CN203965988U - 电力调节器电路藉由非线性发电机以最大化功率的输出 - Google Patents

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Abstract

一电路从一可再生电源接收可变的电压和电流以及优化地加载电源至最大化功率，以输出至具有固定电压的一直流总线。一升压电路和同步整流器具有一可控制的工作周期，以从可再生电源来升压电压。一回馈控制电路感测输出电流和优化工作周期以最大化此输出电流，并因此而最大化输出功率。由于输送电流的精确测量是没有必要的，因而大大地减少复杂性和费用。电源能从直流总线被隔离，并且一电弧故障感测器能够确定一电弧的存在和关闭电力调节器，以防止由于电弧或火灾所造成的损害。

Description

电力调节器电路藉由非线性发电机以最大化功率的输出
交叉引用相关申请
本申请主张美国临时案的优先权，美国临时案的序列号为61/550,922并提交于2011年10月25日，名称为＂电力调节器电路藉由非线性发电机以最大化功率的输出＂其全部的内容被引用并入本文的参考文献。
技术领域
本公开一般地涉及于电力电子学的技术领域，以及在一示例性实施例中，本公开涉及一种用于一非线性发电机的电力调节的设备和系统。
背景技术
可再生能源，如具有非线性的功率输出特性的太阳能光电板和风力发电机，其相对应于最大功率输出既不是最大电压也不是最大电流。此外，这样的特征可以随着操作环境的改变而做改变，例如，当太阳能光电板被树或其他物体遮蔽时，或者随着改变风力等变化而进行驱动的风力发电机。这些可再生能源可以被称为无法控制能源的发电机(UncontrolledEnergy Power Generator,UEPG)。电子装置可以管理上述的元件(Device)，使得在所有的情况下仍能维持最大的功率输出。因为设备需要花费相较对高的成本来利用这些能源以及得到所需的最大化输出功率，所以从可再生能源来优化发电是重要的。
例如，监控太阳能光电板的输出以及计算太阳能光电板的输出电压乘以输出电流以求得输出功率，然而在此过程中电流和电压的精度量测是必需的。这反过来需要使用具有所需精度和速度的复杂和昂贵的电子设备。美国专利第6,844,739号提供更多公知太阳能光伏发电追踪系统的细节，美国专利第6,844,739号提交于2005年1月18日，名称为"最大功率点追踪的方法及装置"其全部的内容被引用并入本文的参考文献。
实用新型内容
本公开公开从可再生电源用以调节功率的电路和系统。电路从源极接收可变电压和电流，以及优化地加载电源至最大化功率以输出至具有固定电压的一直流总线。藉由工作周期控制器从可再生能源升压电压至直流总线的固定电压，以控制具有一可变工作周期的一升压电路和同步整流器。一回馈控制电路感测输出的负载电流，以及优化工作周期以最大化此输出电流，以及因而最大化该输出功率。感测电路依据于具有一单一极大值的可再生能源的输出功率与负载特性，所以在本公开中输出电流的精度量测是非必要的，而仅需一振幅和相位的相对量测，因此当提高可靠性和耐用性能同时大大地降低复杂性和成本费用。
在一实施例中，一隔离变压器用于从直流总线将可再生电源隔离。在另一实施例中，一电弧故障感测器确定一电弧的存在，例如，一管路以及中断或关闭电力调节器以防止由于电弧或火灾所造成的物理损害。
本公开所公开的系统和装置可以通过任何手段来实施，并且可以在机器-可读取媒体的形式下来执行以实施一组指令，当由机器执行时，机器能执行创作所公开的任何操作。从附图和详细描述中，本实施例中的其它特征将是显而易见的。
附图说明
附图由举例的方式来绘示举例的实施例而并非为限制的方式，其中相似的引用指示为相似的元件。
图1是根据至少一实施例绘示用于调节藉由可再生发电机所供给的电力的一系统的一功能方块图。
图2是根据至少一实施例的一电力调节器电路的一示意图。
图3是根据至少一实施例的用于峰值功率辨识的具有颤动以侦测斜率的输出功率相对于工作周期之图。
图4是根据至少一实施例绘示一工作周期调节系统。
图5是根据至少一实施例绘示一电力调节器和隔离系统。
图6是根据至少一实施例的具有多个平行耦接的可再生能源发电机的一模块化系统，其每一个都具有一本地电力调节器。
图7是根据至少一实施例的一操作的流程图藉由最大化输出电流来提供最大的输出功率。
从附图和下面的详细的描述，本实施例中的特征将是显而易见的。
具体实施方式
本公开公开的电力调节器电路的装置和系统。在下面的描述中，为了解释的目的而阐述许多具体的细节以便提供各种实施例的全面的理解。本公开将是显而易见的，对于本领域技术人员可以在没有这些具体细节的情况下实践各种实施例。从附图和下面的详细的描述，本实施例中的特征将是显而易见的。
图1是根据至少一实施例绘示用于连接具有一直流总线(DirectCurrent Bus,DC Bus)的一可再生能源的一系统的功能方块图。一可再生能源的电源102(Renewable-Energy Power Source)，亦称为一无法控制能源的发电机(Uncontrolled-Energy Power Generator,UEPG)，例如一太阳能光电板(Solar Photovoltaic Panel)、一造波机(Wave Generator)、风力发电机(WindTurbine)等被耦接至电力调节器104。而电力调节器104反之耦接至具有一固定电压的一直流总线106，如同藉由固定电压负载108耦接到电源102的设置，其为非线性的连接，因为随着负载的改变其输出电流和电压并不会发生线性变化。此外，电源102的输出电压、电流和功率随着情况的改变而变化，例如，太阳对于太阳能光电板，风对于风力发电机，波浪对于造波机等。为了从非线性的电源102输送功率至直流总线106，电力调节器104稳定电压以及最大化输出功率，如藉由将负载电流最大化。在电力调节器104中，最大电流管理器(Maximum Current Manager)105藉由调整非线性可再生的电源102的工作电点以最大化负载电流。负载电流从而作为电源的代理。因为一固定电压乘以一最大化的电流是一最大化的功率，所以输出至固定电压负载108的功率是一最大功率。在系统100上藉由划分管理电压和管理电流的任务给不同的负责装置，因而大大地简化每一负责装置的操作和复杂性，从而得到一更加具有成本效益、坚固和可靠的系统。最大电流管理器105和固定电压管理器独立地进行操作，而不需要藉由管理器或另一个电路来执行一功率计算(Power Calculation)。藉由避免功率计算，消除了复杂的理论计算电路和准确的感测装置，从而降低了成本和复杂性。因此本公开藉由控制一单一变量、多个变量以提供最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)。单一变量，如电流。多个变量，如电流和电压，其中亦包含输出功率。
藉由电力调节器104下沉一范围的负载电流，以使固定电压管理器109在直流总线106上维持一固定电压。在一实施例中藉由根据维持电压的需要而增加(Adding)或卸除(Shedding)负载以完成下沉功能(SinkingFunction)。储存功率的负载，例如电池、飞轮、热水槽，在由直流电源输出峰值功率的时间下，储存功率的负载是有用的负载槽(Useful Load Sinks)以维持固定的总线电压。消耗性的负载，例如，可选的或豪华的负载，在由直流电源减少功率输出的时间下，消耗性的负载是有用的负载(UsefulLoad)以将其拆卸用于维持固定总线电压。而美国申请序号61/489263提供更多关于电压管理器和固定电压负载的细节，其提交于2011年5月24日，名称为＂一种整合和管理替代能源、电网功率以及负载之间需求/响应的系统和方法＂其全部的内容被引用并入本文的参考文献。
现参阅图2，根据至少一实施例绘示一可再生电源以及一电力调节器电路的一示意图。来自可再生的电源102的功率，例如一太阳能光电板，其被传送至一直流总线106输出线。该输出线被控制在一大致固定的电压下，以对于下游电子装置(Downstream Electrical Devices)进行相容可靠的操作。例如，对于一48伏特的标称总线电压(Nominal Bus Voltage)，线电压能波动+/－1伏特或2％以维持在国家电气规定(National Electric Code,NEC)所规定的50伏特上限之下。在其它系统中，电压波动可以是0.1％至5％的任意位置，而这取决于该系统的灵敏度以及用于调节电压的控制器和感测器。当传递至直流总线的平均电流为最大值时，则传送最大功率。藉由可再生的电源所提供的电压，其通常低于直流总线106的电压，但是在一些情况下所提供的电压可能会超过直流总线的电压。例如，40V的太阳能光电板能以并联方式来安排，然后对于家庭照明和电器的应用时，则将可再生的电源所提供的电压升压至200伏特，或者对于休旅车(Recreation Vehicle,RV)或海运的应用，则将可再生的电源所提供的电压降压至12伏特。
根据一实施例，可再生的电源102使用一直流-直流转换器(DC-DCConverter)221和一同步整流器(Synchronous Rectifier)222将能量转移至直流总线106。使用电感(Inductor)L1和开关的晶体管T1(Switching Transistor)的直流-直流转换器221作为一升压电路，直流-直流转换器221的导电周期时序(Conducting Cycle Timing)，如供电时间(On Time)和断电时间(OffTime)，是藉由工作周期控制器(Duty Cycle Controller,DCC)224以持续地控制，其亦称为一脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)。工作周期控制器224藉由改变一脉冲宽度调制的工作周期，以交替改变输出线所输出的负载电流，藉以调制直流电源的一工作点(Operating Point)。而工作周期视为供电时间与断电时间的比值。工作周期调节460的电路(DutyCycle Adjustment Circuit,DCAC)交替驱动工作周期控制器224。在供电时间时，磁场聚集在电感L1并将能量存储在电感L1中。在断电时间时，
在电感L1的磁场崩溃(Collapse)，其导致电感L1释放所储存的能量至同步整流器222。在此断电时间时，工作周期控制器224接通晶体管T2，使得晶体管T2传递能量至直流总线106。因此，已知直流总线106的电压是固定的，在一给定的周期下能量转移是正比于在该周期下关于时间的电流积分值。但应注意的是，工作周期控制器224和工作周期调节460的电路可以被实现为一个共同电路(Common Circuit)或一模块。
工作周期控制器224的周期时间是非临界的且能根据创作的考量来做变化。在一实施例中，周期时间是设为10微秒(Micro Second)。在另一实施例中，周期时间是介于0.1至1000微秒。
根据一实施例中，晶体管T1,T2为功率金属氧化物半导体场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors,MOSFETs)，当导通时功率金属氧化物半导体场效晶体管在欧姆模式(Ohmic Mode)下操作。在这种情况下，金属氧化物半导体场效晶体管的操作基本上呈线性，使得源极(Source)至漏极(Drain)的电压正比于源极至漏极的电流。因此，在此情况下，藉由侦测和最大化晶体管T2的源极至漏极的电压，以最大化传送至直流总线106的功率。功率金属氧化物半导体场效晶体管通常包含一内二极管(Internal Diode)Db，其有时被称为一内接二极管(Body Diode)。根据一实施例，当在晶体管T2的供电时间时，其源极(Source)至漏极(Drain)的电压低于内二极管Db的导通门槛电压(Conduction Threshold Voltage)，因此，内二极管Db无法传递能量至直流总线，且仅仅是作为一安全装置通过晶体管T2来限制功率消散。此外，有可能可再生的电源102的电压超过直流总线106的电压，则内二极管Db可以作为一分流(Bypass)以从电感L1输出功率直接到直流总线106。
一电流感测器242(Current Sensor)耦接跨越于同步整流器222的晶体管T2，藉由测量跨越晶体管T2的电压降以及产生传递至工作周期调节460的区块的一成比例的电流444的讯号来量测导通的晶体管T2的一电流的相对量。从工作周期控制器224输入至电流感测器242代表在晶体管T2为导通的时候以及能取得电压降量测(Voltage Drop Measurement)的时候。因此，在本实施例中不需要量测从直流的电源102所输出的电压和电流，亦不需要量测从直流-直流转换器221所输出的电压。在本实施例中仅需量测从电力调节器104的负载电流。此外，本公开不需要一专用的感测器(Dedicated Sensor)来测量负载电流。更确切地说，为了切换和感应负载电流的多重目的而再利用晶体管T2，因而降低了成本、复杂性以及在电路中的元件的数量。然而，在另一个实施例中，能使用一专用的电流感测器，且特别是一便宜且低准确的电流感测器被用以测量负载电流的电流和相位(Phase)。在电力调节器104上，电弧故障检测器(Arc FaultDetector)230耦接在高电压线至地面之间，发送一讯号至工作周期控制器224以关闭，从而提供一闭合电路(Closed Circuit)至直流电源，例如，一太阳能光电板藉由其内部电阻而能自我调节。电弧故障检测器230避免提供功率至一电弧故障。
现在参阅图3，一特性曲线300绘示关于藉由电力调节器104所传送的平均功率相对于上述所定义的工作周期。当工作周期在一最小值，例如，供电时间相对于断电时间是最小的，通过晶体管T1产生相对小的导通(Conduction)，并且因此，相对少的能量存储于电感L1和传送至直流总线106。随着工作周期增加，在每工作周期电感L1储存更多能量，因而有更多能量和功率输出至直流总线106。在某一阶段上，增加工作周期导致在每周期所供给能量的减少。为了从可再生的电源102传送最大功率至直流总线106的目的，因此有一最佳化的工作周期相对应于最大负载电流工作点，而其相对应于一峰值输出功率(Peak Delivered Power)320至一固定电压负载。
现在参阅图4，一工作周期调节系统系根据至少一实施例所绘示。工作周期调节460的系统(Duty Cycle Adjustment System)包含一设定点(SetPoint)428的区块耦接至加法器(Adder)，以及其后再连接至工作周期控制器224，用于功率调节器104的系统启动时以发起一起始工作周期(StartingDuty Cycle)。一工作周期颤动产生器(Duty Cycle Dither Generator)464亦耦接至加法器434，并在其后连接至工作周期控制器224，以增加一轻微的颤动至脉冲宽度调制的控制器的工作周期，从而确定在负载电流目前操作上的曲线300的斜率。例如，在一实施例中1千赫兹下可以执行颤动(Dither)，虽然可以使用各种各样的频率，如相对于工作周期控制开关频率用于100千赫兹的开关的晶体管Tl。这颤动最初将针对藉由工作周期调节460的设定点电路来测定工作点(Operating Point)。例如，再参阅图3，在标示在曲线300的正斜率上的工作点引入颤动讯号302而导致一同相响应(In-Phase Response)304，该响应为同相，因为当颤动讯号302上升时，同相响应304的功率传送值亦上升，以及当颤动讯号302下降时，同相响应304的功率传送值亦下降。另一方面，于标示在曲线300的负斜率上的工作点引入颤动讯号302而导致一反相响应(Out-of-Phase Response)314，该响应为反相，因为当颤动讯号312上升时，反相响应314的功率传送的值亦上升，以及当颤动讯号302下降时，反相响应314的功率传送的值304亦下降。因此，在传送负载电流时，通过感测颤动讯号和相应变化之间的相位关系能决定正在操作的电力调节器220的峰值输出功率320在哪一边。因为直流总线106的电压基本上是固定的，所以传送至直流总线106的电流将会正比于传送至直流总线106的功率。具体而言，功率等于负载电流乘以负载电压，以及在本实施例中负载电压是固定的。电流和电压为功率的分量(Component)。因此，负载电流成为功率的代理。因此，为了如上所述的检测相位的目的，电力调节器104仅需要监控流过晶体管T2的元件的电流，以及比较藉由工作周期颤动产生器464所提供的讯号的这类电流的相位。
图4亦提供一回馈回路(Feedback Loop)，用于调节从设定点至最大负载电流工作点的工作周期。图2的电流感测器242的电路产生一电流444，该电流444正比于藉由晶体管T2所传导电流，以及传播成比例的电流444至电阻436，从而提供一个成比例的回馈电压至乘法器(Multiplier)472。滤波电容440消除电压中不需要的噪声(Noise)。乘法器472耦接到工作周期颤动产生器464，藉由相同的颤动讯号提供至工作周期控制器224以加乘回馈电压。当电流传送至直流总线时对于颤动讯号是同相的，则乘法器472的输出将是一个极性，以及当电流传送至直流总线时对于颤动讯号是反相的，则乘法器472的输出将是一个相反极性的。误差积分器468持续地积分乘法器472的输出以产生一误差讯号(Error Signal)，随着颤动产生器464的输出藉由加法器434以总和误差讯号并馈送至工作周期控制器224。换句话说，误差积分器468的输出变成为工作周期控制器224的一更新设定点(Updated Set Point)。工作周期调节460的电路因此包含一回馈控制电路，其驱动功率输出至直流总线106以达最大负载电流的峰值输出功率320和独立的一最大功率工作点，以及无需控制一直流-直流转换器电路的输出电压，例如，假设一个固定电压总线106。因为最大功率工作点是利用颤动负载电流的振幅和相位的相对量测来达成，而不是功率计算，因此在本实施例中不需要昂贵的模拟数字转换器(Analog to DigitalConverter,ADC)来产生电流和电压的精确计算以准确地确定功率。然而，在另一个实施例中，本公开能使用一模拟数字转换器，尤其是一便宜的模拟数字转换器且相比于用于其它的最大功率点追踪的方法有较低准确度。
颤动讯号能是任意的多种波形。如果它是对称的，则具有一零平均之一50/50工作周期(50/50Duty Cycle with A Zero Average)，例如一正弦波(Sine)，三角波(Triangle)或方波(Square Wave)，则乘法器472能被实现为一简单的极性转换开关(Simple Polarity Switch)。极性切换的实现藉由切换颤动讯号的极性，而将转换负载电流的相位和振幅振荡(AmplitudeOscillation)至一直流回馈讯号，以使基本频率相关联于回馈讯号，其中谐波的影响(Harmonic Effect)是可以忽略的。例如，若讯号藉由颤动产生器464输出至乘法器472为一正极性，则讯号简单地传递而不会改变；若讯号藉由颤动产生器464输出至乘法器472为一负极性，则讯号反转。因此，对于一给定的颤动周期(Given Dither Cycle)，误差积分器468成比例地增量累积至曲线300的斜率，而超过曲线300的斜率则负载电流是颤动的。颤动讯号被设置得足够大，以使相位的检测为可靠和足够小的，以便其在效率或回路稳定度上不具有显着的影响。在一个实施例中，峰-峰值百分比在工作周期变化由于颤动是百分之一。本领域的技术人员将理解在颤动幅度(Dither Magnitude)下其变化是可能的，以适应各种需要的回路稳定性的特性，并且其回路补偿(Loop Compensation)可以是比例、积分、导数和它们的组合。一个小的颤动讯号能够被用来避免偏离峰值功率太远，但是这也可能导致在较大的太阳能光电板系统系追踪一局部最大值(LocalMaximum)而不是全域最大值(Global Maximum)。藉由偶而地增加颤动的振幅能够避免上述情形，例如，达到20％，然后再让它减弱(缓慢地)恢复至正常的低水平，例如，1％，在此其将会保留大部分的时间，例如，99％的时间。然而，实际的持续时间和幅度的设置将取决于多少光伏电池(PVcell)是串联以及在功率曲线的形状。在图3所绘示的平滑和单一的最大曲线代表一单一光伏电池，或在并联中的多个光伏电池。如果有更多的太阳能光电板串联连接，则所得到的功率曲线可能会具有多个峰，包括一全域最大值和局部最大值，其可能导致最大功率点追踪去追踪一局部最大值而不是全域最大值，从而导致一局部最佳化功率生产(Suboptimal PowerProduction)。
一可选的补偿网路(Compensation Network)470是耦接在工作周期颤动产生器464和乘法器472之间，以匹配或同步直流的电源102的任何时间常数的延迟，其采用电阻和电容元件。补偿网路有时是有用的，因为可再生能源如太阳能光电板有一相关联的时间常数，使得在负载上的变化其发生快于相关联的时间常数，将导致相对低的输出电压变化，而当在负载上的变化其慢于相关联的时间常数，将导致明显的输出电压变化。这个时间常数在概念上可以被认为是从等效电容内部(Equivalent CapacitanceInternal)至可再生的电源102所引起的。颤动周期将取决于可再生的电源102的时间常数，并且应该比这个时间常数大。例如，如果可再生的电源102具有一秒钟的一有效时间常数，则颤动周期应至少为几秒钟。藉由插入相似于在工作周期颤动产生器464和乘法器472之间的可再生的电源102的时间常数的一持续时间的延迟(Delay of Duration)，低颤动周期能被容纳。由于可再生的电源102的时间常数引入至乘法器472的另一输入端，这将倾向于补偿有效时间的延迟。使用良好匹配的补偿网路470，电力调节器104的电路能使用一更快的颤动讯号，其将导致一更快的回馈响应以及最大负载电流工作点的一密切的跟踪，例如，具有较少的延迟(Lag)。
工作周期调节460的电路可以利用数字(Digital)或模拟(Analog)组件来执行，并指出只要回馈回路有效地驱动系统至最佳工作点的峰值输出功率320则不需要传送电流的精确测量。在一实施例中，工作周期控制器224的电路和/或工作周期调节460的电路仅使用模拟组件来设定和调整工作周期，以及在另一实施例中，仅具有公称符号数字的互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)的组件(Nominal Token Digital CMOS Components)的大部分模拟组件来设定和调整工作周期。这是因为在本公开中广泛的数字电路并不需要执行功率计算，且不需要实现复杂的算法，来追踪一实际的最大功率点。基于同样的理由，本公开既不需要具有可程序软件的电路,亦不需要一运算逻辑单元(Arithmetic Logic Unit,ALU)来进行算术运算，也不需要中央处理单元(CPU)来执行软件实施的程序(Software-Implemented Program)。在一实施例中，因为其组件和创作的简单性，电力调节器104的电路整合在一单半导体晶粒(Single Semiconductor Die)上。
现在参阅图5，一电力调节器和隔离系统根据至少一实施例所绘示。在一些应用中，可再生的电源102和直流总线106之间的隔离是适当的或必需的。藉由如上所述的直流-直流转换器和工作周期优化电路来完成电力调节器104执行的功能。隔离的变压器(Isolation Transformer)536和相关组件绘示以形成一直流供给电源(DC Power Supply)。基于从电力调节器104接收一定时讯号(Timing Signal)，控制516的电路周期性地接通和断开场效晶体管(Field Effect Transistors,FETs)520,524，以通电一去能的主要的隔离的变压器536(De-Energizing The Primary of IsolationTransformer)。当场效晶体管断开时，藉由隔离的变压器536的一次线圈(Primary Winding)的漏电感(Stray Inductance)以产生返驰二极管(FlybackDiode)528,532的回路电流(Return Current)。隔离的变压器536因此提供一交流电，其藉由二极管540和电容544各别地来整流和滤波。这种构造有时被称为"双开关正向拓扑结构(Two-Switch Forward Topology)"。
然后隔离的变压器536能藉由量测横越晶体管520,524的电压预估传送至直流总线106的功率，如上所述其在一欧姆模式下工作。利用变压器536经由一非单位匝数比(Non-Unity Turns Ratio)从低电压源可以来"升压"电压。例如，对于工作在40伏特(V)的太阳能光电板和具有200伏特(V)的直流总线106，电力调节器104将会提升太阳能光电板的电压至50伏特(V)，以及变压器经由1:4的匝数比将进一步地提供升压。可替换地，变压器536能够为1:1比例用于提供没有升压电压的一隔离功能，或N:l的比例用于提供结合有降压电压的一隔离功能，其中N是任何所需的降压比例。为了方便和效率能够将升压截波器(Boost Chopper)的装置与控制516的装置进行整合。为了安全原因以提供隔离的变压器536从潜在的负载或其他来源如一公用电力电网(Utility Power Grid)来隔离直流的电源102。电力调节器104的工作周期是固定的，而不像在图2和图4中为可变化。在本实施例中，虽然能使用范围广泛的其它工作周期，工作周期是固定在50％。
图6根据至少一实施例具有多个可再生能源发电机602-1至602-N耦接在太阳能光电板的一模块化系统，其中N是大于二的任意值，每一个发电装置都包括一专用的本地电力调节器(Power Conditioner,PC)104-1至104-N。这个系统提供了每一可再生能源的发电机具有被卸除或添加至系统的能力的模块化，因为其包含其自身的电力调节器，一具有有限的评等的中央电力调节器将不限制增加至系统的发电量。此外，电力调节器的冗余将允许从容退化(Graceful Degradation)和失效模式(Failure Mode)，随着一单一电力调节器故障仅需移除相关的发电机，而不是移除多个发电机或所有的发电机。在每一电力调节器的电弧故障检测功能将包括一门槛时间(Threshold Time)来检测电弧故障，加上一相等于缓冲的时间以确保电弧故障检测器并联于直流电源上而具有纪录电弧故障的一机会。
现参阅图7，根据至少一实施例所绘示一操作的流程图700藉由最大化输出电流来提供最大的输出功率。通过使用在流程图700中描述的方法，从一可再生能源的电源提供最大化输出功率的一种便宜、稳固和有效的方法。步骤702从一直流电源接收电流，例如一可再生能源的无法控制能源的发电机(Uncontrolled Energy Power Generator,UEPG)。在步骤704中，使用直流-直流转换器断开电流。虽然本实施例绘示上述实施直流-直流转换器作为一升压电路(Boost Circuit)，本公开非常适合于利用一直流-直流转换器配置为降压电路(Buck Circuit)或升压-降压电路(Boost-BuckCircuit)。步骤704输入一工作周期的设定点704-A，用以启动脉冲宽度调制。此后，提供回馈(Feedback)作为随后在步骤706-A至712的描述。接着，步骤706提供一输出负载电流至一固定电压输出线，并最终至一固定电压负载槽(Load Sink)，如图1所示。从步骤706输出706-A以检测负载电流的相位和振幅振荡，以及产生一直流回馈讯号(DC Feedback Signal)，如图2-4中说明。在步骤712上积分直流回馈讯号，并随着颤动输入712被输入回步骤704而增加直流回馈讯号，用于调节直流-直流转换器的工作周期。
作为流程图700的一实际实施中，如果确定工作周期的工作点具有一正斜率，如图3所示，则增加工作周期以接近峰值输出功率320。如果确定工作周期的工作点为具有一负斜率，则减少工作周期以接近峰值输出功率320。当斜率陡峭则回馈电压高且调整工作周期较大。当斜率为零，或平的，则工作周期运作在曲线上负载电流为一最大值的一反曲点，以及在最大平均值的任一侧测量电流至大约零变化，以及因此回馈为零，因而维持工作周期在最大负载电流工作点。虽然该方法和设备的目的是提供一最大负载电流工作点，其可以理解的是大部分的时间，该系统将提供一个负载电流，其是相当接近于最大负载电流工作点以从直流电源捕捉约为最大值的功率。该颤动持续发生，回馈和调整、误差积分等同样如此。因为可再生能源的无法控制的性质，使得在任何时间下直流电源很容易受到功率波动影响。本领域技术人员藉由本公开的电路和方法将会理解以适应于其它应用。例如，如果一低电压电池，例如，举例一12伏特深循环电池(Deep-Cycle Battery)是固定电压负载108，以及直流电源是一40伏特太阳能光电板，然后降压电路可以被取代为升压电路。通过一替代感测电路(Alternative Sensing Circuit)可以来量测电流传递至这样的电池。例如，关于传送功率的曲线300，如果最大功率传递至这样的电池其对应于最大电池电压，后者可以被监测和使用作为一用来感应传递功率和量测峰值输出功率320的基础。
本文中所描述的方法及操作和示范性的实施例相比其可以在不同的序列，例如，在一不同顺序。因此，根据一个给定的应用程序，现有的操作中可以插入至少一附加的新操作，或至少一操作可以被简化或消除。
从附图和详细描述中，本实施例中的其它特征将是显而易见的。此外，将理解的是至少部分地藉由处理器和/或电力使用者界面控制在电脑可读取和电脑可执行指令的控制之下，以储存在一电脑可用的储存媒体，可以实施本文所公开的各种操作过程和方法。电脑可读取和电脑可执行指令驻留在，例如，在数据存储功能，例如电脑使用的易失性和非易失性存储器以及为非暂时性的。然而，非暂时的电脑可读取和电脑可执行指令可以驻留在任何类型的电脑可用的储存媒体。
本公开的具体实施例的前述描述已经呈现用于说明和描述的目的。它们并非旨在将本公开彻底的或限制到公开的具体形式。在不背离各种实施例的广泛的精神和范围下，许多修改和变化根据上述教导是可能的。选择或描述本实施例是为了以最佳的方式解释本公开原则和其实际应用，以及使本领域技术人员能够将本公开和各种实施例做各种修改以做最好的利用来适合于预期的特定用途。但本公开的范围都应属于本公开所附的权利要求及其等同物的保护范围。

Claims (20)

1.一种电力调节器电路，用于调节由一直流电源所接收的功率，该电力调节器电路包含： 
一输入线，耦接至该直流电源以接收该功率； 
一输出线，输出该功率至一外部负载，其中该输出线在一固定电压下工作；以及 
一直流-直流转换器电路(DC-DC Converter)，耦接该输入线至该输出线，用以提供一负载电流给该外部负载，于无需要电路来执行一功率计算下，为该外部负载产生一最大输出功率。 
2.根据权利要求1的电路，其中该直流-直流转换器电路包含一最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的功能，用于控制影响该输出功率的多个变数中的一单一变数。 
3.根据权利要求1的电路，其中该直流-直流转换器电路产生该最大输出功率，而无需控制该直流-直流转换器电路的一输出电压。 
4.根据权利要求1的电路，其中该直流-直流转换器电路藉由最大化该负载电流以提供该最大输出功率至该外部负载。 
5.根据权利要求1的电路，其中该直流-直流转换器电路独立于该输出线的一电压外以最大化该负载电流。 
6.根据权利要求1的电路，其中藉由该直流-直流转换器电路产生该最大输出功率提供给该外部负载，而不需要一专用传感器来量测该直流电源的一电流或一电压。 
7.根据权利要求2的电路，其中该最大功率点追踪的功能不需要一模拟数字转换器(Analog to Digital Converter,ADC)。 
8.根据权利要求1的电路，其中该直流-直流转换器电路还包含： 
一工作周期控制器电路(Duty Cycle Controller Circuit,DCCC)，藉由改变一脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)的工作周期，交替改变该输出线所输出的该负载电流，藉以调制该直流电源的一工作点； 
一工作周期调节电路(Duty Cycle Adjustment Circuit,DCAC)，耦接于该工作周期控制器电路，其中该工作周期调节电路被配置以设置一初始工 作周期(Initial Duty Cycle)，然后颤动该脉冲宽度调制讯号的该工作周期；以及 
一回馈电路(Feedback Circuit)，耦接于该工作周期调节电路，其中该回馈电路感测藉由该持续颤动工作周期所引起该负载电流的一相位和一振幅振荡(Amplitude Oscillation)，该回馈电路提供一误差讯号至该工作周期调节电路，用以调节该工作周期以追踪该最大负载电流工作点。 
9.根据权利要求8的电路，其中该回馈电路使用模拟组件以调节该工作周期，而无需执行一功率计算。 
10.根据权利要求9的电路，其中该回馈电路藉由积分相关于该起始颤动讯号的该负载电流的该相位和该振幅振荡，藉以产生该误差讯号。 
11.根据权利要求8的电路，其中该直流-直流转换器电路还包含： 
一同步整流器(Synchronous Rectifier)，耦接于该输出线，该同步整流器在一欧姆模式(Ohmic Mode)下工作，藉以产生与该负载电流成正比的一电压回馈，该负载电流通过该同步整流器导通至该输出线。 
12.根据权利要求2的电路，其中该最大功率点追踪的功能不需要具有可程序软件的电路。 
13.根据权利要求1的电路，其还包含： 
一隔离变压器(Isolation Transformer)，耦接于该直流-直流转换器电路和输出线之间，该隔离变压器用于升压该直流－直流转换器的一输出电压至该输出线的该固定电压，以及该隔离变压器从该输出线提供该直流电源的一隔离功能。 
14.根据权利要求1的电路，其中该电路为整合在单晶硅晶粒(singlesilicon die)上。 
15.根据权利要求8的电路，还包含： 
一极性转换开关(Polarity Switch)，转换该负载电流的该相位和该振幅振荡至一直流回馈讯号。 
16.根据权利要求8的电路，还包含： 
一补偿/延迟网路设置在该回馈电路，其中该补偿/延迟网路被配置以同步回馈讯号。 
17.一种发电系统，包含： 
一直流电源；以及 
一电力调节器，耦接于该直流电源，该电力调节器包含： 
一输入线，耦接至该直流电源以接收功率； 
一输出线，输出功率至一外部负载，其中输出线在一固定电压下工作；以及 
一直流-直流转换器电路，耦接该输入线至该输出线，以及于无需执行一功率计算下提供一最大输出功率。 
18.根据权利要求17的系统，还包含： 
一固定电压负载槽系统(Constant Voltage Load Sink system)，耦接该发电系统的该输出线，其中该负载槽系统改变一负载吸引电流(Load Draw Current)使得一输出线电压维持在一固定电压。 
19.根据权利要求17的系统，还包含： 
多个直流电源耦接并联于一直流总线(DC bus)，其中每一直流电源包含一专用本地电力调节器(Dedicated Local Power Conditioner)。 
20.根据权利要求17的系统，其中该直流电源是一发电机(Power Generator)选自一组的无法控制能源的发电机(Uncontrolled-Energy Power-Generator)，其包含：风、波浪、太阳、地热和其任何组合。 
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