TW201411989A - 電源電路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種電源電路及其控制方法，該電源電路包括主電源電路、次電源電路及功率控制器，該方法包括：設置主電源電路初始輸出功率偵測次電源電路初始輸出功率；調整主電源電路輸出功率，使次電源電路的輸出功率等於額定功率；保持主電源電路輸出功率第一預定時間；判斷次電源電路額定功率的變化；當次電源電路額定功率增大時，追蹤執行額定功率；當次電源電路額定功率變小時，增大主電源電路輸出功率，並使主電源電路輸出功率增大量等於次電源電路輸出功率減小量；當次電源電路額定功率不變時將主電源電路輸出功率增大第三預定閾值。

Description

電源電路及其控制方法

本發明涉及一種電源電路及該電源電路控制方法，尤其涉及一種太陽能板輸出效率較高的電源電路及該電源電路的控制方法。

隨著能源危機的出現，太陽能作為一種新的能源被應用在電力發電領域。通常利用太陽能板將太陽能轉換為電能後輸出。由於太陽能板將太陽能轉換為電能時受到動態日照強度變化的影響，不同的日照強度對應著太陽能板不同的電壓-電流輸出曲線及輸出功率。每條電壓-電流曲線上會有一個最大功率輸出點，即最大功率點。在最大功率點上，太陽能板能夠輸出最大的功率。目前，為了讓太陽能板工作在最大功率輸出點，通常是在太陽能板的後加入一級開關電路，通過控制該開關電路的佔空比來使太陽能板工作在最大功率輸出點。然而，這一級電路會消耗太陽能板生成的部分電能，從而造成太陽能板輸出至負載的功率降低，即太陽能板的利用效率較低。

有鑑於此，有必要提供一種太陽能板利用效率較高的電源電路。

有必要提供一種太陽能板利用效率較高的電源電路控制方法。

一種電源電路，該電源電路包括市電供電的主電源電路及太陽能供電的次電源電路，該次電源電路包括電流感測器及電壓感測器，該電流感測器及該電壓感測器分別用於感測該次電源電路的輸出電流及電壓的大小以生成電流感測訊號及電壓感測訊號，該電源電路還包括儲能單元及功率控制器，該主電源電路及該次電源電路的輸出端並聯在該儲能單元的兩端，用於同時為該儲能單元充電，並驅動負載，該功率控制器根據該電流感測訊號及該電壓感測訊號計算該次電源電路的輸出功率，並調節該主電源電路的輸出功率以使該次電源電路輸出最大功率。

一種電源電路控制方法，該電源電路包括市電供電的主電源電路、太陽能供電的次電源電路及功率控制器，該功率控制器內預先設置有表示該主電路的輸出功率變化量的第一預定閾值、第三預定閾值及表示該次電路的輸出功率變化量的第二預定閾值，其中，該方法包括：

設置步驟，設置主電源電路的初始輸出功率並偵測次電源電路的初始輸出功率；

額定功率追蹤步驟，調整主電源電路的輸出功率，使次電源電路的輸出功率等於額定功率；

保持步驟，保持主電源電路的輸出功率第一預定時間；

額定功率變化判斷步驟，判斷次電源電路額定功率的變化情況；

當次電源電路額定功率增大時，再次執行額定功率追蹤步驟；

當次電源電路額定功率變小時，增大主電源電路的輸出功率，並使主電源電路的輸出功率的增大量等於次電源電路輸出功率的減小量；以及

當次電源電路額定功率不變時將主電源電路的輸出功率增大，且增大量等於該第三預定閾值。

與先前技術相較，本發明的電源電路及其控制方法通過功率控制器設置該主電路中的初始功率，偵測此時次電路的初始輸出功率，並調整該主電路的輸出功率，使該次電路的輸出功率始終等於額定功率。從而達到最大程度地利用該次電路產生的能量，提高該次電路的能量的利用率，且節約該主電路的能量的技術效果。

下面將結合附圖對本發明作具體介紹。請參閱圖1，其是本發明電源電路一較佳實施例的電路圖。在本實施方式中，該電源電路1包括市電供電的主電源電路10、太陽能供電的次電源電路30、功率控制器50及儲能單元70。為了方便描述，以下主電源電路簡稱主電路，次電源電路簡稱次電路。

該主電路10包括第一電壓輸入端11、第二電壓輸入端12、整流單元13、第一開關單元14、第二開關單元15、第一單向導通單元16、第一電壓輸出端17及第二電壓輸出端18。該主電路10用於將原始交流電壓轉換成主電源電壓，並由該第一電壓輸出端17輸出。

該第一電壓輸入端11及該第二電壓輸入端12用於接收原始交流電壓。該整流單元13包括第一輸入端131、第二輸入端132、第一輸出端133及第二輸出端134。該第一輸入端131及該第二輸入端132分別連接該第一電壓輸入端11及該第二電壓輸入端12，該第二輸出端134連接該第二電壓輸出端18並接地。該整流單元13用於將該原始交流電壓轉換為原始直流電壓並經該第一輸出端133輸出。

該第一開關單元14及該第二開關單元15用於控制該控制該主電源電路的輸出功率以在該第一電壓輸出端17產生主電源電壓。該第一開關單元14包括第一導通控制端141、第二導通控制端142及第三導通控制端143。該第二開關單元15包括第一導通控制端151、第二導通控制端152及第三導通控制端153。該第一開關單元14的該第一導通控制端141連接該第二開關單元15的該第一導通控制端151，該第一開關單元14的第三導通控制端143連接該第一輸出端133，該第一開關單元14的該第二導通控制端142連接該第二開關單元15的該第二導通控制端152。該第一導通控制端141根據該功率控制器50提供的控制訊號的佔空比控制該第二導通控制端142及該第三導通控制端143的間的電連接。該第一導通控制端151根據該功率控制器50提供的控制訊號的佔空比控制該第二導通控制端152及該第三導通控制端153的間的電連接，即，該第一開關單元14及該第二開關單元15根據該功率控制器50提供的控制訊號同時導通或截止，以控制主電路10在該第一電壓輸出端17的輸出功率。替代實施方式中，該第一開關單元14及第二開關單元15的一可以省略。

該第一單向導通單元16一端連接該第三導通控制端153，另一端連接該第一電壓輸出端17，用於防止該次電路30輸出的電壓高於該主電路10輸出的電源電壓時對該主電路10造成影響，即防止該主電路10與該次電路30的間發生短路。

該次電路30包括太陽能板31、第二單向導通單元32、電流感測器33、電壓感測器34、第三電壓輸出端35及第四電壓輸出端36。該太陽能板31包括第五輸出端311及第六輸出端312。該電流感測器33包括第一電流感測端331、第二電流感測端332及該電流訊號輸出端333。該電壓感測器34包括第一電壓感測端341、第二電壓感測端342及電壓訊號輸出端343。

該第五輸出端311、該第二單向導通單元32、該第一電流感測端331、該第二電流感測端332及該第三電壓輸出端35依次串聯。該第六輸出端312連接該第四電壓輸出端36並接地。該第一電壓感測端341連接該第六輸出端312，該第二電壓感測端342連接該第五輸出端311。

該太陽能板31用於接收太陽光照將太陽能轉換為次電源電壓並由該第五輸出端311輸出。該次電源電壓的電壓值隨著太陽光照強度而變化。不同的太陽光照強度對應著太陽能板不同的電壓-電流輸出曲線及額定功率。

該第二單向導通單元32用於輸出該次電源電壓並用於防止該主電路10輸出的主電源電壓高於該次電路30輸出的次電源電壓時對該次電路30造成影響，即防止該主電路10與該次電路30的間發生短路。

該電流感測器33用於感測該次電路30輸出的次電路電流並生成代表該次電路電流大小的電流感測訊號，並由該電流訊號輸出端333將該電流感測訊號傳送給該功率控制器50。該電壓感測器34用於感測該次電路30輸出的該次電源電壓並生成代表該次電源電壓大小的電壓感測訊號，並由該電壓訊號輸出端343將電壓感測訊號傳輸給該功率控制器50。該第三電壓輸出端35用於接收該第二單向導通單元32輸出的次電源電壓並將該次電源電壓輸出。

該功率控制器50包括第一訊號端51、第二訊號端52及第三訊號端53。該第一訊號端51連接該第一開關單元14的第一導通控制端141與該第二開關單元15的第一導通控制端151，用於提供控制訊號。該第二訊號端52連接該電壓訊號輸出端343，用於接收該電壓感測訊號。該第三訊號端53連接該電流訊號輸出端333，用於接收該電流感測訊號。該功率控制器50用於根據該電壓感測訊號及該電流感測訊號計算得到次電路30的實際輸出功率，並根據該次電路30的實際輸出功率控制輸出至該主電路10的控制訊號，以調節該第一開關單元14及該第二開關單元15的佔空比，進而使該次電路30工作在最大功率輸出點，以節約該主電路10的能量。本實施方式中，該控制訊號為PMW (Pulse Width Modulation)控制訊號。

該次電路30的輸出端與該主電路10的輸出端並聯。即，該第一電壓輸出端17連接該第三電壓輸出端35，該第二電壓輸出端18連接該第四電壓輸出端36。

該儲能單元70包括第一儲能端a及第二儲能端b。該第二儲能端b接地。該第一儲能端a連接該第一電壓輸出端17與該第三電壓輸出端35的間的節點。該儲能單元70用於接收該主電源電壓及該次電源電壓以儲存能量，並將儲存的能量轉換為驅動負載所需的電壓。

一實施方式中，該第一開關單元14及該第二開關單元15為NMOS(Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor)場效應管。其中，該第一導通控制端141、151為NMOS場效應管的閘極，該第二導通控制端142、152為NMOS場效應管的汲極，該第三導通控制端143、153為NMOS場效應管的源極。該第一單向導通單元16及該第二單向導通單元32為二極體。該儲能單元70為電容。

替代實施方式中，該第一開關單元14及第二開關單元15的一可以省略。

以下結合圖1所示的電源電路1對本發明一種實施例提供的電源電路控制方法進行介紹。請參閱圖2，其是本發明電源電路控制方法一較佳實施例的流程圖。在一實施方式中，該主電路10的額定功率與該次電路30的額定功率的和大於負載的額定功率，該功率控制器50內預先設置有表示該主電路10的輸出功率變化量的第一預定閾值、第三預定閾值及表示該次電路30的輸出功率變化量的第二預定閾值，該方法包括：

初始設置步驟S101，設置主電路10的初始輸出功率並偵測次電路30的初始輸出功率。具體地，設置該主電路10的該第一開關單元14及該第二開關單元15的PMW控制訊號的佔空比，並獲取此時該次電路30上的電壓感測訊號及電流感測訊號，然後根據此時的電壓感測訊號及電流感測訊號計算出該次電路30上的輸出功率。舉例而言，此時該佔空比可設置為95%。本實施方式中初始化後的主電路10的初始輸出功率可基本等於或略小於負載功率。

額定功率追蹤步驟S10：調整主電路10的輸出功率，使次電路30的輸出功率等於額定功率。一實施方式中，該額定功率輸出步驟S10可進一步包括步驟S102- S104。

第一調整步驟S102，將主電路10的初始輸出功率減少，且該減少量等於該第一預定閾值，以調整次電路30的輸出功率。具體地，減少該第一開關單元14及該第二開關單元15的PMW控制訊號的佔空比，以使該主電路10的初始輸出功率減少第一預定閾值。在一實施方式中，該主電路10初始輸出功率減小，且該減少量等於該第一預定閾值時，該功率控制器50控制該第一開關單元14及該第二開關單元15的PMW控制訊號佔空比被減小的幅度可為1%。第一偵測步驟S103，偵測調整後的次電路30的輸出功率。具體地，該功率控制器50獲取佔空比減小後的次電路30的電壓感測訊號及電流感測訊號，然後根據此時的電壓感測訊號及電流感測訊號計算出佔空比減小後的次電路30的輸出功率。

第一判斷步驟S104，判斷調整後的次電路30的輸出功率是否增加，且增大量等於該第二預定閾值。具體地，該功率控制器50比較調整後次電路30的輸出功率與調整前次電路30的輸出功率，判斷調整後次電路30的輸出功率減去調整前次電路30的輸出功率的差值是否大於第二預定閾值。當調整後次電路30的輸出功率減去調整前次電路的輸出功率的差值大於第二預定閾值時，則返回執行第一調整步驟S102。當調整後次電路的輸出功率減去調整前次電路30的輸出功率的差值小於等於第二預定閾值時，則執行保持步驟S105。其中，該第二預定閾值可選為0.5W。此時，次電路30的輸出功率基本等於額定功率。

保持步驟S105，保持主電路10的輸出功率第一預定時間。當前該第一開關單元14及該第二開關單元15的PMW控制訊號的佔空比持續第一預定時間不變。可選地，該第一預定時間可為5-10分鐘，例如5分鐘。

額定功率變化判斷步驟S20：判斷次電路30額定功率的變化情況。由於次電路30的額定功率隨光照強度變化會有一定改變，因此經過一定時間就需要偵測次電路30的額定功率的變化情況，以便控制該次電路30的輸出功率基本等於額定功率。本實施方式中，該次電路30可以輸出的最大功率被定義為該次電路30的額定功率。該額定功率判斷步驟S20可進一步包括步驟S106- S110。

第二偵測步驟S106，偵測次電路30的輸出功率。具體地，該功率控制器50獲取經過第一預定時間的次電路30電壓訊號及次電路30電流訊號，然後根據此時的次電路30電壓訊號及次電路30電流訊號計算出經過第一預定時間的次電路30的輸出功率。

第二判斷步驟S107，判斷次電路30輸出功率的變化情況。具體地，該功率控制器50比較次電路30輸出功率的變化情況，當次電路30輸出功率變小時，則執行步驟S108。當次電路30輸出功率不變時，則執行步驟S109。

第二調整步驟S108，增大主電路10的輸出功率，並使主電路10的輸出功率的增大量等於次電路30的輸出功率的減小量。步驟S108的後，返回執行步驟S105，保持主電路10的輸出功率第一預定時間。

第三調整步驟S109，將主電路10的輸出功率減小第三預定閾值，並計算此時次電路30的輸出功率。具體地，減小該第一開關單元14及該第二開關單元15的PMW控制訊號的佔空比，以使該主電路10的初始輸出功率減少第三預定閾值。該功率控制器50獲取此時次電路30電壓訊號及次電路30電流訊號，然後根據此時的次電路30電壓訊號及次電路30電流訊號計算出佔空比減小後的次電路30輸出功率。可選地，該第三預定閾值也為0.5W。

第三判斷步驟S110，判斷調整後次電路30的輸出功率的變化情況。具體地，該功率控制器50比較調整後次電路30的輸出功率與調整前次電路30的輸出功率，當調整後的次電路30輸出功率比調整前的次電路30輸出功率大時，則返回執行步驟S102。當調整後的次電路30輸出功率與調整前的次電路30輸出功率相較不變時，則執行步驟S111。

第四調整步驟S111，將主電路10的輸出功率增大，且增大量等於該第三預定閾值。步驟S111的後返回步驟S105，保持主電路10的輸出功率第一預定時間。

與先前技術相較，本發明的電源電路1及其控制方法通過功率控制器50設置該主電路10中的初始功率，偵測此時次電路30的初始輸出功率，並調整該主電路10的輸出功率，使該次電路的輸出功率始終等於額定功率。從而達到最大程度地利用該次電路30產生的能量，提高該次電路30的能量的利用率，且節約該主電路10的能量的技術效果。

雖然本發明以優選實施方式揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做各種的變化，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求的保護範圍的內。

1．．．電源電路

10．．．主電源電路

30．．．次電源電路

50．．．功率控制器

70．．．儲能單元

11．．．第一電壓輸入端

12．．．第二電壓輸入端

13．．．整流單元

131．．．第一輸入端

132．．．第二輸入端

133．．．第一輸出端

134．．．第二輸出端

14．．．第一開關單元

15．．．第二開關單元

141、151．．．第一導通控制端

142、152．．．第二導通控制端

143、153．．．第三導通控制端

16．．．第一單向導通單元

17．．．第一電壓輸出端

18．．．第二電壓輸出端

31．．．太陽能板

311．．．第五輸出端

312．．．第六輸出端

32．．．第二單向導通單元

33．．．電流感測器

331．．．第一電流感測端

332．．．第二電流感測端

333．．．電流訊號輸出端

34．．．電壓感測器

341．．．第一電壓感測端

342．．．第二電壓感測端

343．．．電壓訊號輸出端

35．．．第三電壓輸出端

36．．．第四電壓輸出端

51．．．第一訊號端

52．．．第二訊號端

53．．．第三訊號端

a．．．第一儲能端

b．．．第二儲能端

S101~S110、S10~S20．．．步驟

圖1是本發明電源電路一較佳實施例的電路圖。

圖2是本發明電源電路控制方法一較佳實施例的流程圖。。

S101~S111,S10~S20．．．步驟

Claims (14)

1. 一種電源電路，該電源電路包括市電供電的主電源電路及太陽能供電的次電源電路，該次電源電路包括電流感測器及電壓感測器，該電流感測器及該電壓感測器分別用於感測該次電源電路的輸出電流及電壓的大小以生成電流感測訊號及電壓感測訊號，其中，該電源電路還包括儲能單元及功率控制器，該主電源電路及該次電源電路的輸出端並聯在該儲能單元的兩端，用於同時為該儲能單元充電，並驅動負載，該功率控制器根據該電流感測訊號及該電壓感測訊號計算該次電源電路的輸出功率，並調節該主電源電路的輸出功率以使該次電源電路輸出最大功率。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電源電路，其中，該主電源電路依次串聯第一開關單元、第二開關單元、正向導通的該單向導通至第一電壓輸出端，該整流單元用於接收原始交流電壓，該第一開關單元及該第二開關單元用於控制該主電源電路的輸出功率以在該第一電壓輸出端產生主電源電壓，該次電源電路包括第二單向導通單元，用於輸出次電源電壓，該第一單向導通單元及該第二單向導通單元用於防止該主電路和次電路的間發生短路。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電源電路，其中，該第一開關單元及該第二開關單元分別包括第一導通控制端、第二導通控制端及第三導通控制端，該第一導通控制端根據該功率控制器提供的控制訊號的佔空比控制該第二導通控制端及該第三導通控制端的電連接。
4. 如申請專利範圍第3項所述的電源電路，其中，該第一開關單元及該第二開關單元為NMOS場效應電晶體，該第一導通控制端為該NMOS場效應電晶體的閘極，該第二導通控制端為該NMOS場效應電晶體的汲極，該第三導通控制端為該NMOS場效應電晶體的源極。
5. 如申請專利範圍第2項所述的電源電路，其中，該第一單向導通單元及該第二單向導通單元為二極體。
6. 如申請專利範圍第1項所述的電源電路，其中，該微處理器產生控制訊號調節該主電源電路的輸出功率，該控制訊號為PMW訊號。
7. 一種電源電路控制方法，該電源電路包括市電供電的主電源電路、太陽能供電的次電源電路及功率控制器，該功率控制器內預先設置有表示該主電路的輸出功率變化量的第一預定閾值、第三預定閾值及表示該次電路的輸出功率變化量的第二預定閾值，其中，該方法包括：
   設置步驟，設置主電源電路的初始輸出功率並偵測次電源電路的初始輸出功率；
   額定功率追蹤步驟，調整主電源電路的輸出功率，使次電源電路的輸出功率等於額定功率；
   保持步驟，保持主電源電路的輸出功率第一預定時間；
   額定功率變化判斷步驟，判斷次電源電路額定功率的變化情況；
   當次電源電路額定功率增大時，再次執行額定功率追蹤步驟；
   當次電源電路額定功率變小時，增大主電源電路的輸出功率，並使主電源電路的輸出功率的增大量等於次電源電路輸出功率的減小量；以及
   當次電源電路額定功率不變時將主電源電路的輸出功率增大，且增大量等於該第三預定閾值。
8. 如申請專利範圍第7項所述的電源電路控制方法，其中，該額定功率追蹤步驟包括：
   將主電源電路的初始輸出功率減少，且該減少量等於該第一預定閾值，以調整次電源電路的輸出功率；
   偵測調整後的次電源電路的輸出功率；以及
   判斷調整後的次電源電路的輸出功率是否增加，且增大量等於該第二預定閾值。
9. 如申請專利範圍第8項所述的電源電路控制方法，其中，當調整後次電源電路的輸出功率減去調整前次電源電路的輸出功率的差值小於等於第二預定閾值時則返回執行保持步驟。
10. 如申請專利範圍第8項所述的電源電路控制方法，其中，當調整後次電源電路的輸出功率減去調整前次電源電路的輸出功率的差值大於第二預定閾值時，則返回執行額定功率追蹤步驟。
11. 如申請專利範圍第7項所述的電源電路控制方法，其中，該額定功率變化判斷步驟包括：
    偵測次電源電路的輸出功率；
    判斷次電源電路輸出功率的變化情況；
    當次電源電路功率不變時，將主電源電路的輸出功率減小第三預定閾值；以及
    判斷調整後次電源電路的輸出功率的變化情況。
12. 如申請專利範圍第8所示的電源電路控制方法，其中，該第一預定閾值為：該主電源電路初始輸出功率減小第一預定閾值時，功率控制器產生控制第一開關單元及第二開關單元的PMW控制訊號佔空比被減小的幅度為1%。
13. 如申請專利範圍第8所示的電源電路控制方法，其中，該第二預定閾值為0.5W。
14. 如申請專利範圍第7所示的電源電路控制方法，其中，該第一預定時間為5~10分鐘。