TW201717511A - 用於電力產生之方法、系統及設備 - Google Patents

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Abstract

一種用於將電力供應至一裝置之電力產生設備包括連接至一電源之一組端子、以及一電力調節階段,其包括連接至該等端子之一輸出的一增壓轉換器,來以一預定增加的輸出準位輸出能量。該電力調節階段亦包括一能量儲存構件,其選擇性連接至該增壓轉換器,來用於接收與儲存來自該增壓轉換器之能量,以及該電力調節階段之一輸出的其中之一。該設備亦包括一控制器,其與該電力調節階段通訊並組配來取得該能量儲存構件之一儲存準位;以及基於該儲存準位,將該能量儲存構件交替地連接至(i)該增壓轉換器輸出來從該增壓轉換器收集能量,以及(ii)該電力調節階段輸出來遞送該能量。

Description

用於電力產生之方法、系統及設備
發明領域 本規格說明一般係有關於電力產生,而更特定於用於將電力供應至一裝置之方法、系統及裝置。
相關申請案之交互參照 本申請案係主張於2015年9月25日申請之美國臨時專利申請案第62/233097號之優先權,其內容合併於本文中以供參考。
發明背景 現今使用許多各種不同的可攜式電子裝置,其中許多裝置需要電池電力來操作。然而,某些實施例中,取得替換電池、實際替換該設備(例如,一醫藥設備的情況中)之電池,可能相當困難或不可能。在無該類電池與方法來將其充電的情況下(例如,主要電力),該類設備會有一段時間週期成為無法操作的風險。
發明概要 根據本規格說明之一觀點,其提供用於將電力供應至一裝置之一電力產生設備,該電力產生設備包含:一組連接至一電源之端子;一電力調節階段,其包括:一連接至該等端子之一輸出的增壓轉換器,來以一預定增加的輸出準位輸出能量;以及一能量儲存構件,其選擇性連接至下列其中之一:(i)該增壓轉換器,來用於接收與儲存來自該增壓轉換器之能量,以及(ii)該電力調節階段之一輸出,來用於將能量遞送至該電力調節階段輸出;以及一控制器,其與該電力調節階段通訊並組配來執行下列步驟:取得該能量儲存構件之一儲存準位;以及基於該儲存準位,將該能量儲存構件交替地連接至(i)該增壓轉換器輸出來從該增壓轉換器收集能量,以及(ii)該電力調節階段輸出來遞送該能量。
較佳實施例之詳細說明 圖1描繪用於對一電氣供電裝置104供電之一系統100。系統100包括一電源106以及用於將電力從電源106遞送至裝置104之一電力產生設備108。裝置104可為各種不同的電氣供電設備,諸如一手錶、一可攜式計算設備(例如,一智慧型手機、平板電腦等等)、或一地理位置定位設備(例如,承載用於追蹤一寵物、兒童、車輛等等之一GPS感測器與一通訊介面)的任何一種。裝置104亦可為可連接至上述設備之任何一個、或其組合的一充電器。
電源106可作為各種不同電源之任何一種來予以執行。本範例中,電源106包括一熱電堆陣列(例如,串聯安排之一8x8熱電堆陣列)。熱電堆用以回應溫度梯度而產生電氣輸出,諸如藉由發出具有波長約8與14微米之紅外線輻射(亦參照為長波紅外線、或溫度紅外線)來引起。如現在很明顯地,上述輻射對應由許多溫血動物,特別是諸如人類之哺乳動物發出來作為體熱的輻射。如將於下文更詳細說明,本實施例之電源106係安裝來用以回應由體熱於該等熱電堆間建立之溫度梯度而產生電氣輸出。
其他實施例中,電源106亦可包括串聯安排之額外熱電堆陣列、以及一或多個更大陣列(亦即,其具有更大量的熱電堆元件)。除了上述熱電堆陣列外、或替代上述熱電堆陣列,電源106亦可包括各種不同的其他電源。其他的電源範例包括壓電元件陣列(其用以響應機械變形來產生電力)、光電面板、等等。
如現在很明顯地,上述電源(特別是基於熱電堆與壓電技術的電源)典型產生對電力裝置104而言是未調節、不足夠的輸出準位。例如,上述熱電堆陣列的每一元件典型可產生約1與5毫伏間之一輸出電壓。如本文所述,設備108接收電源106之原始輸出以及供裝置104使用之原始輸出的條件。
為此,設備108包括連接至電源106之一組端子。簡言之,設備108從該等端子的一輸出接收能量,來遞送至下文說明之調節構件。設備108包括一前置放大器階段112以及一電力調節階段116與一次要電力調節階段120。如將於下文更詳細說明,某些實施例中,上述階段的其中之一或多個可加以省略。然而,本實施例中,所有三個階段之功能將如下說明。
前置放大器階段112包括連接至上述端子的一輸出之一放大器124,來以一輸出準位(例如,一熱電堆之上述毫伏準位輸出)接收能量、並於該放大器之一輸出產生一放大輸出。本範例中,放大器124為一運算放大器。放大器124亦可作為一運算放大器級聯組合來予以執行。例如,本實施例之放大器124包括具有約20之一增益的一第一運算放大器、以及與該第一運算放大器級聯、具有約100之一增益的一第二運算放大器。因此,放大器124之總增益約為2000。
前置放大器階段112亦包括一緩衝器128。其它實施例中,雖然緩衝器128可忽略,但本實施例中,緩衝器128係包括來控制從上述運算放大器之輸出汲取的電流。
前置放大器階段112之輸出施加至電力調節階段116之一輸入。一般而言,電力調節階段116組配來增加從前置放大器階段112接收之放大輸出的一輸出準位(例如,一電壓)。因此,電力調節階段116包括直接連接至該前置放大階段之輸出(而因此經由該前置放大階段連接至上述端子之一輸出)的一增壓轉換器132。亦可使用任何適當的習知增壓轉換器(例如,具有MOSFET電力輸出之一高效率切換增壓轉換器,諸如來自凌力爾特科技公司之一模型LT 1303轉換器)。
增壓轉換器132可以來自前置放大器階段112之一給定電壓與電流來接收電能、並以等於或大於該輸入電壓之一輸出電壓、與等於或小於該輸入電流之一輸出電流來輸出電能。增壓轉換器132之輸出於本文可參照為具有一增加的輸出準位,表示該增壓轉換器之輸出電壓相對該增壓轉換器之輸入電壓為增加的。該增加的輸出準位可基於該裝置104之需求來預定。例如,增壓轉換器132可預組配來產生25伏特之一輸出準位。某些實施例中,增壓轉換器132之輸出可,例如,由一達靈頓放大器或一雙MOSFET放大器(未顯示)來緩衝。
電力調節階段116亦包括一能量儲存構件136。本實施例中,能量儲存構件136可作為一電容器來予以執行。例如,能量儲存構件136可為一超級電容器(例如,一電雙層電容器)。能量儲存構件136僅為舉例解說來提供之一特別範例為額定為25伏特之一2200-4400微法拉超級電容器。
能量儲存構件136組配來於兩個輸出連接之間作選擇性切換。該第一連接係連至增壓轉換器132之輸出,針對能量儲存構件136用來接收與儲存來自增壓轉換器132之能量。該第二連接係連至電力調節階段116之輸出,針對能量儲存構件136用來將儲存其中之能量遞送至裝置104(本實施例中,經由次要電力調節階段120)。換言之,能量儲存構件136可於一充電模式(接收與儲存來自增壓轉換器132之能量)與一放電模式(將先前儲存之能量遞送至電力調節階段116之一輸出)間切換。
一般而言,次要電力調節階段120組配來減少從電力調節階段116接收之輸出的一輸出準位(例如,一電壓)。因此,次要電力調節階段120包括直接連接至電力調節階段116之輸出(而因此經由前置放大階段112與電力調節階段連接至上述電源106端子之一輸出)的一降壓轉換器140。亦可使用任何適當的習知降壓轉換器(例如,具有MOSFET電力輸出之一高效率降壓轉換器,諸如來自凌力爾特科技公司之一模型LTC 1149轉換器)。
降壓轉換器140可從電力調節階段116(特別是,從能量儲存構件136)以一給定電壓與電流來接受電能、以及以小於或等於該輸入電壓之一輸出電壓、與等於或大於該輸入電流之一輸出電流來輸出電能。降壓轉換器140之輸出於本文參照為具有一降低的輸出準位,表示該降壓轉換器之輸出電壓相對該降壓轉換器之輸入電壓為減少的。該減少的輸出準位可基於該裝置104之需求來預定。例如,降壓轉換器140可預組配來產生5伏特之一輸出準位,因此將該電壓從電力調節階段116減弱一因素五、以及將該電流增強一因素五。某些實施例中,降壓轉換器140之輸出可,例如,由一達靈頓放大器或一雙MOSFET放大器(未顯示)來緩衝。
電力調節階段116亦包括一能量儲存構件144。本實施例中,能量儲存構件144可作為一電容器,諸如一超級電容器來予以執行。能量儲存構件144僅為舉例解說來提供之一特別範例為一1法拉5伏特電容器。
能量儲存構件144組配來於兩個輸出連接之間作選擇性切換:該第一連接,連至降壓轉換器140之輸出,針對能量儲存構件144用來接收與儲存來自降壓轉換器140之能量。該第二連接係連至次要電力調節階段120之一輸出,針對能量儲存構件144用來將儲存其中之能量遞送至裝置104。亦即,能量儲存構件144可於一充電模式(接收與儲存來自降壓轉換器140之能量)與一放電模式(經由次要電力調節階段120之一輸出將先前儲存之能量遞送至裝置104)間切換。
設備108亦包括與電力調節階段116以及次要電力調節階段120通訊之一控制器148。特別是,如將於下文更詳細說明,控制器148組配來管理能量儲存構件136與144之充電與放電模式。控制器148包括一或多個積體電路(IC),包括組配來儲存電腦可讀指令與資料之一記憶體、組配來執行該等電腦可讀指令以產生輸出資料之一處理器、以及用於將控制器148連接至設備108的其他構件之一通訊介面。本實施例中,控制器148可作為一超低電力微控制器來予以執行(例如,德州儀器MSP430或微芯科技XLP),其組配來儲存與執行一韌體應用程式以便從設備108的某些構件收集資料與發出控制信號至該等構件。如圖1所示,(相較於用來指出電力傳輸之實線)控制器148與設備100之其他構件間的通訊連接以虛線顯示。
如現在很明顯地,系統100之某些構件,諸如控制器148與放大器124,具有電力輸入的需求。某些實施例中,電源106之相當小輸出可足以符合該等電力需求。然而,本實施例中,系統100包括一輔助電源152,其組配來產生控制器148與具有作用中電力需求之任何其他構件的電力。輔助電源152之範例將於下文更詳細說明。
現來到圖2,根據某些實施例,其提供設備108之一更詳細圖形。特別是,放大器124繪示為具有指向該非反相輸入、來自電源106之輸入的一運算放大器。放大器124之輸出依次連接至緩衝器128,該繪示實施例中其作為並聯安排之一對BJT電晶體來予以執行。雖然未繪示,但放大器124或緩衝器128之輸出可(沿該圖形之左側)連接至接地,而該運算放大器之非反相輸入亦可經由任何適當的電阻器來連接至接地。
因此,該放大器124輸出可施加至每一電晶體之基極,而每一電晶體之射極連接至增壓轉換器132(亦即,至電力調節階段116)。如圖2所示,輔助電源152亦將電力提供至該運算放大器與該等電晶體之集極端子。
圖2中亦顯示增壓轉換器132、降壓轉換器140、以及能量儲存構件136與144。設備108包括用於在上述連接間切換能量儲存構件136之一交換器200、以及用於在其兩連接間切換能量儲存構件144之一交換器204。增壓轉換器132與降壓轉換器140亦可包括經由來自控制器148之控制信號來致動的關機交換器或接腳。因此,能量儲存構件136將能量放電至降壓轉換器140時,控制器148可組配來將增壓轉換器132關機。
交換器200與204可由控制器148來控制以便在其充電與放電模式之間交替能量儲存構件136與144。現參照圖3,其繪示控制能量儲存充電與放電之一方法300。方法300之方塊經由執行上述韌體而由控制器148來執行。可考量針對能量儲存構件136與144之每一個,方法300之分開實例可由控制器148來執行。
方塊305中,控制器148組配來取得該相關能量儲存構件之一儲存狀態。該儲存狀態可由,例如,該能量儲存構件之端子間的一電壓讀數來取得。方塊310中,控制器148組配來決定該儲存狀態是否低於一較低臨界值(指出該儲存構件實質上放電)、高於一較高臨界值(指出該儲存構件實質上完全充電)、或該等兩臨界值之間。
該儲存狀態低於該較低臨界值時,方塊315中,控制器148組配來將該儲存構件設定為該充電模式。本範例中,能量儲存構件136可藉由設定交換器200來置於該充電模式以連接至增壓轉換器132。
該儲存狀態高於該較高臨界值時,方塊320中,控制器148組配來將該儲存構件設定為該放電模式。本範例中,儲存構件136可藉由設定交換器200來置於該放電模式以連接至降壓轉換器140(並與該增壓轉換器132中斷連接,能量儲存構件136位於該放電模式時其亦可為關機)。
上述較高臨界值不需為一電壓參數。某些實施例中,控制器148可組配來不用以響應一儲存構件達到一某電壓、但用以響應方塊305中取得之電壓實質上維持固定一段臨界時間週期(例如,10毫秒)而行進至方塊320。
方塊305中取得之儲存狀態不降至該較低臨界值以下亦不升至該較高臨界值以上時,方塊325中,控制器148組配來將該儲存構件維持在目前模式,並返回方塊305。交換器200與204之操作頻率會隨儲存構件136與144之容量、以及隨來自電源106之輸入以及裝置104之負載需求而改變。本實施例中,由於一熱電堆電源與諸如需要電力5伏特之一可攜式計算裝置的一裝置104,故可考量每一能量儲存裝置於約30赫茲之一頻率時在模式間切換。
如上所註,控制器148與設備108之某些其他構件需要電力輸入。來到圖4,其繪示輔助電源152之一第一實施例。輔助電源152包括一電源400,諸如一或多個熱電堆陣列、一光電產生器、一或多個壓電元件陣列、等等。
輔助電源152亦包括一自我供電電力調節階段。圖4之圖形中,該自我供電電力調節階段可作為以一自我振盪返馳轉換器404的型式之一第一增壓轉換器來予以執行。轉換器404接受來自電源400之輸入並產生具有比該輸入還大的電壓與還小的電流之輸出。如圖4所示,該調節階段亦可包括一次要增壓轉換器408,其如上述與增壓轉換器132實質連接。轉換器408從轉換器404接收輸出、並進一步增強電壓且減弱電流。例如,某些實施例中,提供至控制器148之最後輸出準位可為3.3伏特。
圖5描繪輔助電源152之另一實施例。圖5所示之實施例中,輔助電源152包括以一或多個光電面板的型式之一電源500,其輸出係指向一習知最大量電力點追蹤(MPPT)控制器,其組配來將來自該電源500之電壓增強或減弱以匹配連接至該MPPT輸出之一能量儲存構件508的需求。該能量儲存構件508可作為一電容器來予以執行。該類實施例中,控制器148可組配來於充電與放電模式之間切換能量儲存構件508。
如先前所註,某些實施例中,一或多個前置放大器階段112、電力調節階段116與次要電力調節階段120可加以省略。例如,若電源106能夠產生足夠電壓(例如,若可使用足夠數量的熱電堆),則前置放大器階段112可加以省略。
某些實施例中,前置放大器階段112可加以省略且電力調節階段116與120可組合為一單一電力調節階段。該類實施例繪示於圖6。一電力調節階段116'包括一併合降壓增壓轉換器600(替代增壓轉換器132與降壓轉換器140)、與能量儲存構件136。圖6之實施例可期待來於旁邊執行一電源106,諸如一光電面板。該類面板可實質產生比一熱電堆陣列還大的電壓,來降低或消除前置放大的需求。此外,一太陽能面板(或面板組合)有時可產生電源106之輸出需要一電壓減弱而非增強的足夠電壓。很明顯地對業界熟於此技者而言,轉換器600組配來於一增壓模式與一降壓模式之間自動切換,以維持一預定目標輸出電壓。
本實施例中,能量儲存構件136可作為一或多個電容器來予以執行。例如,能量儲存構件136可作為額定為5伏特之一對1法拉超級電容器來予以執行。超過一個電容器來執行時,一作用中或被動平衡電路(未顯示)亦可用來平衡該等電容器間之電荷準位。
電力調節階段116'可於用來對一可攜式計算設備,諸如一智慧型手機之電池充電的一充電器中執行。因此,圖6之實施例中,控制器148組配來於一脈衝模式與一連續放電模式之間切換電力調節階段116'之輸出模式。來到圖7,其描繪控制器148執行之能量儲存管理的一方法700。
方塊705中,控制器138組配來決定該儲存狀態(以類似上文說明結合方法300之一方式取得)是否低於一較低臨界值,其指出能量儲存構件136為放電。該決定為肯定時,方塊710中,控制器138組配來將能量儲存構件136置於該充電模式,來接收與儲存來自轉換器600之能量。方塊715中,控制器148組配來決定能量儲存構件136是否已充電(亦即,該儲存狀態是否已上升至一較高臨界值以上)。方塊715之決定為否定時,能量儲存構件136維持在該充電模式。
另一方面,方塊715之決定為肯定時,其指出能量儲存構件136已重新充電,方法700之效能行進至方塊720。方塊720中,控制器148組配來致動該放電模式,來開始將能量從能量儲存構件136供應至裝置104(本實施例中,為上述設備充電器)。
方塊725中,控制器148組配來監控能量儲存構件136之放電速率(例如,該電容器之電壓改變的速率)、並決定該速率是否超過一預定放電速率。例如,控制器148可組配來從能量儲存構件136衍生一電流輸出、並決定該輸出是否大於一預定臨界值500毫安。方塊725之決定為否定時,控制器138返回方塊705。換言之,於低放電速率時,控制器148允許能量儲存構件136來持續放電。
然而,方塊725之決定為肯定時,控制器148行進至方塊730,其中一預定計時器會啟動,接著能量儲存構件136切回該充電模式。換言之,檢測到高放電速率時(指出來自裝置104之一高負載需求,其依次指出一空乏設備電池),控制器148組配電力調節階段116'來以脈衝方式將電力遞送至裝置104。
有各種不同的組合可執行來支援本文所述之構件。例如,設備108可包括以(例如,一手錶、適能與健康監控等等之)一腕套、頸圈(例如,針對一寵物或其他地球定位器)、背包、安全帽、等等的型式之一外罩,來攜帶承受上述構件之一彈性基體(例如,凱通(耐熱塑膠模))。電源106(以及,若有使用的話,輔助電源152)可由該外罩來支撐以便擷取該相關能量輸入。因此,例如,熱電堆可沿一腕套之內表面或一背包之背帶(以及該背包的背部之外表面)來放置。如另一範例中,電源106包括壓電元件時,該等壓電元件可作為安裝於一密封空間且一端固定之一薄膜來予以執行。因此,移動(例如,攜帶該外罩的人移動)可使該薄膜之相對端於該密封空間擺動。
業界熟於此技者可體認某些實施例中,控制器148及其相關韌體之功能可使用預先規劃的硬體或韌體元件(例如,特殊應用積體電路(ASIC)、電子可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、等等)、或其他相關構件來執行。
該等請求項之範疇不應由上述範例中提出之實施例來加以限制,而應該整體給定與該說明一致的最廣泛闡述。
100‧‧‧系統
104‧‧‧電氣供電裝置
106、400、500‧‧‧電源
108‧‧‧電力產生設備
112‧‧‧前置放大器階段
116、116'‧‧‧電力調節階段
120‧‧‧次要電力調節階段
124‧‧‧放大器
128‧‧‧緩衝器
132‧‧‧增壓轉換器
136、144、508‧‧‧能量儲存構件
138、148‧‧‧控制器
140‧‧‧降壓轉換器
152‧‧‧輔助電源
200、204‧‧‧交換器
300、700‧‧‧方法
305、310、315、320、325、705、710、715、720、725、730‧‧‧方塊
404‧‧‧自我振盪返馳轉換器
408‧‧‧次要增壓轉換器
600‧‧‧併合降壓增壓轉換器
本文實施例係參照下列圖形來說明,其中:
圖1描繪一根據一非限制實施例之電力產生系統;
圖2更詳細描繪一根據一非限制實施例之圖1的電力產生系統;
圖3描繪一根據一非限制實施例之能量儲存管理的方法;
圖4描繪一根據一非限制實施例,圖1之系統的輔助電源;
圖5描繪一根據另一非限制實施例,圖1之系統的輔助電源;
圖6描繪一根據另一非限制實施例之電力產生系統;以及
圖7描繪一根據另一非限制實施例之能量儲存管理的方法。
100‧‧‧系統
104‧‧‧電氣供電裝置
106‧‧‧電源
108‧‧‧電力產生設備
112‧‧‧前置放大器階段
116‧‧‧電力調節階段
120‧‧‧次要電力調節階段
124‧‧‧放大器
128‧‧‧緩衝器
132‧‧‧增壓轉換器
136、144‧‧‧能量儲存構件
140‧‧‧降壓轉換器
148‧‧‧控制器
152‧‧‧輔助電源

Claims (17)

  1. 一種用於將電力供應至一裝置之電力產生設備,該電力產生設備包含:               一組連接至一電源之端子;               一電力調節階段,其包括:              一連接至該等端子之一輸出的增壓轉換器,來以一預定增加的輸出準位輸出能量;以及             一能量儲存構件,其選擇性連接至下列其中之一:(i)該增壓轉換器,來用於接收與儲存來自該增壓轉換器之能量,以及(ii)該電力調節階段之一輸出,來用於將能量遞送至該電力調節階段輸出;以及             一控制器,其與該電力調節階段通訊並組配來執行下列步驟:            取得該能量儲存構件之一儲存準位;以及            基於該儲存準位,將該能量儲存構件交替地連接至(i)該增壓轉換器輸出來從該增壓轉換器收集能量,以及(ii)該電力調節階段輸出來遞送該能量。
  2. 如請求項第1項之電力產生設備,該電力調節階段更包含一降壓-增壓轉換器,其用來執行該增壓轉換器與一降壓轉換器,來以該預定增加的輸出準位與一預定減少的輸出準位之一選擇的準位來輸出能量。
  3. 如請求項第2項之電力產生設備,該能量儲存構件包含至少一對電容器。
  4. 如請求項第3項之電力產生設備,更包含:                一連接至該成對電容器之平衡電路。
  5. 如請求項第4項之電力產生設備,該平衡電路包含與該控制器通訊之一作用中平衡電路;該控制器更組配來基於該成對電容器之每一個的能量儲存準位之一比較來控制該作用中平衡電路。
  6. 如請求項第2、3、4、5項之任一項的電力產生設備,該控制器更組配來執行下列步驟:               基於該能量儲存構件之一放電速率,於一連續模式與一脈衝模式之一選擇模式中,將該能量儲存構件連接至該電力調節階段輸出。
  7. 如請求項第1、2、3、4、5、6項之任一項的電力產生設備,其中該電源包括一熱電堆陣列、一光電陣列、以及一壓電陣列的其中之一或多個。
  8. 如請求項第1項之電力產生設備,更包含:               一前置放大階段,其連接於該等端子之一輸出與該電力調節階段之間,來針對施加該電力調節階段之增壓轉換器的一輸入以產生一放大輸出。
  9. 如請求項第8項之電力產生設備,該前置放大階段包含至少一個運算放大器,其具有連接至該等端子之輸出來產生該放大輸出之一輸入。
  10. 如請求項第9項之電力產生設備,該前置放大階段更包含連接至該運算放大器之一輸出的一緩衝構件。
  11. 如請求項第10項之電力產生設備,該緩衝構件包含具有連接來接收該放大輸出之一基底端子的至少一個雙極性接面電晶體。
  12. 如請求項第8、9、10、11項之任一項的電力產生設備,更包含: 一次要電力調節階段,其包括:                    一降壓轉換器,其連接至該電力調節階段之一輸出,來以一預定減少的輸出準位輸出能量;以及               一次要能量儲存構件,其選擇性連接至下列其中之一:(i)該降壓轉換器,來用於接收與儲存來自該降壓轉換器之能量,以及(ii)該次要電力調節階段之一輸出,來用於將能量遞送至該裝置。
  13. 如請求項第8、9、10、11、12項之任一項的電力產生設備,更包含: 一組輔助端子來連接至一輔助電源以便將能量供應至該控制器。
  14. 如請求項第13項之電力產生設備,其中該輔助電源包含一光電陣列;該電力產生設備更包含: 一連接至該等輔助端子之一輸出的最大量電力點追蹤(MPPT)控制器;以及 一輔助能量儲存構件,其選擇性連接至下列其中之一:(i)該MPPT控制器,來用於接收與儲存來自該MPPT控制器之能量,以及(ii)該控制器。
  15. 如請求項第13項之電力產生設備,更包含:                 一輔助電力調節階段,其包括:                      一連接至該等端子之一輸出的輔助增壓轉換器,來將能量輸出至該控制器。
  16. 如請求項第15項之電力產生設備,該輔助電力調節階段更包含:              一連接於該等輔助端子之輸出與該增壓轉換器之間的自我振盪返馳轉換器。
  17. 如請求項第15項之電力產生設備,其中該輔助電源包括一熱電堆陣列、一光電產生器、以及一壓電陣列的其中之一或多個。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019086328A1 (en) * 2017-10-31 2019-05-09 Signify Holding B.V. Power supply circuit and power supply method
EP3500067A1 (en) * 2017-12-14 2019-06-19 Signify Holding B.V. Power supply circuit and power supply method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9263895B2 (en) * 2007-12-21 2016-02-16 Sunpower Corporation Distributed energy conversion systems
US8179698B2 (en) * 2008-03-25 2012-05-15 Delta Electronics, Inc. Power converter system that operates efficiently over a range of load conditions
US8233298B2 (en) * 2008-06-05 2012-07-31 Delta Electronics, Inc. Power factor correction rectifier that operates efficiently over a range of input voltage conditions
US8120424B2 (en) * 2010-06-15 2012-02-21 Intersil Americas Inc. Class AB output stages and amplifiers including class AB output stages
US10050557B2 (en) * 2012-09-07 2018-08-14 Agency For Science, Technology And Research Energy harvesting apparatus and a method for operating an energy harvesting apparatus

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