电组件是一太阳能板。
24.如权力要求14所述的电源控制方法，其特征在于，该发电组件是一风力发电模块。
全文摘要
本发明公开了一种电源控制装置，用来追踪一发电组件的一最大功率点，其包含有一感测单元、一取样与保持单元、一比较与判断单元及一电压转换器。该感测单元用来根据该发电组件的一跨压及一输出电流，产生一电压感测值及一功率感测值。该取样与保持单元用来取样与保持该电压感测值与该功率感测值。该比较与判断单元用来根据该电压感测值及该功率感测值在一先前时点与一当前时点的大小，产生一判断结果。该电压转换器用来根据该判断结果，调整该发电组件的该跨压，使该发电组件达到该最大功率点。
文档编号G05F1/67GK102375467SQ20101025899
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者谢致远 申请人:联咏科技股份有限公司