TWI398072B - 電力轉換電路及其轉換方法 - Google Patents

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Description

電力轉換電路及其轉換方法
本發明係關於一種電力轉換電路，特別是一種太陽能系統中的電力轉換電路和電力轉換的方法。
太陽能系統包括一光電板或太陽能板，當其暴露在光線下時可產生直流電能。太陽能板具有順向-逆向(Positive-Negative,PN)PN接面接面架構，且具有類似PN接面二極體的特性。當光子撞擊PN接面時，PN接面中電子和電洞的重組可產生一電流。然而，太陽能板提供的電能(power)多寡係取決於工作環境，例如：光密度、天氣、位置和溫度。因此，太陽能板所能生產的電能不穩定。
本發明提供了一種電力轉換電路，包括：一太陽能板，產生具有一輸出電壓的一電能；以及一能量轉換電力轉換器，耦接至該太陽能板，並選擇性地工作於一充電模式和一供電模式，其中，在該充電模式中，該能量轉換電力轉換器將該電能，從該太陽能板傳送到一電源，並將該輸出電壓維持在一臨界電壓值，且其中，在該供電模式中，該能量轉換電力轉換器將該電能從該電源傳送到一負載。
本發明還提供了一種電力轉換方法，包括：接收具有 一輸出電壓的一電能；從一充電模式和一供電模式中選擇至少一工作模式；在該充電模式中，將該輸出電壓維持在一臨界電壓值；在該充電模式中，將該電能傳送到一電源；以及在該供電模式中，將該電能從該電源傳送到一負載。
本發明還提供了一種電力轉換電路，包括：一能量轉換電力轉換器，耦接至一太陽能板，並選擇性地工作於一充電模式和一供電模式，其中，該太陽能板將光能轉換為電能，並提供一輸出電壓，該能量轉換電力轉換器包括：一功率級，在該充電模式中，該功率級利用將來自該太陽能板的該電能對一電池充電，且在該供電模式中，傳送該電池的電能以對一負載供電；以及一控制器，耦接至該功率級，並根據該輸出電壓和一臨界電壓值的一比較結果從至少該充電模式和該供電模式中選擇一工作模式，並在該充電模式中將該輸出電壓維持在該臨界電壓值。
以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述，但應理解這並非意指將本發明限定於這些實施例。相反地，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界定的本發明精神和範圍內所定義的各種變化、修改和均等物。
此外，在以下對本發明的詳細描述中，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細 節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大家熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。
根據本發明一實施例提供了一種電力轉換電路。電力轉換電路包括能量電力轉換器和電源(例如：太陽能板)。太陽能板可將光能轉換為電能，並可提供輸出電壓。電力轉換器可根據太陽能板的輸出電壓選擇性地至少工作於充電模式和供電模式。在充電模式下，電力轉換器可將來自太陽能板的電能傳送到電池。在供電模式下，電力轉換器可將電池的電能傳送到負載。
在一實施例中，電力轉換器可根據比較太陽能板的輸出電壓和臨界電壓值的比較結果選擇工作模式。優點在於，在充電模式中，電力轉換器可控制太陽能板的輸出電壓或電流(例如，將太陽能板的輸出電壓保持在臨界電壓值)，使太陽能板可產生最大功率(maximum power)輸出。因此，電力轉換電路的效率可得到改善。此外，在充電模式和供電模式下，電力轉換器採用單一功率級(例如，開關電路和電感)完成不同的電能轉換。因此，電力轉換電路可簡化，其成本可降低。
圖1所示為根據本發明一實施例電力轉換電路100的電路圖。電力轉換電路100包括太陽能板102、電池134、電力轉換器103和負載。在一實施例中，負載包括發光二極體(Light Emitting Diode,LED)串138。發光二極體串138包括串聯耦接的LED 138A、138B……138N。電力轉換器103耦接於太陽能板102，用於對電池134充電，並 對發光二極體串138供電。電力轉換器103包括二極體108、控制器110和包括高端開關126、低端開關128和電感130的功率級180。太陽能板102和發光二極體串138耦接至高端開關126。電池134透過電感130和電阻132耦接至高端開關126和低端開關128。在一實施例中，功率級180可使用來自太陽能板102的電能對電池134充電，或提升電池134的電壓以對發光二極體串138供電。電容136與發光二極體串138並聯，以在對發光二極體串138供電時過濾輸出電壓或電流的漣波。
在一實施例中，高端開關126和低端開關128可為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。電池134可為包括一或多個電池單元(例如：鋰離子電池單元、鎳鎘電池單元或鉛酸電池單元等)之可充電電池組。
控制器110可被設置以產生用於分別控制高端開關126和低端開關128的高端開關驅動信號114和低端開關驅動信號116。控制器110還包括多個輸入引腳，例如：VSP引腳112、ICHP引腳118、ICHM引腳120、CSP引腳122和CSN引腳124。在一實施例中，控制器110包括調整器160和驅動器170。調整器160耦接至輸入引腳，並產生一調整信號。在一實施例中，調整信號係為一脈波寬度調變(PWM)信號190。驅動器170耦接至調整器160，用於根據PWM信號190產生高端開關驅動信號114和低端開關驅動信號116。在一實施例中，高端開關驅動信號114和低端開關驅動信號116交替地致能高端開關126和低端開關128。假設PWM信號190是一個PWM信號，當PWM信 號處於高電位狀態時，高端開關126被致能且低端開關128被除能。這種狀態被稱為開關閉合(switch-on)狀態。同理，當PWM信號處於低電位狀態時，高端開關126被除能而低端開關128被致能。這種狀態被稱為開關斷開(switch-off)狀態。因此，開關閉合狀態的持續時間和開關斷開狀態的持續時間之間之比值可由PWM信號的責任週期來決定。
電力轉換器103可在多個操作模式下工作。操作模式包括充電模式和供電模式，但並不以此為限。在白天或相對明亮的環境下，太陽能板102可將光能轉換為電能，電力轉換器103可工作在充電模式，例如：電力轉換器103透過將來自太陽能板102的電能傳送到電池134以對電池134充電。此外，在圖1的例子中，太陽能板102在充電模式中可同時對發光二極體串138和電池134供電。在夜間或相對黑暗的環境下，電力轉換器103工作在供電模式，例如，電力轉換器103將電池134的電能傳送到發光二極體串138以對發光二極體串138供電。當太陽能板102暴露在光線下時(例如，人造光或太陽光)，太陽能板102可在節點152上產生具有輸出電壓VSOLAR和輸出電流ISOLAR的電能。太陽能板102的特性將在圖2和圖3中詳細描述。
在一實施例中，電力轉換器103可監測輸出電壓VSOLAR，並根據輸出電壓VSOLAR選擇性地工作於充電模式和供電模式。可由表示輸出電壓VSOLAR的VSP引腳112上的電壓決定電力轉換器103工作於充電模式還是供電模式下。如果VSP引腳112上的電壓大於臨界電壓值(例如：當太陽 能板102處在相對明亮之條件下)，電力轉換器103可工作在充電模式。如果VSP引腳112上的電壓小於臨界電壓值(例如：當太陽能板102處在相對黑暗之條件下)，電力轉換器103可工作在供電模式。
如上所述，開關閉合狀態的持續時間和開關斷開狀態的持續時間之比值可由PWM信號的責任週期決定。此外，開關閉合狀態的持續時間和開關斷開狀態的持續時間之比值決定在充電模式下流經電池134的充電電流ICHARGE以及在供電模式下流經發光二極體串138的工作電流ILED_ON。因此，充電電流ICHARGE和工作電流ILED_ON可透過PWM之PWM信號190進行調整。在充電模式中，PWM信號190透過調整充電電流ICHARGE調整太陽能板102的輸出電流ISOLAR。
圖2所示為根據本發明一實施例太陽能板102的電流-電壓例示曲線圖200。如圖2的例子所示，在特定的光照強度下，當太陽能板102工作在點202(在本發明中稱為最大功率點)時，太陽能板102可產生最大電能。在最大功率點202上，太陽能板102的輸出電壓VSOLAR_MPP和輸出電流ISOLAR_MPP的乘積具有最大位準(level)。此外，太陽能板102的輸出電壓VSOLAR隨著太陽能板102的輸出電流ISOLAR的增加而降低。對於一個特定太陽能板102而言，最大功率點輸出電壓VSOLAR_MPP和最大功率點輸出電流ISOLAR_MPP在製作太陽能板102時即決定。例如，使用者可從太陽能板102的數據表或說明書中獲得這些參數。
圖3所示為根據本發明一實施例太陽能板102處於不 同光照強度下的電流-電壓例示曲線圖300。根據曲線302~310，太陽能板102的輸出電壓VSOLAR和輸出電流ISOLAR隨著光照強度的降低而減小。同理，太陽能板102的輸出電壓VSOLAR和輸出電流ISOLAR隨著光照強度的增加而增大。因此，如果光照強度降低，太陽能板102可透過降低輸出電流ISOLAR以保持工作在最大功率點上，反之亦然。換言之，透過控制輸出電流ISOLAR，太陽能板102的輸出電壓VSOLAR可被調整到最大功率點輸出電壓VSOLAR_MPP，進而使太陽能板102工作在最大功率點上。
請參考圖1，太陽能板102的最大功率點輸出電壓VSOLAR_MPP可被預設或編程到控制器110中。控制器110的VSP引腳112耦接至由電阻104和106構成的分壓器。VSP引腳112用於感應太陽能板102的輸出電壓VSOLAR。太陽能板102的輸出電流ISOLAR可流經電感130和電阻132以對電池134充電。電阻132上的壓降可表示充電電流ICHARGE，並可被控制器110的ICHP引腳118和ICHM引腳120感應。
控制器110的ICHP引腳118和ICHM引腳120耦接至與電池134串聯的電阻132。可透過ICHP引腳118和ICHM引腳120之間的電壓差VI_CHARGE感應或計算充電電流ICHARGE。在一實施例中，表示充電電流ICHARGE的預設最大電流值ICHARGE_MAX的預設參考電壓VICHPM_MPP可被設定到控制器110中。優點在於，控制器110可透過比較VI_CHARGE和VICHPM_MPP來比較充電電流ICHARGE和預設最大電流值ICHARGE_MAX之間的大小。因此，電力轉換器103可保持充電電流ICHARGE小於預設最大電流值ICHARGE_MAX，進而避免電池134工作於過電流狀 態。
控制器110可交替地致能高端開關126和低端開關128。於是，電感130可交替耦接至太陽能板102和地。因此，高端開關126和低端開關128可用於調整充電電流ICHARGE和/或太陽能板102的輸出電壓VSOLAR。
在白天，當環境光足夠明亮時，太陽能板102可在節點152上產生輸出電壓VSOLAR。控制器110的VSP引腳112可感應輸出電壓VSOLAR。表示在最大功率點之輸出電壓VSOLAR_MPP的預設參考電壓VVSP_MPP可被設定到控制器110中。預設參考電壓VVSP_MPP可由方程式(1)決定：VVSP_MPP=VSOLAR_MPP * R106/(R104+R106) (1)其中，R104表示電阻104的阻值，R106表示電阻106的阻值。如果VSP引腳112的電壓等於或大於預設參考電壓VVSP_MPP，電力轉換器103則工作於充電模式。二極體108正向偏壓以將電池134耦接到太陽能板102。控制器110可控制高端開關126和低端開關128。因此，太陽能板102的輸出電流ISOLAR可流經電感130以對電池134充電。
在充電模式中，電力轉換器103透過調整電池134的充電電流ICHARGE使太陽能板102的輸出電壓VSOLAR保持在臨界電壓值VSOLAR_MPP。更具體的說，在一實施例中，控制器110比較VSP引腳112上的感應電壓和參考電壓VVSP_MPP，並可據此調整PWM信號190。例如，如果VSP引腳112上的感應電壓大於參考電壓VVSP_MPP，控制器110則可增加高端開關126的閉合時間和斷開時間之間的比值，並減小低端開關128的閉合時間和斷開時間之間的比值，例如：透過增 加控制器110所提供之PWM信號190的責任週期。因此，充電電流ICHARGE可增加。因此，太陽能板102的輸出電流ISOLAR可被提升以降低輸出電壓VSOLAR。優點在於，在充電模式中，太陽能板102可透過把輸出電壓VSOLAR調整到臨界電壓值VSOLAR_MPP使太陽能板102工作於最大功率點上。換言之，太陽能板102所產生之最大功率輸出可在充電模式中傳送到電池134。因此，電力轉換電路100的效率可被改善。
當環境光相對較暗時，節點152上的輸出電壓VSOLAR下降，且太陽能板102所產生的電能無法對電池134充電。在一實施例中，如果VSP引腳112上的感應電壓小於參考電壓VVSP_MPP，電力轉換器103可工作於供電模式。二極體108被反向偏置，進而斷開電池134與太陽能板102的連接。在這種情況下，充電電流ICHARGE下降直至電感130內所儲存的能量被耗盡。待流經電感130的電流反向時，電力轉換器103進入供電模式。在供電模式中，電池134的電壓被提升以對發光二極體串138供電。
當電力轉換器103工作在供電模式時，電池134的電壓被提升，以交替地致能高端開關126和低端開關128，進而驅動發光二極體串138。例如，當高端開關126被除能且低端開關128被致能時，來自電池134的電流可流經電感130，且電能被儲存存到電感130中。當高端開關126被致能且低端開關128被除能時，電流流向發光二極體串138，且節點154上的電壓被升高。電容136用於累積來自電感130的電能，並過濾電流和電壓的漣波以對發光二 極體串138供電。因此，當環境光相對較暗時，仍可透過升高電池134的電壓對發光二極體串138供電。
在一實施例中，LED具有臨界電壓值，例如：1.4V至3V，且當LED上的正向偏壓超過臨界電壓值時，LED被點亮。具有N個LED的發光二極體串138的臨界電壓值VLED_TH是單一LED的臨界電壓值的N倍。在一實施例中，如果發光二極體串138的正向偏壓(例如，發光二極體串138上的跨壓)維持高於臨界電壓值VLED_TH，則發光二極體串138上的電壓可保持在恆定的工作電壓VLED_ON，且不受節點154上的電壓波動的影響。
發光二極體串138還具有固有參數，例如：最大工作電流ILED_MAX。電力轉換電路100還包括電阻140。電阻140耦接至發光二極體串138，用於感應發光二極體串138的工作電流ILED_ON。電阻140的電壓VR140可表示工作電流ILED_ON。控制器110的CSP引腳122和CSN引腳124分別耦接至電阻140的兩端。控制器110可透過監測CSP引腳122和CSN引腳124之間的電壓，例如：VR140，來監測工作電流ILED_ON。
在一實施例中，控制器110可將工作電流ILED_ON維持在預設參考電流ILED_REF。ILED_REF可小於ILED_MAX。更具體的說，表示參考電流ILED_REF的預設參考電壓V140_REF可被設定到控制器110中。控制器110透過比較VR140和V140_REF來比較ILED_ON和ILED_REF的大小。如果工作電流ILED_ON大於預設參考電流ILED_REF，控制器110可控制高端開關126和低端開關128以降低工作電流ILED_ON。例如：控制器110可增加PWM信號 190的責任週期，進而減小工作電流ILED_ON。因此，工作電流ILED_ON可被維持在預設參考電流ILED_REF，發光二極體串138也可發射相對穩定之亮度。此外，流經發光二極體串138的工作電流ILED_ON可被控制在小於最大工作電流ILED_MAX以避免過電流狀態。
如果環境光之亮度增加，且VSP引腳112上感應感應電壓等於或大於臨界電壓值(例如，參考電壓VVSP_MPP)時，電力轉換器103可被切換到充電模式。
圖4所示為根據本發明一實施例的圖1中的調整器160實例。圖4中與圖1具有相同元件符號之元件具有相同的功能。圖4將結合圖1進行描述。
在圖4的例子中，調整器160包括五個輸入引腳，用於感應對應的電壓和電流。VSP引腳112用於感應太陽能板102的輸出電壓VSOLAR。ICHP引腳118和ICHM引腳120用於感應充電電流ICHARGE。CSP引腳122和CSN引腳124用於感應發光二極體串138的工作電流ILED_ON。調整器160還包括電流源430、電容428、電阻432、多個誤差放大器402、410和418以及脈波寬度調變信號產生器，例如：比較器434。每個誤差放大器402、410和418具有正輸入端、負輸入端和輸出端。輸出端可輸出與正輸入端和負輸入端之間的電壓差成比例的電壓。
在充電模式中，誤差放大器402用於比較VSP引腳112的感應電壓和預設參考電壓VVSP_MPP大小。預設參考電壓VVSP_MPP表示太陽能板102在最大功率點之輸出電壓VSOLAR_MPP。誤差放大器402的輸出端406透過二極體408耦 接至電流源430。輸出端406上的電壓可由VSP引腳112的感應電壓和預設參考電壓VVSP_MPP的比較結果決定。如果VSP引腳112的感應電壓等於預設參考電壓VVSP_MPP，輸出端406則輸出零電壓。如果VSP引腳112的感應電壓大於預設參考電壓VVSP_MPP，輸出端406則輸出正電壓。如果VSP引腳112的感應電壓小於預設參考電壓VVSP_MPP，輸出端406則輸出負電壓。
此外，在充電模式中，誤差放大器410用於比較ICHP引腳118和ICHM引腳120之間電壓差VI_CHARGE和預設參考電壓VICHPM_MPP。預設參考電壓VICHPM_MPP表示最大充電電流ICHARGE_MAX。在一實施例中，控制器110包括耦接於ICHM引腳120和誤差放大器410的正輸入端之間的電壓源412。電壓源412可提供預設參考電壓VICHPM_MPP。由此，誤差放大器410可監測太陽能板102的輸出電流ISOLAR或充電電流ICHARGE。誤差放大器410的輸出端414透過二極體416耦接至電流源430。與誤差放大器402類似，輸出端414可根據VI_CHARGE和VICHPM_MPP的比較結果輸出零電壓、正電壓或負電壓。
在供電模式中，誤差放大器418用於比較CSP引腳122和CSN引腳124之間電壓差VR140和預設參考電壓V140_REF之間的大小。V140_REF表示預設參考電流ILED_REF。在一實施例中，控制器110包括耦接於CSN引腳124和誤差放大器418的負輸入端之間的參考電壓源420。參考電壓源420可提供參考電壓V140_REF。誤差放大器418的輸出端422透過二極體424耦接至電流源430。二極體424的連接方向與二極 體408和二極體416相反。與誤差放大器402類似，輸出端422可根據VR140和V140_REF的比較結果輸出零電壓、正電壓或負電壓。
比較器434用於在充電模式和供電模式中產生PWM信號190。比較器434的負輸入端接收鋸齒波電壓信號436或其他週期性信號，比如：三角波信號或正弦波信號。比較器434的正輸入端用於接收節點452上的電壓438。節點452耦接至透過電容428耦接於地之COMP引腳426。透過負緣(trailing edge)調變，比較器434可比較鋸齒波電壓信號436和節點452上的電壓438，並根據比較結果在輸出端產生PWM信號190。在圖4的例子中，當節點452上的電壓438增加時，PWM信號190的責任週期增加。同理，當節點452上的電壓438減小時，PWM信號190的責任週期減小。在一實施例中，鋸齒波電壓信號436的頻率決定了PWM信號190的頻率。在一實施例中，為減輕或消除開關噪音，鋸齒波電壓信號436的頻率可大於25KHZ。
在操作中，誤差放大器402、410和418可工作在線性區。當電力轉換電路100開啟時，充電電流ICHARGE和負載電流ILED_ON均可為零。ICHP引腳118、ICHM引腳120、CSP引腳122和CSN引腳124上的電壓均為零。因此，誤差放大器418輸出負電壓。誤差放大器410輸出正電壓。假設節點450上的電壓和節點452上的電壓均為零，則二極體416和424均被反向偏置且除能。
當環境光相對較暗時，VSP引腳112的電壓小於VVSP_MPP。誤差放大器402輸出負電壓。二極體408被正向偏 置。因此，節點450上的電壓下降。此外，電阻432為電容428放電以拉低節點452上的電壓438。因此，PWM信號190的責任週期減小。當PWM信號190的責任週期減小時，節點154上的電壓可增加。二極體108被反向偏置以斷開電池134和太陽能板102之間的連接。因此，電力轉換器103進入供電模式。
待節點154上的電壓達到發光二極體串138的工作電壓時，流經發光二極體串138之工作電流ILED_ON進而點亮發光二極體串138。調整器160之CSP引腳122和CSN引腳124可感應表示工作電流ILED_ON的電壓差VR140。節點154上的電壓隨著PWM信號190的責任週期的減小而持續增加。因此，工作電流ILED_ON增加。當工作電流ILED_ON達到預設參考位準ILED_REF，誤差放大器418輸出正電壓，二極體424被正向偏置以拉高電壓438。由於誤差放大器402透過電阻432拉低電壓438且誤差放大器418拉高電壓438，調整器160進入平衡狀態。在平衡狀態下，電壓438基本保持恆定，且工作電流ILED_ON維持在預設參考位準ILED_REF。
當環境光變亮時，VSP引腳112的電壓增加。如果VSP引腳112的電壓大於預設參考電壓VVSP_MPP，則誤差放大器402在輸出端406上輸出正電壓。二極體408被反向偏置。電流源430對電容428充電以增大電壓438。因此，PWM信號190的責任週期增加。於是，節點154上的電壓減小，且二極體108被正向偏置進而把電池134耦接至太陽能板102。當節點154上的電壓下降到小於發光二極體串138的工作電壓時，工作電流ILED_ON下降到零。誤差放大器418 相應輸出負電壓以除能二極體424。太陽能板102的輸出電流ISOLAR流入電力轉換器103以對電池134充電。因此，電力轉換器103進入充電模式。
在充電模式中，控制器110可將太陽能板102的輸出電壓VSOLAR維持在預設最大功率點之輸出電壓VSOLAR_MPP上。如果VSP引腳112的電壓大於預設參考電壓VVSP_MPP，誤差放大器402在輸出端406上輸出正電壓以反向偏置二極體408。因此，電流源430可對電容428充電以增大PWM信號190的責任週期。因此，充電電流ICHARGE或太陽能板102的輸出電流ISOLAR增加。根據圖2所示，太陽能板102的輸出電壓VSOLAR隨著輸出電流ISOLAR的增加而減小。如果VSP引腳112的電壓小於預設參考電壓VVSP_MPP，則誤差放大器402在輸出端406上輸出負電壓以正向偏置二極體408。因此，二極體408為電容428放電以減小PWM信號190的責任週期。同理，當PWM信號190的責任週期減小時，太陽能板102的輸出電流ISOLAR減小且輸出電壓VSOLAR增大。因此，太陽能板102的輸出電壓VSOLAR可被維持在預設最大功率點之輸出電壓VSOLAR_MPP上，使太陽能板102具有最大功率輸出。
在充電模式中，電力轉換器103可維持充電電流ICHARGE小於預設最大電流位準ICHARGE_MAX以防止過電流狀態的發生。如果環境光充足，VSP引腳112的電壓可大於預設參考電壓VVSP_MPP，且充電電流ICHARGE可達到預設最大電流位準ICHARGE_MAX。此時，誤差放大器410的輸出端414輸出負電壓。二極體416被正向偏置。二極體416為電容428放電以減 小PWM信號190的責任週期。因此，充電電流ICHARGE減小直至充電電流ICHARGE降到小於預設最大電流位準ICHARGE_MAX。因此，可防止過電流狀態的發生。此外，由於充電電流ICHARGE(或太陽能板102之輸出電流ISOLAR)減小，VSP引腳112的電壓增加。因此，誤差放大器402的輸出端406的電壓保持為正，進而除能二極體408。
圖5所示為根據本發明另一實施例電力轉換電路500的一電路圖。圖5中與圖1和圖4中具有相同元件符號之元件具有相同的功能。圖5將結合圖1進行描述。
電力轉換電路500還包括與發光二極體串138串聯的開關562。控制器510可執行與圖1中所示的控制器110相同的功能。此外，控制器510還可比較VSP引腳112的電壓和內部預設電壓VPRESET的大小，並可根據比較結果產生發光二極體控制信號560以控制開關562。在一實施例中，內部預設電壓VPRESET與參考電壓VVSP_MPP不同。當VSP引腳112的電壓小於內部預設電壓VPRESET時，開關562導通。當VSP引腳112的電壓大於內部預設電壓VPRESET時，開關562斷開。在一實施例中，內部預設電壓VPRESET可等於或小於驅動發光二極體串138所需的工作電壓(例如：發光二極體串138之臨界電壓值VLED_TH)，並小於參考電壓VVSP_MPP。
因此，在一實施例中，當VSP引腳112的感應電壓大於參考電壓VVSP_MPP時，電力轉換器503工作於充電模式且開關562斷開(停止對發光二極體串138供電)。當VSP引腳112的感應電壓小於內部預設電壓VPRESET時，電力轉換器503工作於供電模式且開關562閉合。因此，發光二 極體串138由電池134供電並被點亮。在一實施例中，當VSP引腳112的感應電壓大於內部預設電壓VPRESET且小於參考電壓VVSP_MPP時，電池134不對發光二極體串138供電。
圖6所示為根據本發明一實施例電力轉換電路(例如：電力轉換電路100)的操作流程圖600。圖6將結合圖1至圖5進行描述。圖6所涵蓋的具體操作步驟僅僅作為示例。也就是說，本發明適用其他合理的操作流程或對圖6進行改進的操作步驟。
在步驟602中，接收具有輸出電壓(例如，太陽能板的輸出電壓VSOLAR)的電力。
在步驟604中，從充電模式和供電模式中選擇至少一種工作模式。在步驟606，比較輸出電壓和臨界電壓值(例如，VSOLAR_MPP)以決定工作模式。在一實施例中，如果輸出電壓小於臨界電壓值，流程圖600進入步驟614。否則，流程圖600進入步驟608。
在步驟608中，電力轉換器(例如，電力轉換器103)進入充電模式。在充電模式中，電能被傳送到電源(例如，電池134)。在步驟610中，調整電源的充電電流以在充電模式中將輸出電壓維持在臨界電壓值。在步驟612中，感應電源的充電電流並比較充電電流和第一預設參考位準(例如，ICHARGE_MAX)以保持充電電流小於第一預設參考位準。
在步驟614中，電力轉換器進入供電模式，電能從電源傳送到負載。在步驟616中，感應流經負載的負載電流(例如，LED工作電流ILED_ON)，並比較負載電流和第二預設參考位準(例如，ILED_REF)以將負載電流維持在第二預設 參考位準。
上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離後附申請專利範圍所界定的本發明精神和保護範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本技術領域中具有通常知識者應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用於說明而非限制，本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法均等物界定，而不限於此前之描述。
100‧‧‧電力轉換電路
102‧‧‧太陽能板
103‧‧‧電力轉換器
104‧‧‧電阻
106‧‧‧電阻
108‧‧‧二極體
110‧‧‧控制器
112‧‧‧引腳
114‧‧‧高端開關驅動信號
116‧‧‧低端開關驅動信號
118‧‧‧引腳
120‧‧‧引腳
122‧‧‧引腳
124‧‧‧引腳
126‧‧‧高端開關
128‧‧‧低端開關
130‧‧‧電感
132‧‧‧電阻
134‧‧‧電池
136‧‧‧電容
138‧‧‧發光二極體(LED)串
138A~138N‧‧‧發光二極體
140‧‧‧電阻
152‧‧‧節點
154‧‧‧節點
160‧‧‧調整器
170‧‧‧驅動器
180‧‧‧功率級
190‧‧‧脈波寬度調變(PWM)信號
200‧‧‧電流-電壓例示曲線圖
202‧‧‧點/最大功率點
300‧‧‧電流-電壓例示曲線圖
302~310‧‧‧曲線
402‧‧‧誤差放大器
406‧‧‧輸出端
408‧‧‧二極體
410‧‧‧誤差放大器
412‧‧‧電壓源
414‧‧‧輸出端
416‧‧‧二極體
418‧‧‧誤差放大器
420‧‧‧參考電壓源
422‧‧‧輸出端
424‧‧‧二極體
426‧‧‧引腳
428‧‧‧電容
430‧‧‧電流源
432‧‧‧電阻
434‧‧‧比較器
436‧‧‧鋸齒波電壓信號
438‧‧‧電壓
450‧‧‧節點
452‧‧‧節點
500‧‧‧電力轉換電路
503‧‧‧電力轉換器
510‧‧‧控制器
560‧‧‧發光二極體控制信號
562‧‧‧開關
600‧‧‧流程圖
602~616‧‧‧步驟
以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：
圖1所示為根據本發明一實施例電力轉換電路100的電路圖。
圖2所示為根據本發明一實施例太陽能板的電流-電壓例示曲線圖。
圖3所示為根據本發明一實施例太陽能板處於不同光照強度下的電流-電壓例示曲線圖。
圖4所示為根據本發明一實施例的圖1中的調整器實例。
圖5所示為根據本發明另一實施例電力轉換電路的一電路圖。
圖6所示為根據本發明一實施例電力轉換電路的操作 流程圖。
100‧‧‧電力轉換電路
102‧‧‧太陽能板
103‧‧‧電力轉換器
104‧‧‧電阻
106‧‧‧電阻
108‧‧‧二極體
110‧‧‧控制器
112‧‧‧引腳
114‧‧‧高端開關驅動信號
116‧‧‧低端開關驅動信號
118‧‧‧引腳
120‧‧‧引腳
122‧‧‧引腳
124‧‧‧引腳
126‧‧‧高端開關
128‧‧‧低端開關
130‧‧‧電感
132‧‧‧電阻
134‧‧‧電池
136‧‧‧電容
138‧‧‧發光二極體(LED)串
138A~138N‧‧‧發光二極體
140‧‧‧電阻
152‧‧‧節點
154‧‧‧節點
170‧‧‧驅動器
180‧‧‧功率級
190‧‧‧脈波寬度調變信號

Claims (20)

  1. 一種電力轉換電路，包括：一第一終端，從一太陽能板接收具有一輸出電壓的一電能；以及一電力轉換器，耦接於該第一終端及一第二終端之間，並選擇性地工作於一充電模式或一供電模式中之至少一工作模式，其中，在該充電模式中，該電力轉換器接收該輸出電壓、將該電能傳送到一電源以在該第二終端提供一電壓、並將該輸出電壓維持在一臨界電壓值，且其中，在該供電模式中，該電力轉換器將該電能從該電源傳送到一負載。
  2. 如申請專利範圍第1項的電力轉換電路，其中，該電力轉換器比較該輸出電壓和該臨界電壓值，並根據一比較結果選擇性地工作於該充電模式和該供電模式。
  3. 如申請專利範圍第1項的電力轉換電路，其中，當該輸出電壓大於該臨界電壓值，該電力轉換器透過增大該電源的一電流以將該輸出電壓維持在該臨界電壓值，且當該輸出電壓小於該臨界電壓值，該電力轉換器透過減小該電源的該電流以將該輸出電壓維持在該臨界電壓值。
  4. 如申請專利範圍第1項的電力轉換電路，其中，當該輸出電壓被維持在該臨界電壓值時，該太陽能板產生的該電能為一最大功率輸出。
  5. 如申請專利範圍第1項的電力轉換電路，進一步包括： 一電阻，耦接該電源，感應該電源的一電流，其中，該電力轉換器比較該電流和一預設參考位準以維持該電流小於該預設參考位準。
  6. 如申請專利範圍第1項的電力轉換電路，進一步包括：一電阻，耦接該負載，感應流經該負載的一負載電流，其中，該電力轉換器比較該負載電流和一預設參考位準以將該負載電流維持在該預設參考位準。
  7. 如申請專利範圍第1項的電力轉換電路，其中，該電力轉換器包括耦接一節點的一第一誤差放大器，根據該輸出電壓和該臨界電壓值的一比較結果調整該節點的一節點電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項的電力轉換電路，其中，該電力轉換器調整該節點電壓以將該輸出電壓維持在該臨界電壓值。
  9. 如申請專利範圍第7項的電力轉換電路，其中，該電力轉換器還包括耦接該節點的一第二誤差放大器，根據流經該負載的一負載電流和一預設參考位準的一比較結果調整該節點電壓。
  10. 如申請專利範圍第1項的電力轉換電路，其中，該輸出電壓大於該第二終端的該電壓。
  11. 一種電力轉換方法，包括：一第一終端，具有一輸出電壓的一電能；從一充電模式和一供電模式中選擇至少一工作模式；在該充電模式中，將該輸出電壓維持在一臨界電壓 值；在該充電模式中，將該電能傳送到一電源以在一第二終端提供一電壓；以及在該供電模式中，將該電能從該電源傳送到一負載。
  12. 如申請專利範圍第11項的方法，其中，從該充電模式和該供電模式中選擇至少該工作模式步驟包括：比較該輸出電壓和該臨界電壓值；以及根據一比較結果從至少該充電模式和該供電模式中選擇該工作模式。
  13. 如申請專利範圍第11項的方法，其中，將該輸出電壓維持在該臨界電壓值步驟包括：當該輸出電壓大於該臨界電壓值，增大該電源的一電流；以及當該輸出電壓小於該臨界電壓值，減小該電源的該電流。
  14. 如申請專利範圍第11項的方法，進一步包括：感應該電源的一電流；以及比較該充電電流和一預設參考位準，以維持該電流小於該預設參考位準。
  15. 如申請專利範圍第11項的方法，進一步包括：感應流經該負載的一負載電流；以及比較該負載電流和一預設參考位準，以將該負載電流維持在該預設參考位準。
  16. 一種電力轉換電路，包括：一電力轉換器，具有一第一終端和一第二終端，可選 擇性地耦接一太陽能板，並選擇性地工作於一充電模式或一供電模式，其中，該太陽能板將一光能轉換為一電能，並提供該第一終端的一輸出電壓，該電力轉換器包括：一功率級，接收該第一終端的該輸出電壓、在該充電模式中，在該第二終端提供一電壓以對一電池充電、且在該供電模式中，傳送該電池的一電能以對一負載供電；以及一控制器，耦接該功率級，根據該第一終端的該輸出電壓和一臨界電壓值的一比較結果從該充電模式和該供電模式中選擇至於一工作模式，並在該充電模式中將該第一終端的該輸出電壓維持在該臨界電壓值。
  17. 如申請專利範圍第16項的電力轉換電路，其中，當該第一終端的該輸出電壓被維持在該臨界電壓值時，該太陽能板產生的該電能為一最大功率輸出。
  18. 如申請專利範圍第16項的電力轉換電路，其中，該控制器包括：一脈波寬度調變信號產生器，產生一脈波寬度調變信號；以及一誤差放大器，耦接該脈波寬度調變信號產生器，比較該第一終端的該輸出電壓和該臨界電壓值，當該第一終端的該輸出電壓大於該臨界電壓值，調整該脈波寬度調變信號的一責任週期以增大該電池的一充電電流，且當該第一終端的該輸出電壓小於該臨界電壓 值，調整該責任週期以減小該充電電流。
  19. 如申請專利範圍第16項的電力轉換電路，其中，該控制器包括：一脈波寬度調變信號產生器，產生一脈波寬度調變信號；以及一誤差放大器，耦接該脈波寬度調變信號產生器，比較該電池的一充電電流和一預設參考位準，且調整該脈波寬度調變信號的一責任週期以維持該充電電流小於該預設參考位準。
  20. 如申請專利範圍第16項的電力轉換電路，其中，該控制器包括：一脈波寬度調變信號產生器，產生一脈波寬度調變信號；以及一誤差放大器，耦接該脈波寬度調變信號產生器，比較流經該負載的一負載電流和一預設參考位準，且調整該脈波寬度調變信號的一責任週期以將該負載電流維持在該預設參考位準。
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