专利名称：功率追踪装置及功率追踪方法
技术领域：
本发明涉及一种电子技术，且特别是有关于一种功率追踪技术。
背景技术：
由于环保意识抬头，近几年来绿色能源发展与应用更趋频繁且成熟，许多如建筑与消费电子产品也尝试与绿色能源做结合，像是太阳能笔记型电脑(solar notebook)等产品O 可携式电子产品结合太阳能电池与一般建筑式太阳能的差别，在于可携式的产品具有可携带特性。而因环境迅速变化，太阳能电池将面临光强度的忽强忽弱。此时，太阳能电池也需有迅速面临变化的能力。太阳能发电是一个非稳定电源，会受周遭环境光影响。太阳能板的最大功率输出点非为稳定值，其会随着环境光强度变化而有所变化，如何取得太阳能电池最大功率输出也是一大课题。在太阳能电池最大功率追踪所使用的方法中，最常见的方法为“锁定最大功率点”以及“动态扰动追踪法”。对于锁定最大功率法，虽然做法简单，但相对仅能对某单一光照情况做最佳控制，欠缺随着环境变化改变输出。而对于动态扰动追踪法，虽然会有较佳的控制，但因追踪过程需要微控制器做逻辑判断，由于微控制器消耗的功率较高，造成使用情境上的限制，此外，会有所耗时间较长等缺点。由此可见，上述现有的功率追踪方式，显然仍存在不便与缺陷，而有待加以进一步改进。为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的方式被发展完成。因此，如何能解决能源端(如太阳能电池...等不稳定能源)应用在3C产品上所面临的环境急速变化，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前相关领域亟需改进的目标。
发明内容
因此，本发明的一态样是在提供一种功率追踪装置与功率追踪方法，以解决能源端应用在3C产品上所面临的环境急速变化，而达到有效应变措施。依据本发明一实施例，一种功率追踪装置包括一功率电压设定电路、一开关。一切换信号电路与一记忆电压电路。开关的第一端连接一能源端而第二端连接该功率电压设定电路，切换信号电路用以发送一控制信号给该开关。当该开关接收该控制信号而将该能源端与该功率电压设定电路电性隔离时，记忆电压电路用以记录该能源端的开路电压并基于该开路电压而输出一设定电压，当该开关接收该控制信号而将该能源端与该功率电压设定电路电性接合时，该功率电压设定电路用以设定该能源端的输出电压与该设定电压相符。记忆电压电路包含防逆装置、电容器与分压电路。防逆装置，用以将开路电压保存在电容器中；分压电路，连接电容器，用以将开路电压分压成设定电压。上述的分压电路包含第一电阻器与第二电阻器。第一电阻器的一端连接电容器的一端，而电容器的另一端接地；第二电阻器的一端串接第一电阻器的另一端，而第二电阻器的另一端接地。上述的能源端可为一太阳能板，第一、第二电阻器中有一者为一光敏电阻器。或者或再者，第一、第二电阻器中有一者为一数字电阻器，数字电阻器依据一查找表中开路电压所对应的最大功率点电压而调整其电阻值。上述的分压电路所分压的比例取决于能源端在不同工作环境下各开路电压及对应的最大功率点电压之间的平均比例值。 上述的功率电压设定电路包含比较器与输出电路。比较器，具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，第一输入端接收设定电压，第二输入端连接开关的第二端；输出电路，连接输出端，用以输出能源端的输出电压。当第一输入端的电压值高于第二输入端的电压值时，比较器输出产生控制信号以将能源端与功率电压设定电路电性隔离；当第一输入端的电压值低于第二输入端的电压值时，比较器输出控制信号以将能源端与功率电压设定电路电性接合。依据本发明另一实施例，一种功率追踪方法，包含下列步骤发送一控制信号给一开关，开关的第一端连接一能源端而第二端连接一功率电压设定电路；当开关接收一控制信号而将能源端与功率电压设定电路电性隔离时，记录能源端的开路电压并基于开路电压而输出一设定电压；发送一控制信号给开关；当开关接收控制信号而将能源端与功率电压设定电路电性接合时，由功率电压设定电路设定能源端的输出电压与设定电压相符。上述的基于开路电压而输出设定电压的步骤包含经由电性分压方式将开路电压分压成设定电压。上述的能源端为一太阳能板，功率追踪方法可更包含依据太阳能板当前的照度来调整电性分压的比例。上述的功率追踪方法可更包含依据一查找表中开路电压所对应的最大功率点电压之间的关系，设定电性分压的比例。上述的能源端可为一太阳能板，电性分压的比例取决于太阳能板在不同照度下各开路电压及对应的最大功率点电压之间的平均比例值。上述的功率电压设定电路包含一比较器与一输出电路，比较器的第一输入端接收设定电压而第二输入端连接开关的第二端，输出电路连接比较器的输出端，功率追踪方法更包含当第一输入端的电压值高于第二输入端的电压值时，产生控制信号以将能源端与功率电压设定电路电性隔离；反之，当第一输入端的电压值低于第二输入端的电压值时，产生控制信号以将能源端与功率电压设定电路电性接合。依据本发明又一实施例，一种功率追踪装置包括一功率电压设定电路、一开关与一记忆电压电路。开关的第一端连接一能源端而第二端连接该功率电压设定电路，并根据一控制信号开启或关闭。记忆电压电路用以记录该能源端的开路电压并基于该开路电压而输出一设定电压至该功率电压设定电路。上述的记忆电压电路包含防逆装置、电容器与分压电路。防逆机制，连接该能源端及该电容器，用以将开路电压保存在电容器中；分压电路连接电容器。上述的分压电路包含第一电阻器与第二电阻器。第一电阻器的一端连接电容器的一端，而电容器的另一端接地；第二电阻器的一端串接第一电阻器的另一端，而第二电阻器的另一端接地。上述的能源端可为一太阳能板，第一、第二电阻器中有一者为一光敏电阻器。或者或再者，第一、第二电阻器中有一者为一数字电阻器。上述的能源端可为一太阳能板。上述的功率电压设定电路包含比较器与输出电路。比较器，具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，第一输入端接收设定电压，第二输入端连接开关的第二端；输出电路，连接比较器的输出端。综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。通过·上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优
占-
^ \\\ ·I.对环境变化做相对应的改变控制；以及2.可以以不需要复杂的逻辑运算方式，达到接近最大功率工作点。以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说·明如下图I是依照本发明一实验例所绘示的一种太阳能电池在不同照度下的电流-电压曲线；图2是依照本发明一实验例所展列出依太阳能电池在不同强度的环境光下的特性曲线；图3是依照本发明一实验例所绘示的太阳能电池在不同照度下的功率损耗图表；图4是依照本发明另一实验例所绘示的太阳能电池在不同照度下的功率损耗图表;图5是依照本发明一实施例的一种功率追踪装置的方块图；以及图6是依照本发明一实施例所绘示的图5的功率追踪装置的电路图。其中，附图标记100:功率追踪装置110:功率电压设定电路112:比较器113 :第一输入端114:第二输入端115:输出端116:输出电路120 :开关121 :第一端122 :第二端130:记忆电压电路132:分压电路140:切换信号电路200:能源端C:电容器D :防逆装置Rl :第一电阻器R2 :第二电阻器
具体实施方式
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的元件。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。在实施方式与申请专利范围中,涉及“稱接(coupled with) ”的描述,其可泛指一元件通过其他元件而间接连接至另一元件，或是一元件无须通过其他元件而直接连接至另一兀件。在实施方式与申请专利范围中，除非内文中对于冠词有所特别限定，否则“一”与“该”可泛指单一个或多个。
本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”用以修饰任何可些微变化的数量，但这种些微变化并不会改变其本质。在实施方式中若无特别说明，则代表以“约”、“大约”或“大致”所修饰的数值的误差范围一般是容许在百分之二十以内，较佳地是于百分之十以内，而更佳地则是于百分五之以内。图I是依照本发明一实验例所绘示的一种太阳能电池在不同照度下的电流-电压曲线。如图I所示，开路电压(V。。)与最大功率点电压(Vmp)之间有一 K倍差异，亦即V。。=KXVmp，而此差异与太阳能电池的种类、并联电阻、串联电阻有关，其中开路电压(V。。)即为当太阳能电池的电流为零时的电压，另外，短路电流为当太阳能电池的电压为零时的电流。而太阳能电池在不同光照度下，其K值也非为固定值，K值的变动则与太阳能电池的材料与内部结构有关系。如图2所示，图2是依照本发明一实验例所展列出依太阳能电池在不同强度的环境光下的特性曲线。由此可以得知，该种太阳能电池在低照度下可以保持高K值；而在高照度下，则其K指数则会相对降低。而K值如前面所提，不同的太阳能电池会有不同相对应的K值状态，无法单一论定。而在已知太阳能的电性曲线情况下，取一 K值做预设值(例如在此取平均值K =68% )，则太阳能电池将会在开路电压的68%状况下进行工作。也就是说，太阳能电池虽然在不同的光照度下，都仍以68 %的当作是工作条件。虽然由图2所示，该组太阳能电池在不同的光照条件下，其K值是不稳定的。而在固定某一点当作工作点后，其最大功率理应相差甚远，但再参阅图3示后，可以清楚发现情况似乎比预测来的更好。在图3中，白色直条的部份为采用K = 68%后得到的功率值，而斜线部分则为K = 68%所造成的功率损耗。而以整体来看，在采用K = 68%情况下，我方可以借此得到大于八成以上的功率，这在实作上，有相当的可参考性。而K值并非一定只能固定在K = 68%，实作上可以利用已知的电性曲线下，选取更适合的条件，如下一实验例所示。在该实验例中，改为采取K = 60%当作是工作点，也就是说，在该工作条件下，太阳能电池在不同的光环境下，都会使输出的电压为开路电压的60%。在如此条件下，太阳能电池的电性则会如图4所示。由图4可以得知，整体可得到的能源为最大功率点八成以上。此效果会在某些特定状况下比K = 68%来的低,但以真正的功率损耗来看,功率损失可以从45mW降低至8mW,可以有效减低在强光下的能量损失效果。因此在已知电性特性下，搭配适合的工作点，可以有效的加强太阳能能源的取得。在此逻辑架构下，本发明的技术态样是一种功率追踪装置，其可应用在太阳能装置，或是广泛地运用在各类能源端。值得一提的是，本技术态样的功率追踪装置可以以不需要复杂的逻辑运算方式，达到接近最大功率工作点。以下将搭配图5 图6来说明功率追踪装置的整体架构。图5是依照本发明一实施例的一种功率追踪装置100的方块图。如图5所示，功率追踪装置100包括功率电压设定电路110、开关120与记忆电压电路130。在结构上，开关120的第一端121连接能源端200，开关120的第二端122连接功率电压设定电路110。在使用时，开关120用以根据一控制信号而开启或关闭；记忆电压电路130用以记录能源端200的开路电压并基于该开路电压而输出一设定电压至功率电压设定电路110 (即开路电压XK=设定电压)，功率电压设定电路110得以设定能源端200的输出电 压与该设定电压相符。通过上述设定的方式，可在变动的环境下追踪到较好的工作点。为了发出控制信号以启闭开关120，功率追踪装置100包括切换信号电路140。在结构上，切换信号电路140电性耦接开关120。在使用时，首先，切换信号电路140用以发送一控制信号给开关120，当开关120接收该控制信号而将能源端200与功率电压设定电路110电性隔离时，记忆电压电路130用以侦测且记录能源端200的开路电压，并基于该开路电压而输出一设定电压。然后，切换信号电路140再发送一控制信号给开关120，当开关120再次接收该控制信号而将能源端200与功率电压设定电路110电性接合时，功率电压设定电路110用以设定能源端200的输出电压与该设定电压相符。通过上述控制信号的两次发送方式，第一次得以让记忆电压电路130输出较适合的设定电压，而第二次得以让能源端200的输出电压与该设定电压相符。为了对功率追踪装置100做更具体的阐述，参照图6，图6是依照本发明一实施例所绘示的图5的功率追踪装置100的电路图。如图6所示，记忆电压电路130包含防逆装置D、电容器C与分压电路132。应了解到，虽然图6将防逆装置D绘示成齐纳二极管，然此并非用以限制本发明，实务上，防逆装置D亦可为一般二极管、双极性结型晶体管(BJT)、金属氧化物半导体(MOS)、或其他适合的防逆机制、或上述的组合电路，熟悉本领域技术人员当视当时需要弹性选择之。在结构上，防逆装置D连接能源端200，电容器C连接防逆装置D，分压电路132连接电容器C。在使用时，防逆装置D用以将能源端200的开路电压保存在电容器C中，使电容器C得以储存能源端200的开路电压，分压电路132用以将开路电压分压成上述的设定电压。通过电性分压方式，即可依K值分压而输出所谓的设定电压。分压电路132包含第一电阻器Rl与第二电阻器R2。在结构上，第一电阻器Rl的一端连接电容器C的一端，而电容器C的另一端接地；第二电阻器R2的一端串接第一电阻器Rl的另一端，而第二电阻器R2的另一端接地。借此，可分配第一、第二电阻器Rl、R2的电阻值，使Rl电阻值/(Rl电阻值+R2电阻值)=K值。实务上，能源端200可为一太阳能板,第一、第二电阻器Rl、R2中有一者为一光敏电阻器。在使用时，在不同照度下，光敏电阻器有不同的电阻值，借以对光线变化做相对应的改变分压比例。或者或再者，第一、第二电阻器Rl、R2中有一者为一数字电阻器，数字电阻器依据一查找表中开路电压(V。。)所对应的最大功率点电压(Vmp)而调整其电阻值。举例来说，查找表中可记载不同照度下各开路电压及各开路电压所对应的最大功率点电压，例如图I所绘示的关系；数字电阻器可依记忆电压电路130储存的当前的开路电压，在查找表中找出该当前的开路电压对应的最大功率点电压，借以对光线变化而造成的开路电压变化做相对应的改变分压比例。在一实施例中，分压电路132所分压的比例取决于能源端200在不同工作环境下各开路电压及对应的最大功率点电压之间的平均比例值。举例来说，若能源端为一太阳能板，分压电路132所分压的比例取决于太阳能板在不同照度下各开路电压(V。。)及对应的最大功率点电压(Vmp)之间的平均比例值(即，不同照度下K值的平均值)。在图6中，功率电压设定电路110包含比较器112与输出电路116。比较器112具 有第一输入端113、第二输入端114与输出端115。在结构上,第一输入端113电性稱接分压电路132 ;第二输入端114连接开关120的第二端122 ;输出电路116连接比较器112的输出端115。在使用时，比较器112的第一输入端113用以接收上述的设定电压，输出电路116用以输出能源端200的输出电压。当第一输入端113的电压值高于第二输入端114的电压值时，比较器112产生控制信号以将能源端200与功率电压设定电路110电性隔离；当第一输入端113的电压值低于第二输入端114的电压值时，比较器112产生控制信号以将能源端200与功率电压设定电路110电性接合。通过上述切换的机制，使得能源端200的输出电压与该设定电压大致相同。综合以上，本发明的另一技术态样是一种功率追踪方法，其包含下列步骤(a)发送一控制信号给一开关120，开关120的第一端121连接一能源端200而第二端122连接一功率电压设定电路110 ;(b)当开关120接收一控制信号而将能源端200与功率电压设定电路110电性隔离时，记录能源端200的开路电压并基于该开路电压而输出一设定电压；(c)发送一控制信号给开关120 ;当开关120接收控制信号而将能源端200与功率电压设定电路110电性接合时，由功率电压设定电路110设定能源端200的输出电压与设定电压相符。步骤(b)包含经由电性分压方式将开路电压分压成设定电压。若能源端200为一太阳能板，功率追踪方法可更包含依据太阳能板当前的照度来调整电性分压的比例，借以对光线变化做相对应的控制。上述的功率追踪方法亦可包含依据一查找表中开路电压所对应的最大功率点电压之间的关系，设定电性分压的比例，借以对光线变化而造成的开路电压变化做相对应的控制。若能源端200为一太阳能板，电性分压的比例取决于太阳能板在不同照度下各开路电压及对应的最大功率点电压之间的平均比例值(即，不同照度下K值的平均值)。功率追踪方法更包含当比较器112的第一输入端113的电压值高于比较器112的第二输入端114的电压值时，产生控制信号以将能源端200与功率电压设定电路110电性隔离；反之，当第一输入端113的电压值低于第二输入端114的电压值时,产生控制信号以将能源端200与功率电压设定电路110电性接合。通过上述切换的机制，使得能源端200的输出电压与该设定电压大致相同。当然，本发明还可有其它多种实施例，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
1.一种功率追踪装置，其特征在于，包含 一功率电压设定电路； 一开关，其第一端连接一能源端而第二端连接该功率电压设定电路； 一切换信号电路，用以发送一控制信号给该开关；以及 一记忆电压电路，用以当该开关接收该控制信号而将该能源端与该功率电压设定电路电性隔离时，记录该能源端的开路电压并基于该开路电压而输出一设定电压，当该开关接收该控制信号而将该能源端与该功率电压设定电路电性接合时，该功率电压设定电路用以设定该能源端的输出电压与该设定电压相符。
2.根据权利要求I所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该记忆电压电路包含 一电容器； 一防逆装置，用以将该开路电压保存在该电容器中；以及 一分压电路，连接该电容器，用以将该开路电压分压成该设定电压。
3.根据权利要求2所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该分压电路包含 一第一电阻器，其一端连接该电容器的一端，其中该电容器的另一端接地；以及 一第二电阻器，其一端串接该第一电阻器的另一端，而该第二电阻器的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该能源端为一太阳能板，该第一、第二电阻器中有一者为一光敏电阻器。
5.根据权利要求3所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该第一、第二电阻器中有一者为一数字电阻器，该数字电阻器依据一查找表中该开路电压所对应的最大功率点电压而调整其电阻值。
6.根据权利要求2所述的功率追踪装置，其特征在于，该分压电路所分压的比例取决于该能源端在不同工作环境下各开路电压及对应的最大功率点电压之间的平均比例值。
7.根据权利要求I所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该功率电压设定电路包含 一比较器，具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，该第一输入端接收该设定电压，该第二输入端连接该开关的第二端；以及 一输出电路，连接该输出端，用以输出该能源端的输出电压， 其中当该第一输入端的电压值高于该第二输入端的电压值时，该比较器输出控制信号以将该能源端与该功率电压设定电路电性隔离；当该第一输入端的电压值低于该第二输入端的电压值时，该比较器输出控制信号以将该能源端与该功率电压设定电路电性接合。
8.—种功率追踪方法，其特征在于，包含 发送一控制信号给一开关，该开关的第一端连接一能源端而第二端连接一功率电压设定电路； 当该开关接收一控制信号而将该能源端与该功率电压设定电路电性隔离时，记录该能源端的开路电压并基于该开路电压而输出一设定电压； 发送一控制信号给该开关； 当该开关接收该控制信号而将该能源端与该功率电压设定电路电性接合时，由该功率电压设定电路设定该能源端的输出电压与该设定电压相符。
9.根据权利要求8所述的功率追踪方法，其特征在于，其中基于该开路电压而输出该设定电压的步骤包含经由电性分压方式将该开路电压分压成该设定电压。
10.根据权利要求9所述的功率追踪方法，其特征在于，其中该能源端为一太阳能板，该功率追踪方法还包含 依据该太阳能板当前的照度来调整该电性分压的比例。
11.根据权利要求9所述的功率追踪方法，其特征在于，还包含 依据一查找表中该开路电压所对应的最大功率点电压之间的关系，设定该电性分压的比例。
12.根据权利要求9所述的功率追踪方法，其特征在于，其中该能源端为一太阳能板，该电性分压的比例取决于该太阳能板在不同照度下各开路电压及对应的最大功率点电压之间的平均比例值。
13.根据权利要求8所述的功率追踪方法，其特征在于，其中该功率电压设定电路包含一比较器与一输出电路，该比较器的第一输入端接收该设定电压而第二输入端连接该开关的第二端，该输出电路连接该比较器的输出端，该功率追踪方法还包含 当该第一输入端的电压值高于该第二输入端的电压值时，产生该控制信号以将该能源端与该功率电压设定电路电性隔离；以及 当该第一输入端的电压值低于该第二输入端的电压值时，产生该控制信号以将该能源端与该功率电压设定电路电性接合。
14.一种功率追踪装置，其特征在于，包含 一功率电压设定电路； 一开关，其第一端连接一能源端而第二端连接该功率电压设定电路并根据一控制信号开启或关闭；以及 一记忆电压电路，用以记录该能源端的开路电压并基于该开路电压而输出一设定电压至该功率电压设定电路。
15.根据权利要求14所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该记忆电压电路包含 一电容器； 一防逆机制，连接该能源端及该电容器，用以将该开路电压保存在该电容器中；以及 一分压电路，连接该电容器。
16.根据权利要求15所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该分压电路包含 一第一电阻器，其一端连接该电容器的一端，其中该电容器的另一端接地；以及 一第二电阻器，其一端串接该第一电阻器的另一端，而该第二电阻器的另一端接地。
17.根据权利要求16所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该能源端为一太阳能板，该第一、第二电阻器中有一者为一光敏电阻器。
18.根据权利要求16所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该第一、第二电阻器中有一者为一数字电阻器。
19.根据权利要求15所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该能源端为一太阳能板。
20.根据权利要求14所述的功率追踪装置，其特征在于，其中该功率电压设定电路包含 一比较器，具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，该第一输入端接收该设定电压，该第二输入端连接该开关的第二端；以及一输出电路， 连接该比较器的输出端。
全文摘要
一种功率追踪装置与功率追踪方法在此公开，其中的功率追踪装置包括功率电压设定电路、开关与记忆电压电路。开关的第一端连接能源端而第二端连接该功率电压设定电路，并根据一控制信号开启或关闭。记忆电压电路用以记录该能源端的开路电压并基于该开路电压而输出设定电压至该功率电压设定电路。
文档编号G05F1/67GK102681588SQ20121013520
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者刘育荣, 吴唯诚, 张钧杰, 曾任培, 林亭均, 涂峻豪, 萧雅之, 詹仁宏, 龚国森 申请人:友达光电股份有限公司