TWI695249B - 可追蹤最大功率點的電源轉換裝置及其中之控制方法 - Google Patents

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Abstract

可追蹤最大功率點的電源轉換裝置包括訊號處理電路、第一比較電路、轉換電路及第二比較電路。訊號處理電路於感測節點產生第一感測訊號。第一比較電路根據第一感測訊號與第一參考電壓之差值而產生第一控制訊號。第二比較電路感測轉換電路所產生的第二感測訊號且根據第二感測訊號與參考訊號之差值而產生第二控制訊號。訊號處理電路包括偏置感測電路與箝位電路。偏置感測電路根據第二控制訊號而調整第一控制訊號，藉此轉換電路根據調整過的第一控制訊號，以調整輸出電源之輸出電壓及╱或輸出電流，使得能量擷取源操作於其一最大功率點附近。

Description

可追蹤最大功率點的電源轉換裝置及其中之控制方法
本發明係有關一種電源轉換裝置，特別是指一種可追蹤最大功率點的電源轉換裝置。本發明也有關於用於可追蹤最大功率點的電源轉換裝置中的控制方法。
第1圖中，美國專利US 6984970 揭示一種先前技術之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置50，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置501同時感測能量擷取源7（例如可為一光電電池）所提供的輸入電壓Vin以及輸入電流Ic，並以計算電路29計算功率，藉此控制轉換電路14以追蹤能量擷取源7之最大功率點。
第1圖中所示之先前技術，其缺點在於，需同時感測能量擷取源7所提供的輸入電壓Vin以及輸入電流Ic，且需計算電路29以計算功率，其電路十分複雜因而成本較高。
第2圖中，美國專利US 4604567 揭示另一種先前技術之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置502，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置502控制功率開關23使其斷路，藉此取樣並維持光電電池101的開路電壓，以追蹤光電電池101之最大功率點。
第2圖中所示之先前技術，其缺點在於，需不斷地斷路與導通可追蹤最大功率點的電源轉換裝置502的迴路以追蹤光電電池101之最大功率點，如此會影響例如後級電池15的充電時間或是後級負載電路12的操作。
本發明相較於第1與2圖之先前技術，具有電路簡單而成本低廉的優點，而相較於第2圖之先前技術，可連續充電或操作而無需斷路。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，自一能量擷取源接收一輸入電源；該可追蹤最大功率點的電源轉換裝置包含：一訊號處理電路，耦接於該輸入電源，用以於一感測節點產生一第一感測訊號；一第一比較電路，用以根據該第一感測訊號與一第一參考電壓之差值而產生一第一控制訊號；一轉換電路，根據該第一控制訊號，將該輸入電源轉換為一輸出電源以供應一負載電路；以及一第二比較電路，用以感測該轉換電路所產生的一第二感測訊號，且，該第二比較電路用以根據該第二感測訊號與一參考訊號之差值而產生一第二控制訊號，其中該第二感測訊號包括以下其中之一或其組合：(1)該輸入電源之一輸入電壓的相關訊號及╱或該輸出電源之一輸出電壓的相關訊號；(2)該輸入電源之一輸入電流的相關訊號及╱或該輸出電源之一輸出電流的相關訊號；及╱或 (3)該輸入電源的功率的相關訊號及╱或該輸出電源的功率的相關訊號；其中該訊號處理電路包括：一偏置感測電路，耦接於該輸入電源與該感測節點之間，用以根據該輸入電壓而於該感測節點產生該第一感測訊號；以及一箝位電路，耦接於該感測節點，用以箝位該第一感測訊號，使得該第一感測訊號不大於一箝位電壓；其中該偏置感測電路更用以根據該第二控制訊號而調整該第一感測訊號，以調整該第一控制訊號，藉此該轉換電路根據被調整過的該第一控制訊號，以調整該輸出電源之該輸出電壓及╱或該輸出電流，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近。
在一較佳實施例中，該偏置感測電路包括：一感測電容器，耦接於該輸入電源與該感測節點之間；以及一放電元件，用以根據該第二控制訊號而控制該感測電容器的放電與否，藉此調整該第一感測訊號的位準；其中該感測電容器與該放電元件並聯耦接於該輸入電源與該感測節點之間。
在一較佳實施例中，該放電元件包括以下其中之一或其組合：(1) 一電晶體開關，其一控制端受控於該第二控制訊號而導通或關斷，藉此控制該感測電容器的放電與否；(2) 一電晶體開關以及一單脈衝產生電路；其中該單脈衝產生電路耦接於該第二比較電路與該電晶體開關之間，該單脈衝產生電路用以根據該第二控制訊號而產生一單脈衝訊號；其中該電晶體開關的該控制端受控於該單脈衝訊號，且於該單脈衝訊號的一脈衝時段導通，藉此將該感測電容器放電；(3) 一電晶體開關以及一電阻；其中該電晶體開關的該控制端受控於該第二控制訊號而導通或關斷，藉此控制該感測電容器的放電與否；及╱或 (4) 一電晶體開關、一單脈衝產生電路以及一電阻；其中該單脈衝產生電路耦接於該第二比較電路與該電晶體開關之間，該單脈衝產生電路用以根據該第二控制訊號而產生一單脈衝訊號； 其中該電晶體開關的該控制端受控於該單脈衝訊號，且於該單脈衝訊號的一脈衝時段導通，藉此將該感測電容器放電。
在一較佳實施例中，當該輸入電壓或該輸出電壓上升高於一電壓閾值時或當該輸入電壓的相關訊號或該輸出電壓的相關訊號上升高於一第二參考電壓時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生該單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通該電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該第二參考電壓為該電壓閾值的一相關訊號。
在一較佳實施例中，當該輸入電流或該輸出電流下降低於一電流閾值時或當該輸入電流的相關訊號或該輸出電流的相關訊號下降低於一參考電流時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生該單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通該電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該參考電流為該電流閾值的一相關訊號。
在一較佳實施例中，當該輸入電源的功率或該輸出電源的功率下降低於一功率閾值時或當該輸入電源的功率的相關訊號或該輸出電源的功率的相關訊號下降低於一參考功率時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生該單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通該電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該參考功率為該功率閾值的一相關訊號。
在一較佳實施例中，當該第一感測訊號超過該第一參考電壓時，該轉換電路提高該輸出電壓及╱或該輸出電流，當該第一感測訊號未超過該第一參考電壓時，該轉換電路降低該輸出電壓及╱或該輸出電流，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近。
在一較佳實施例中，該電壓閾值大於該可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電壓。
在一較佳實施例中，該電流閾值小於該可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電流。
在一較佳實施例中，該箝位電壓大於該第一參考電壓。
在一較佳實施例中，該第一參考電壓為一介於該箝位電壓與0之間的任意值。
在一較佳實施例中，該第一參考電壓不相關於該能量擷取源的最大功率點的操作參數。
在一較佳實施例中，箝位電路包括以下其中之一或其組合：(1) 一二極體，其中該箝位電壓相關於該二極體之一順向導通電壓；(2) 一齊納二極體，其中該箝位電壓相關於該齊納二極體之一齊納電壓；及╱或(3) 一電晶體，其一控制端耦接於一偏置電壓，其一電壓同相輸入端耦接於該感測節點，其中該箝位電壓相關於該偏置電壓以及該電晶體之一導通閾值電壓。
在一較佳實施例中，該訊號處理電路更包括一偏移元件，與該偏置感測電路串聯耦接於該輸入電源與該感測節點之間，該偏移元件，用以提供一偏移電壓而產生該第一感測訊號。
在一較佳實施例中，該偏移元件包括一偏移二極體，該偏移電壓相關於該偏移二極體之順向導通電壓。
在一較佳實施例中，該轉換電路包括一功率計算電路，用以根據該輸入電壓與該輸入電流而獲得該輸入電源的功率，或者，用以根據該輸出電壓與該輸出電流而獲得該輸出電源的功率。
在一較佳實施例中，當該輸入電壓上升而使該箝位電路發生箝位作用，進而使該第一感測訊號箝位於該箝位電壓時，該感測電容器取樣該輸入電壓與該箝位電壓之一電壓差，當該輸入電壓下降而使該箝位電路不發生箝位作用時，該感測電容器維持該電壓差，使得該第一感測訊號低於該箝位電壓，且該第一感測訊號正相關於該輸入電壓。
在一較佳實施例中，該能量擷取源包括一光電電池，用以擷取一光能源而提供該輸入電源。
就另一個觀點言，本發明也提供了一種用以控制一可追蹤最大功率點的電源轉換裝置之控制方法，其中該可追蹤最大功率點的電源轉換裝置自一能量擷取源接收一輸入電源，且，該可追蹤最大功率點的電源轉換裝置包括一轉換電路；該控制方法包含：於一感測節點產生一第一感測訊號；根據該第一感測訊號與一第一參考電壓之差值而產生一第一控制訊號；藉由該第一控制訊號而控制該轉換電路，以將該輸入電源轉換為一輸出電源以供應一負載電路；感測該轉換電路所產生的一第二感測訊號，且，根據該第二感測訊號與一參考訊號之差值而產生一第二控制訊號，其中該第二感測訊號包括以下其中之一或其組合：(1)該輸入電源之一輸入電壓的相關訊號及╱或一輸出電源之該輸出電壓的相關訊號；(2)該輸入電源之一輸入電流的相關訊號及╱或該輸出電源之一輸出電流的相關訊號；及╱或 (3)該輸入電源的功率的相關訊號及╱或該輸出電源的功率的相關訊號；箝位該第一感測訊號，使得該第一感測訊號不大於一箝位電壓；根據該第二控制訊號而調整該第一感測訊號，以調整該第一控制訊號，藉此該轉換電路根據被調整過的該第一控制訊號，以調整該輸出電源之該輸出電壓及╱或該輸出電流，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近。
在一較佳實施例中，調整該第一感測訊號之步驟包括: 以一放電元件根據該第二控制訊號而控制一感測電容器的放電與否，藉此調整該第一感測訊號的位準；其中該感測電容器與該放電元件並聯耦接於該輸入電源與該感測節點之間。
在一較佳實施例中，使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準之步驟包括：當該輸入電壓及╱或該輸出電壓上升高於一電壓閾值時或當該輸入電壓的相關訊號或該輸出電壓的相關訊號上升高於一第二參考電壓時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生一單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通一電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調高該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該第二參考電壓為該電壓閾值的一相關訊號。
在一較佳實施例中，使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準之步驟包括：當該輸入電流或該輸出電流下降低於一電流閾值時或當該輸入電流的相關訊號或該輸出電流的相關訊號下降低於一參考電流時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生該單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通該電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調高該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該參考電流為該電流閾值的一相關訊號。
在一較佳實施例中，使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準之步驟包括：當該輸入電源的功率或該輸出電源的功率下降低於一功率閾值時或當該輸入電源的功率的相關訊號或該輸出電源的功率的相關訊號下降低於一參考功率時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生該單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通該電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調高該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該參考功率為該功率閾值的一相關訊號。
在一較佳實施例中，以下列其中之一或其組合箝位該第一感測訊號：(1) 一二極體，其中該箝位電壓相關於該二極體之一順向導通電壓； (2) 一齊納二極體，其中該箝位電壓相關於該齊納二極體之一齊納電壓；及╱或 (3) 一電晶體，其一控制端耦接於一偏置電壓，其一電壓同相輸入端耦接於該感測節點，其中該箝位電壓相關於該偏置電壓以及該電晶體之一導通閾值電壓。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
請參閱第3A-3B圖。第3A圖顯示一種光電電池的電流-電壓特性曲線示意圖。第3B圖顯示光電電池於低照度時的電流-電壓特性曲線示意圖。第3A-3B圖中所示為光電電池在不同照度下的電流-電壓特性曲線。如第3A圖所示，當光源在一定的照度以上時（例如第3A圖中所示的100W/m 2或以上），其不同照度的最大功率點（MPP，Maximum Power Point）之電壓大致上皆相同（例如第3A圖中所示的30V附近）。第3B圖為照度非常低的情況下的放大圖，如第3B圖所示，在照度很低的狀況下，對應於不同照度的最大功率點之電壓會有很大的變化。
請參閱第3C圖。第3C圖顯示光電電池於不同溫度時的電流-電壓特性曲線示意圖。第3C圖中所示為光電電池在不同溫度下的電流-電壓特性曲線，如第3C圖所示，光電電池在不同溫度下的最大功率點之電壓不同。類似地，當照度非常低的情況下，光電電池在不同溫度下的最大功率點之電壓亦會有很大的變化。本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置除了可以較簡潔之電路，以較低成本達成最大功率追蹤之外，更可有效解決上述於低照度時，最大功率點之電壓隨照度或溫度劇烈變化的問題。
請參閱第4圖。第4圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504之一實施例示意圖。如第4圖所示，光電電池101 (其用以作為一能量擷取源)擷取光能源LP而提供輸入電源。可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504自光電電池101接收輸入電源。在本實施例中，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504包含一訊號處理電路20、一比較電路30、一比較電路35以及一轉換電路40。訊號處理電路20耦接於輸入電源且訊號處理電路20用以根據輸入電源之輸入電壓VIN而於一感測節點NS產生一感測訊號VA。比較電路30用以根據感測訊號VA與參考電壓VREF1之差值而產生控制訊號VCT。轉換電路40用以根據控制訊號VCT，將輸入電源轉換為輸出電源以供應負載電路50。比較電路35用以感測轉換電路40所產生的一感測訊號DS，且，比較電路35用以根據感測訊號DS與一參考訊號REF2之差值而產生一控制訊號CPO。
如第4圖所示，在一實施例中，比較電路30的輸入端之正負號僅為舉例之用，而非用以限制本發明之範疇。
值得注意的是，本發明不僅可應用於光電電池101，亦可以應用於其他形式之能量擷取源。意即，輸入電源不限於自光能源LP轉換而來，亦可以自其他形式的能源轉換而來。在一實施例中，轉換電路40例如但不限於可為線性電源供應電路。在另一實施例中，轉換電路40例如但不限於可為升壓型、降壓型、升降壓型、反馳式或反流式等切換式電源供應電路。在一實施例中，負載電路50例如但不限於可為一可充電電池或其他應用電路。
請參閱第4圖並對照第16圖。第16圖顯示一種本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的感測訊號VA與輸入電壓VIN彼此間的關係示意圖，其中顯示箝位電壓VCP與參考電壓VREF1彼此間的關係。
如第4圖所示，訊號處理電路20包括一偏壓感測電路21以及一箝位電路22。偏置感測電路21耦接於輸入電源與感測節點NS之間，用以根據輸入電壓VIN而於感測節點NS產生感測訊號VA。箝位電路22耦接於感測節點NS，用以箝位感測訊號VA，使得感測訊號VA不大於箝位電壓VCP（例如，如第16圖所示，可以清楚知道在本發明中，感測訊號VA不大於箝位電壓VCP）。
請繼續參閱第4圖。本發明的優點與特徵在於：藉由比較電路35而感測轉換電路40所產生的感測訊號DS，如此一來，比較電路35便可根據感測訊號DS與參考訊號REF2之差值而產生控制訊號CPO。在本發明中，比較電路35所產生的控制訊號CPO可用以控制偏置感測電路21。
請參閱第4圖並對照第6圖。第6圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置506中，感測訊號DS及參考訊號REF2的一實施例示意圖。
如第4圖及第6圖所示，（1）在一實施例中，感測訊號DS例如但不限於可為輸入電源之輸入電壓VIN的相關訊號DSV及╱或輸出電源之輸出電壓VO的相關訊號DSV。在此情況下，參考訊號REF2例如但不限於可對應為一參考電壓VREF2。
請參閱第4圖並對照第7圖。第7圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置507中，感測訊號DS及參考訊號REF2的另一實施例示意圖。
如第4圖及第7圖所示，（2）在另一實施例中，感測訊號DS例如但不限於可為輸入電源之輸入電流IIN的相關訊號DSI及╱或輸出電源之輸出電流IO的相關訊號DSI。在此情況下，參考訊號REF2例如但不限於可對應為一參考電流IREF。
請參閱第4圖並對照第8圖。第8圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置508中，感測訊號DS及參考訊號REF2的又一實施例示意圖，且，顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置508中，轉換電路40的功率計算電路412的一實施例示意圖。
如第4圖及第8圖所示，（3）在又一實施例中，感測訊號DS例如但不限於可為輸入電源的功率的相關訊號DSP及╱或輸出電源的功率的相關訊號DSP。在此情況下，參考訊號REF2例如但不限於可對應為一參考功率PREF。
需說明的是，在一實施例中，轉換電路40可包括一功率計算電路412。在一實施例中，功率計算電路412用以根據輸入電壓VIN與輸入電流IIN而獲得輸入電源的功率PIN。也就是說，在此情況下，輸入電源的功率PIN係等於輸入電流IIN與輸入電壓VIN的乘積。意即，輸入電源的功率可以以下列公式表示：PIN = IIN * VIN。
此外，在另一實施例中，功率計算電路412用以根據輸出電壓VO與輸出電流IO而獲得輸出電源的功率PO。也就是說，在此情況下，輸出電源的功率PO係等於輸出電流IO與輸出電壓VO的乘積。意即，輸出電源的功率可以以下列公式表示：PO = IO * VO。
需說明的是，在又一實施例中，感測訊號DS例如但不限於可包括以上3個實施例的其中之一或其組合。
請繼續參閱第4圖。本發明的優點與特徵在於：就一方面而言，比較電路30根據訊號處理電路20所產生的感測訊號VA與參考電壓VREF1之差值而產生控制訊號VCT。如此一來，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504可藉由控制訊號VCT來控制轉換電路40，以使轉換電路40將輸入電源轉換為輸出電源。就另一方面而言，如上所述，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504尚可藉由比較電路35而感測轉換電路40所產生的感測訊號DS，如此一來，比較電路35便可根據感測訊號DS與參考訊號REF2之差值而產生控制訊號CPO。在本發明中，比較電路35所產生的控制訊號CPO可用以控制偏置感測電路21。意即，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504尚可藉由控制訊號CPO來控制偏置感測電路21，以使偏置感測電路21調整感測訊號VA (關於控制訊號CPO如何控制偏置感測電路21，以調整感測訊號VA的特徵與細節，容後詳述)。如此一來，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504便可以調整控制訊號VCT。藉此，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504可藉由「被調整過」的控制訊號VCT來控制轉換電路40，以使轉換電路40調整輸出電源之輸出電壓VO及╱或輸出電流IO，最終使得光電電池101大致上操作於其一最大功率點附近。
簡而言之，本發明的優點與特徵在於：可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504先藉由控制訊號VCT來控制轉換電路40，而其中的控制訊號VCT的產生與訊號處理電路20所產生的感測訊號VA有關。接著，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504藉由比較電路35而感測轉換電路40所產生的感測訊號DS，而其中的感測訊號DS與控制訊號CPO的產生有關。由於可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504可藉由控制訊號CPO來控制偏置感測電路21，以使偏置感測電路21「調整」感測訊號VA。如此一來，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504的比較電路30便可以根據「被調整過」的感測訊號VA與參考電壓VREF1之差值而產生「被調整過」的控制訊號VCT。最後，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504便可藉由「被調整過」的控制訊號VCT來控制轉換電路40，以使轉換電路40調整輸出電源之輸出電壓VO及╱或輸出電流IO，最終使得光電電池101大致上操作於其一最大功率點附近。
需說明的是，「大致上操作於附近」是指：因最大功率點會隨照度或溫度之變化而有所不同，且電路元件有其本身的誤差，因此，在回授控制的過程中，光電電池101不必然能極端準確地操作於其最大功率點，而容許有可接受的誤差。
以下說明控制訊號CPO如何控制偏置感測電路21，以調整感測訊號VA的特徵與細節。
請參閱第5圖。第5圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置505中，偏置感測電路21的一實施例示意圖。如第5圖所示，在一實施例中，偏置感測電路21包括一感測電容器CS以及一放電元件25。感測電容器CS耦接於輸入電源與感測節點NS之間。如第5圖所示，感測電容器CS與放電元件25並聯耦接於輸入電源與感測節點NS之間。放電元件25用以根據控制訊號CPO而控制感測電容器CS的放電與否，藉此調整感測訊號VA的位準。
值得注意的是，本發明的優點與特徵在於：本發明可以藉由控制訊號CPO控制偏置感測電路21，藉此調整感測訊號VA。更仔細的說，本發明可以藉由控制訊號CPO控制偏置感測電路21的放電元件25，如此一來，放電元件25便可根據控制訊號CPO而控制偏置感測電路21的感測電容器CS的放電與否，藉此調整感測訊號VA的位準。
在一實施例中，放電元件25可根據控制訊號CPO而使感測電容器CS進行放電，藉此調高感測訊號VA的位準。
請參閱第9圖並對照第5圖。第9圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置509中，放電元件25的一實施例示意圖。如第9圖所示，在一實施例中，放電元件25例如但不限於可包括一電晶體開關M。在此實施例中，電晶體開關M的一控制端受控於控制訊號CPO而導通或關斷，藉此控制感測電容器CS的放電與否。
值得注意的是，本發明的優點與特徵在於：本發明可以藉由控制訊號CPO控制偏置感測電路21，藉此調整感測訊號VA。更仔細的說，本發明可以藉由控制訊號CPO控制偏置感測電路21的放電元件25（如第9圖所示的電晶體開關M），如此一來，電晶體開關M便可根據控制訊號CPO而控制偏置感測電路21的感測電容器CS的放電與否，藉此調整感測訊號VA的位準。
在一實施例中，電晶體開關M可根據控制訊號CPO而導通，以使感測電容器CS進行放電，藉此調高感測訊號VA的位準。
請參閱第10圖並對照第5圖。第10圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置510中，放電元件25的另一實施例示意圖。如第10圖所示，在一實施例中，放電元件25例如但不限於可包括電晶體開關M以及一單脈衝產生電路26。單脈衝產生電路26耦接於比較電路35與電晶體開關M 之間。單脈衝產生電路26用以根據控制訊號CPO而產生一單脈衝訊號S1。 在此實施例中，電晶體開關M的控制端受控於單脈衝訊號S1，且於單脈衝訊號S1的一脈衝時段PS (如第13B、14B及15圖所示)導通，藉此將感測電容器CS放電。
值得注意的是，本發明的優點與特徵在於：本發明可以藉由控制訊號CPO控制偏置感測電路21，藉此調整感測訊號VA。更仔細的說，本發明可以藉由控制訊號CPO控制偏置感測電路21的放電元件25（如第10圖所示的電晶體開關M以及單脈衝產生電路26），如此一來，單脈衝產生電路26便可根據控制訊號CPO而控制電晶體開關M的導通或關斷，進而控制偏置感測電路21的感測電容器CS的放電與否，藉此調整感測訊號VA的位準。
在一實施例中，單脈衝產生電路26可根據控制訊號CPO而產生單脈衝訊號S1。單脈衝訊號S1可於脈衝時段PS使電晶體開關M導通，以使感測電容器CS進行放電，藉此調高感測訊號VA的位準。
請參閱第11圖並對照第5圖。第11圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置511中，放電元件25的再一實施例示意圖。如第11圖所示，在一實施例中，放電元件25例如但不限於可包括電晶體開關M以及一電阻RP。第11圖所示的實施例類似於第9圖所示的實施例，差別在於：第11圖所示的實施例尚包括一電阻RP。如第11圖所示，電晶體開關M與電阻RP並聯耦接於輸入電源與感測節點NS之間。第11圖所示的實施例的電晶體開關M的特徵與功效類似與第9圖所示的實施例，於此不再贅述。以下僅敘述電阻RP的特徵與功效。
在一較佳實施例中，電阻RP的電阻值相對於感測電容器CS之電容值為足夠大，使得感測電容器CS維持電壓差（意即輸入電壓VIN－箝位電壓VCP）至少一預設之維持時間 (關於箝位電壓VCP的特徵與細節，容後詳述)。在一較佳實施例中，所述之預設之維持時間相關於可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的操作頻寬。在一較佳實施例中，電阻RP可為感測電容器CS之寄生電阻，換言之，由於不需一獨立設置的真實電阻，可因而進一步降低成本。
此外，根據本發明，光電電池101的操作點亦可藉由選擇或調整電阻RP的電阻值而調整之；舉例而言，選擇或調整電阻RP為較低值的電阻值，可調整光電電池101大致上操作於較低的電壓，而選擇或調整電阻RP為較高值的電阻值，則可調整光電電池101大致上操作於較高的電壓。
請參閱第12圖並對照第5圖。第12圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置512中，放電元件25的又一實施例示意圖。如第12圖所示，在一實施例中，放電元件25例如但不限於可包括電晶體開關M、單脈衝產生電路26以及以及一電阻RP。第12圖所示的實施例類似於第10圖所示的實施例，差別在於：第12圖所示的實施例尚包括一電阻RP。第12圖所示的實施例的電晶體開關M與單脈衝產生電路26的特徵與功效類似與第10圖所示的實施例，於此不再贅述。此外，第12圖所示的實施例的電阻RP的特徵與功效類似與第11圖所示的實施例，於此不再贅述。
以上第9~12圖所示的4個實施例，舉例說明了放電元件25的特徵與細節。如此一來，本發明可以藉由控制訊號CPO而控制偏置感測電路21的放電元件25，進而控制偏置感測電路21的感測電容器CS的放電與否，藉此調整感測訊號VA的位準。熟悉本技術者應可以思及放電元件25包括以上第9~12圖所示的4個實施例的其中之一或其組合，因而可以將第9~12圖所示的4個實施例組合運用。
以上的內容 (例如第9~12圖所示的4個實施例) 說明了訊號處理電路20的偏置感測電路21如何在「可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504可藉由控制訊號CPO來控制偏置感測電路21，以使偏置感測電路21調整感測訊號VA，以調整控制訊號VCT。藉此，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504可藉由「被調整過」的控制訊號VCT來控制轉換電路40」的控制機制中執行其作用。
如上所述，在本發明中，比較電路30根據訊號處理電路20所產生的感測訊號VA與參考電壓VREF1之差值而產生控制訊號VCT。如此一來，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504可藉由控制訊號VCT來控制轉換電路40，以使轉換電路40將輸入電源轉換為輸出電源。以下說明訊號處理電路20的箝位電路22如何在「可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504藉由控制訊號VCT來控制轉換電路40」的控制機制中執行其作用。
請參閱第5圖並對照第16圖。詳言之，在本實施例中，當輸入電壓VIN上升而使箝位電路22發生箝位作用，進而使感測訊號VA箝位於箝位電壓VCP時，感測電容器CS取樣輸入電壓VIN與箝位電壓VCP之電壓差（亦即VIN-VCP），當輸入電壓VIN下降而使箝位電路22不發生箝位作用時，感測電容器CS則維持所取樣的電壓差（亦即VIN-VCP），使得感測訊號VA低於箝位電壓VCP，且感測訊號VA正相關於輸入電壓VIN。就另一觀點而言，感測電容器CS可視為一高通濾波器，用以使感測訊號VA響應於輸入電壓VIN的高頻變化。
需說明的是，上述所謂的箝位電路22發生「箝位作用」，係指假若箝位電路22不存在，而當偏置感測電路21根據輸入電壓VIN而產生的感測訊號VA高於箝位電壓VCP時（例如輸入電壓VIN變得很高），在相同條件但具有本發明的箝位電路22的情況下，箝位電路22會開始發生「箝位作用」而將感測訊號VA箝位，使其不大於箝位電壓VCP。另一方面，當偏置感測電路21根據輸入電壓VIN而產生的感測訊號VA低於箝位電壓VCP時，由於感測訊號VA低於箝位電壓VCP，因此，箝位電路22不發生「箝位作用」。就一觀點而言，當箝位電路22不發生「箝位作用」時，其輸出阻抗高，而當箝位電路22發生「箝位作用」時，其輸出阻抗低。
在一實施例中，當感測訊號VA超過參考電壓VREF1時，轉換電路40提高輸出電壓VO及╱或輸出電流IO，當感測訊號VA未超過參考電壓VREF1時，轉換電路40降低輸出電壓VO及╱或輸出電流IO，使得光電電池101大致上操作於其最大功率點附近。就一觀點而言，根據本發明，於一動態穩態狀態時，感測訊號VA會藉由上述之迴路控制而大致上操作於參考電壓VREF1附近。
如第16圖所示，在一較佳實施例中，箝位電壓VCP大於參考電壓VREF1。在另一較佳實施例中，箝位電壓VCP為稍大於參考電壓VREF1，如此可使得當輸入電壓VIN因負載變化、光能源LP的照度變化或溫度變化等而改變時，可迅速反應而控制可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的操作迴路，使得光電電池101迅速追蹤至隨上述變化而更新的最大功率點。
根據本發明，在一實施例中，參考電壓VREF1可較佳地無需直接或緊密相關於光電電池101的電壓、電流或最大功率點的操作參數，換言之，在一實施例中，如第16圖所示，參考電壓VREF1可為一介於箝位電壓VCP與0之間的任意值。
請同時參閱第3B圖，如第3B圖所示，在照度極低的情況下（例如於第3B圖中100W/m 2或以下），光電電池101於不同照度或不同溫度所對應的最大功率點之電壓差異很大，因此，本發明的可追蹤最大功率點的電源轉換裝置中的參考電壓VREF1具有可寬鬆選擇的特性（亦即參考電壓VREF1可不直接或不緊密相關於光電電池101的電壓、電流或最大功率點的操作參數）。就另一觀點而言，這意味著，即使在照度極低的範圍內，對應於不同的照度值，根據本發明，無需對應調整參考電壓VREF1，本發明的可追蹤最大功率點的電源轉換裝置仍能藉由前述之操作而自動追蹤，使光電電池101操作其最大功率點附近。
對一可追蹤最大功率點的電源轉換裝置而言，其可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電壓具有一最小可追蹤電壓值VMIN以及一最大可追蹤電壓值VMAX。根據本發明，在一實施例中，對應於同一參考電壓VREF1之位準，本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的最小可追蹤電壓值VMIN，為最大可追蹤電壓值VMAX的1/2或以下。在一較佳實施例中，對應於同一參考電壓VREF1，本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的最小可追蹤電壓值VMIN，為最大可追蹤電壓值VMAX的1/5或以下。在一較佳實施例中，對應於同一參考電壓VREF1，本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的最小可追蹤電壓值VMIN，為最大可追蹤電壓值VMAX或以下。在照度極低的範圍內，如前所述，對應於不同照度或不同溫度所對應的最大功率點的電壓會隨照度而有大幅變化，而本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，對應於同一參考電壓VREF1，其可追蹤電壓值的範圍很大， 因此，本發明特別適用於極低照度之應用環境，例如，用以擷取室內光而轉換為電能。
以下的內容將更仔細地說明訊號處理電路20的偏置感測電路21如何在「可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504可藉由控制訊號CPO來控制偏置感測電路21，以使偏置感測電路21調整感測訊號VA，以調整控制訊號VCT。藉此，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504可藉由「被調整過」的控制訊號VCT來控制轉換電路40」的控制機制中執行其作用。
請參閱第13A及13B圖並對照第9及10圖。第13A圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置中，電壓閾值VTH與可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電壓彼此間的關係示意圖。第13B圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的各訊號波形圖。
如第13B圖所示，在一實施例中，當輸入電壓VIN或輸出電壓VO上升高於一電壓閾值VTH時 （例如第13B圖所示的時間點t1~時間點t3的期間）或當輸入電壓VIN的相關訊號DSV或輸出電壓VO的相關訊號DSV上升高於參考電壓VREF2時（例如第13B圖所示的時間點t1~時間點t3的期間），單脈衝產生電路26根據控制訊號CPO而產生單脈衝訊號S1，以使單脈衝訊號S1)於脈衝時段PS（例如第13B圖所示的時間點t1~時間點t2的期間）導通電晶體開關M，藉此使感測電容器CS放電，藉此調高感測訊號VA的位準。由於在此情況下，感測訊號VA的位準已被調高，因此，在一實施例中，當感測訊號VA的位準被調高以致於超過參考電壓VREF1時，則比較電路30便可以根據「被調高」的感測訊號VA與參考電壓VREF1之差值而產生「被調整過」的控制訊號VCT。如此一來，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504便可藉由「被調整過」的控制訊號VCT來控制轉換電路40，以使轉換電路40提高輸出電壓VO及╱或輸出電流IO，使得光電電池101大致上操作於其最大功率點附近。
需說明的是，如第13A圖所示，在一實施例中，電壓閾值VTH大於可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電壓。
需說明的是，如第13B圖所示，在一實施例中，輸入電壓VIN的相關訊號DSV的位準例如但不限於可等於輸入電壓VIN的位準，而輸出電壓VO的相關訊號DSV的位準例如但不限於可等於輸出電壓VO的位準。在另一實施例中，輸入電壓VIN的相關訊號DSV例如但不限於可正相關於輸入電壓VIN，而輸出電壓VO的相關訊號DSV例如但不限於可正相關於輸出電壓VO。
需說明的是，如第13B圖所示，在一實施例中，參考電壓VREF2為電壓閾值VTH的相關訊號。在一實施例中，參考電壓VREF2的位準例如但不限於可等於電壓閾值VTH的位準。在另一實施例中，參考電壓VREF2的位準例如但不限於可正相關於電壓閾值VTH的位準。
請參閱第14A及14B圖並對照第9及10圖。第14A圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置中，電流閾值ITH與可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電流彼此間的關係示意圖。第14B圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的各訊號波形圖。
如第14B圖所示，在一實施例中，當輸入電流IIN或輸出電流IO下降低於一電流閾值ITH時（例如第14B圖所示的時間點t1~時間點t3的期間）或當輸入電流IIN的相關訊號DSI或輸出電流IO的相關訊號DSI下降低於一參考電流IREF時（例如第14B圖所示的時間點t1~時間點t3的期間），單脈衝產生電路26根據控制訊號CPO而產生單脈衝訊號S1，以使單脈衝訊號S1於脈衝時段PS（例如第14B圖所示的時間點t1~時間點t2的期間）導通電晶體開關M，藉此使感測電容器放電，藉此調高感測訊號VA的位準。由於在此情況下，感測訊號VA的位準已被調高，因此，在一實施例中，當感測訊號VA的位準被調高以致於超過參考電壓VREF1時，則比較電路30便可以根據「被調高」的感測訊號VA與參考電壓VREF1之差值而產生「被調整過」的控制訊號VCT。如此一來，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504便可藉由「被調整過」的控制訊號VCT來控制轉換電路40，以使轉換電路40提高輸出電壓VO及╱或輸出電流IO，使得光電電池101大致上操作於其最大功率點附近。
需說明的是，如第14A圖所示，在一實施例中，電流閾值ITH大於可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電流。
需說明的是，如第14B圖所示，在一實施例中，輸入電流IIN的相關訊號DSI的位準例如但不限於可等於輸入電流IIN的位準，而輸出電流IO的相關訊號DSI的位準例如但不限於可等於輸出電流IO的位準。在另一實施例中，輸入電流IIN的相關訊號DSI例如但不限於可正相關於輸入電流IIN，而輸出電流IO的相關訊號DSI例如但不限於可正相關於輸出電流IO。
需說明的是，如第14B圖所示，在一實施例中，參考電流IREF為電流閾值ITH的相關訊號。在一實施例中，參考電流IREF的位準例如但不限於可等於電流閾值ITH的位準。在另一實施例中，參考電流IREF的位準例如但不限於可正相關於電流閾值ITH的位準。
請參閱第15圖並對照第9及10圖。第15圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的各訊號波形圖。
如第15圖所示，在一實施例中，當輸入電源的功率PIN或輸出電源的功率PO下降低於一功率閾值PTH時（例如第15圖所示的時間點t1~時間點t3的期間）或當輸入電源的功率PIN的相關訊號DSP或輸出電源的功率PO的相關訊號DSP下降低於參考功率PREF時（例如第15圖所示的時間點t1~時間點t3的期間），單脈衝產生電路26根據控制訊號CPO而產生單脈衝訊號S1，以使單脈衝訊號S1於脈衝時段PS（例如第15圖所示的時間點t1~時間點t2的期間）導通電晶體開關M，藉此使感測電容器放電，藉此調高感測訊號VA的位準。由於在此情況下，感測訊號VA的位準已被調高，因此，在一實施例中，當感測訊號VA的位準被調高以致於超過參考電壓VREF1時，則比較電路30便可以根據「被調高」的感測訊號VA與參考電壓VREF1之差值而產生「被調整過」的控制訊號VCT。如此一來，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504便可藉由「被調整過」的控制訊號VCT來控制轉換電路40，以使轉換電路40提高輸出電壓VO及╱或輸出電流IO，使得光電電池101大致上操作於其最大功率點附近。
需說明的是，如第15圖所示，在一實施例中，輸入電源的功率PIN的相關訊號DSP的位準例如但不限於可等於輸入電源的功率PIN的位準，而輸出電源的功率PO的相關訊號DSP的位準例如但不限於可等於輸出電源的功率PO的位準。在另一實施例中，輸入電源的功率PIN的相關訊號DSP例如但不限於可正相關於輸入電源的功率PIN，而輸出電源的功率PO的相關訊號DSP例如但不限於可正相關於輸出電源的功率PO。
需說明的是，如第15圖所示，在一實施例中，參考功率PREF為功率閾值PTH的相關訊號。在一實施例中，參考功率PREF的位準例如但不限於可等於功率閾值PTH的位準。在另一實施例中，參考功率PREF的位準例如但不限於可正相關於功率閾值PTH的位準。
值得注意的是，本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，藉由上述偏置感測電路21、箝位電路22、比較電路30、比較電路35以及轉換電路40的迴路操作，可使得可追蹤最大功率點的電源轉換裝置自動追蹤而操作於光電電池101之最大功率點附近。意即，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置藉由比較電路35所產生的控制訊號CPO來控制偏置感測電路21，以使偏置感測電路21調整感測訊號VA。如此一來，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置便可以調整比較電路30所產生的控制訊號VCT。藉此，可追蹤最大功率點的電源轉換裝置可藉由「被調整過」的控制訊號VCT來控制轉換電路40，以使轉換電路40調整輸出電源之輸出電壓VO及╱或輸出電流IO，最終使得光電電池101大致上操作於其一最大功率點附近。
請參閱第17圖。第17圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置517中，箝位電路22的一實施例示意圖。在本實施例中，箝位電路22包括二極體D1，其中箝位電壓VCP相關於二極體D1之順向導通電壓。在其他實施例中，箝位電路22可包括複數二極體，例如彼此串聯的複數二極體串，在此情況下，箝位電壓VCP相關於複數二極體串的順向導通電壓的總和。
請參閱第18圖。第18圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置518中，箝位電路22的另一實施例示意圖。在本實施例中，箝位電路22包括齊納二極體DZ，其中箝位電壓VCP相關於齊納二極體DZ之齊納電壓。
請參閱第19-20圖。第19-20圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置519、520中，箝位電路22的另外兩種實施例示意圖。如第19圖所示，在本實施例中，箝位電路22包括電晶體（如第19圖所示之P1，或第20圖所示之Q1），其控制端耦接於偏置電壓VB，其電壓同相輸入端耦接於感測節點NS，其中箝位電壓VCP相關於偏置電壓VB以及對應電晶體的導通閾值電壓。
在一實施例中，電晶體P1可例如為PMOS電晶體（如第19圖所示）。在一實施例中，電晶體Q1可例如為PNP BJT電晶體（如第20圖所示）。需說明的是，所述之「電壓同相輸入端」，係指與電晶體之控制端具有同相位變化的一輸入端，以第19圖所示之PMOS電晶體P1為例，「電壓同相輸入端」係指其源極，而就第20圖所示之PNP BJT電晶體Q1而言，「電壓同相輸入端」係指其射極。
請參閱第21圖。第21圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的可追蹤最大功率點的電源轉換裝置521中，訊號處理電路20’的一種實施例示意圖。在本實施例中，訊號處理電路20’更包括偏移元件24。偏移元件24與偏置感測電路21串聯耦接於輸入電源與感測節點NS之間。偏移元件24用以提供偏移電壓而產生感測訊號VA。偏移元件24串聯所處的實際位置並無限制，例如可與偏置感測電路21互換位置而直接耦接於輸入電壓VIN。在一實施例中，如第10圖所示，偏移元件24包括偏移二極體DOS。在本實施例中，偏移電壓相關於偏移二極體DOS之順向導通電壓。
如前所述，當溫度變化時，光電電池101（或其他能量擷取源）的最大功率點也會隨之改變，而根據本發明，在一較佳實施例中，光電電池101（或其他能量擷取源）與箝位電路22之箝位元件包括相同組合之半導體接面，使得箝位電壓VCP與輸入電壓VIN隨溫度的變化量彼此正相關。舉例而言，在一較佳實施例中，光電電池101與箝位電路22之箝位元件（如二極體D1）皆具有P-N半導體接面，使得箝位電壓VCP與輸入電壓VIN隨溫度的變化量彼此正相關。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可，用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，箝位元件可為前述二極體、齊納二極體與電晶體的各種組合，在此情況下，箝位電壓則為對應之元件參數（如順向導通電壓、齊納電壓或導通閾值電壓等）的總和。又例如，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及／或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
7:習知的能量擷取源 12:習知的負載電路 14:習知的轉換電路 15:習知的電池 23:習知的功率開關 29:習知的計算電路 Ic:習知的輸入電流 Vin:習知的輸入電壓 20:訊號處理電路 20’:訊號處理電路 21:偏置感測電路 22:箝位電路 24:偏移元件 25:放電元件 26:單脈衝產生電路 30:比較電路 35:比較電路 40:轉換電路 412:功率計算電路 50:負載電路 101:光電電池 501、502:習知的可追蹤最大功率點的電源轉換裝置 504~512:可追蹤最大功率點的電源轉換裝置 517~521:可追蹤最大功率點的電源轉換裝置 CS:感測電容器 CPO:控制訊號 D1:二極體 DOS:偏移二極體 DS:感測訊號 DSV:輸入電壓的相關訊號或輸出電壓的相關訊號 DSI:輸入電流的相關訊號或輸出電流的相關訊號 DSP:輸入電源的功率的相關訊號或輸出電源的功率的相關訊號 DZ:齊納二極體 IIN:輸入電流 IO:輸出電流 IREF:參考電流 ITH:電流閾值 LP:光能源 M:電晶體開關 MPP:可追蹤最大功率點 NS:感測節點 P1:電晶體 PREF:參考功率 PS:脈衝時段 PTH:功率閾值 Q1:電晶體 REF2:參考訊號 RP:電阻 S1:單脈衝訊號 t1~t4:時間點 VA:感測訊號 VB:偏置電壓 VCP:箝位電壓 VCT:控制訊號 VIN:輸入電壓 VO:輸出電壓 VREF1:參考電壓 VREF2:參考電壓 VTH:電壓閾值
第1圖顯示一種先前技術可追蹤最大功率點的電源轉換裝置501之方塊圖。
第2圖顯示另一種先前技術可追蹤最大功率點的電源轉換裝置502之方塊圖。
第3A圖顯示一種光電電池的電流-電壓特性曲線示意圖。
第3B圖顯示光電電池於低照度時的電流-電壓特性曲線示意圖。
第3C圖顯示光電電池於不同溫度時的電流-電壓特性曲線示意圖。
第4圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置504之一實施例示意圖。
第5圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置505中，偏置感測電路21的一實施例示意圖。
第6圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置506中，感測訊號DS及參考訊號REF2的一實施例示意圖。
第7圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置507中，感測訊號DS及參考訊號REF2的另一實施例示意圖。
第8圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置508中，感測訊號DS及參考訊號REF2的又一實施例示意圖，且，顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置508中，轉換電路40的功率計算電路412的一實施例示意圖。
第9圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置509中，放電元件25的一實施例示意圖。
第10圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置510中，放電元件25的另一實施例示意圖。
第11圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置511中，放電元件25的再一實施例示意圖。
第12圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置512中，放電元件25的又一實施例示意圖。
第13A圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置中，電壓閾值VTH與可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電壓彼此間的關係示意圖。
第13B圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的各訊號波形圖。
第14A圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置中，電流閾值ITH與可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電流彼此間的關係示意圖。
第14B圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的各訊號波形圖。
第15圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的各訊號波形圖。
第16圖顯示一種本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的感測訊號VA與輸入電壓VIN彼此間的關係示意圖，其中顯示箝位電壓VCP與參考電壓VREF1彼此間的關係。
第17圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置517中，箝位電路22的一實施例示意圖。
第18圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置518中，箝位電路22的另一實施例示意圖。
第19-20圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置519-502中，箝位電路22的另外兩種實施例示意圖。
第21圖顯示本發明之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置521中，訊號處理電路20’的一種實施例示意圖。
無
20:訊號處理電路
21:偏置感測電路
22:箝位電路
25:放電元件
30:比較電路
35:比較電路
40:轉換電路
50:負載電路
101:光電電池
505:可追蹤最大功率點的電源轉換裝置
CS:感測電容器
CPO:控制訊號
DS:感測訊號
DSV:輸入電壓的相關訊號或輸出電壓的相關訊號
DSI:輸入電流的相關訊號或輸出電流的相關訊號
DSP:輸入電源的功率的相關訊號或輸出電源的功率的相關訊號
IIN:輸入電流
IO:輸出電流
LP:光能源
NS:感測節點
PREF:參考功率
REF2:參考訊號
RP:電阻
VA:感測訊號
VCT:控制訊號
VIN:輸入電壓
VO:輸出電壓
VREF1:參考電壓
VREF2:參考電壓

Claims (25)

  1. 一種可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，自一能量擷取源接收一輸入電源；該可追蹤最大功率點的電源轉換裝置包含：一訊號處理電路，耦接於該輸入電源，用以於一感測節點產生一第一感測訊號；一第一比較電路，用以根據該第一感測訊號與一第一參考電壓之差值而產生一第一控制訊號；一轉換電路，根據該第一控制訊號，將該輸入電源轉換為一輸出電源以供應一負載電路；以及一第二比較電路，用以感測該轉換電路所產生的一第二感測訊號，且，該第二比較電路用以根據該第二感測訊號與一參考訊號之差值而產生一第二控制訊號，其中該第二感測訊號包括以下其中之一或其組合：(1)該輸入電源之一輸入電壓的相關訊號及/或該輸出電源之一輸出電壓的相關訊號；(2)該輸入電源之一輸入電流的相關訊號及/或該輸出電源之一輸出電流的相關訊號；及/或(3)該輸入電源的功率的相關訊號及/或該輸出電源的功率的相關訊號；其中該訊號處理電路包括：一偏置感測電路，耦接於該輸入電源與該感測節點之間，用以根據該輸入電壓而於該感測節點產生該第一感測訊號；以及 一箝位電路，耦接於該感測節點，用以箝位該第一感測訊號，使得該第一感測訊號不大於一箝位電壓；其中該偏置感測電路更用以根據該第二控制訊號而調整該第一感測訊號，以調整該第一控制訊號，藉此該轉換電路根據被調整過的該第一控制訊號，以調整該輸出電源之該輸出電壓及/或該輸出電流，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該偏置感測電路包括：一感測電容器，耦接於該輸入電源與該感測節點之間；以及一放電元件，用以根據該第二控制訊號而控制該感測電容器的放電與否，藉此調整該第一感測訊號的位準；其中該感測電容器與該放電元件並聯耦接於該輸入電源與該感測節點之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該放電元件包括以下其中之一或其組合：(1)一電晶體開關，其一控制端受控於該第二控制訊號而導通或關斷，藉此控制該感測電容器的放電與否；(2)一電晶體開關以及一單脈衝產生電路；其中該單脈衝產生電路耦接於該第二比較電路與該電晶體開關之間，該單脈衝產生電路用以根據該第二控制訊號而產生一單脈衝訊號；其中該電晶體開關的該控制端受控於該單脈衝訊號，且於該單脈衝訊號的一脈衝時段導通，藉此將該感測電容器放電；(3)一電晶體開關以及一電阻； 其中該電晶體開關的該控制端受控於該第二控制訊號而導通或關斷，藉此控制該感測電容器的放電與否；及/或(4)一電晶體開關、一單脈衝產生電路以及一電阻；其中該單脈衝產生電路耦接於該第二比較電路與該電晶體開關之間，該單脈衝產生電路用以根據該第二控制訊號而產生一單脈衝訊號；其中該電晶體開關的該控制端受控於該單脈衝訊號，且於該單脈衝訊號的一脈衝時段導通，藉此將該感測電容器放電。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中當該輸入電壓或該輸出電壓上升高於一電壓閾值時或當該輸入電壓的相關訊號或該輸出電壓的相關訊號上升高於一第二參考電壓時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生該單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通該電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該第二參考電壓為該電壓閾值的一相關訊號。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中當該輸入電流或該輸出電流下降低於一電流閾值時或當該輸入電流的相關訊號或該輸出電流的相關訊號下降低於一參考電流時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生該單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通該電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該參考電流為該電流閾值的一相關訊號。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中當該輸入電源的功率或該輸出電源的功率下降低於一功率閾值 時或當該輸入電源的功率的相關訊號或該輸出電源的功率的相關訊號下降低於一參考功率時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生該單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通該電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該參考功率為該功率閾值的一相關訊號。
  7. 如申請專利範圍第4、5或6項中任一項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中當該第一感測訊號超過該第一參考電壓時，該轉換電路提高該輸出電壓及/或該輸出電流，當該第一感測訊號未超過該第一參考電壓時，該轉換電路降低該輸出電壓及/或該輸出電流，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該電壓閾值大於該可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電壓。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該電流閾值小於該可追蹤最大功率點的電源轉換裝置的可正常操作而能追蹤操作的最大功率點的電流。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該箝位電壓大於該第一參考電壓。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該第一參考電壓為一介於該箝位電壓與0之間的任意值。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該第一參考電壓不相關於該能量擷取源的最大功率點的操作參數。
  13. 如申請專利範圍第1或2項中任一項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中箝位電路包括以下其中之一或其組合：(1)一二極體，其中該箝位電壓相關於該二極體之一順向導通電壓；(2)一齊納二極體，其中該箝位電壓相關於該齊納二極體之一齊納電壓；及/或(3)一電晶體，其一控制端耦接於一偏置電壓，其一電壓同相輸入端耦接於該感測節點，其中該箝位電壓相關於該偏置電壓以及該電晶體之一導通閾值電壓。
  14. 如申請專利範圍第2項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該訊號處理電路更包括一偏移元件，與該偏置感測電路串聯耦接於該輸入電源與該感測節點之間，該偏移元件，用以提供一偏移電壓而產生該第一感測訊號。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該偏移元件包括一偏移二極體，該偏移電壓相關於該偏移二極體之順向導通電壓。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該轉換電路包括一功率計算電路，用以根據該輸入電壓與該輸入電流而獲得該輸入電源的功率，或者，用以根據該輸出電壓與該輸出電流而獲得該輸出電源的功率。
  17. 如申請專利範圍第2項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中當該輸入電壓上升而使該箝位電路發生箝位作用，進而使該第一感測訊號箝位於該箝位電壓時，該感測電容器取樣該輸入電壓與該箝位 電壓之一電壓差，當該輸入電壓下降而使該箝位電路不發生箝位作用時，該感測電容器維持該電壓差，使得該第一感測訊號低於該箝位電壓，且該第一感測訊號正相關於該輸入電壓。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該能量擷取源包括一光電電池，用以擷取一光能源而提供該輸入電源。
  19. 一種用以控制一可追蹤最大功率點的電源轉換裝置之控制方法，其中該可追蹤最大功率點的電源轉換裝置自一能量擷取源接收一輸入電源，且，該可追蹤最大功率點的電源轉換裝置包括一轉換電路；該控制方法包含：於一感測節點產生一第一感測訊號；根據該第一感測訊號與一第一參考電壓之差值而產生一第一控制訊號；藉由該第一控制訊號而控制該轉換電路，以將該輸入電源轉換為一輸出電源以供應一負載電路；感測該轉換電路所產生的一第二感測訊號，且，根據該第二感測訊號與一參考訊號之差值而產生一第二控制訊號，其中該第二感測訊號包括以下其中之一或其組合：(1)該輸入電源之一輸入電壓的相關訊號及/或一輸出電源之該輸出電壓的相關訊號；(2)該輸入電源之一輸入電流的相關訊號及/或該輸出電源之一輸出電流的相關訊號；及/或 (3)該輸入電源的功率的相關訊號及/或該輸出電源的功率的相關訊號；箝位該第一感測訊號，使得該第一感測訊號不大於一箝位電壓；根據該第二控制訊號而調整該第一感測訊號，以調整該第一控制訊號，藉此該轉換電路根據被調整過的該第一控制訊號，以調整該輸出電源之該輸出電壓及/或該輸出電流，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之控制方法，其中調整該第一感測訊號之步驟包括：以一放電元件根據該第二控制訊號而控制一感測電容器的放電與否，藉此調整該第一感測訊號的位準；其中該感測電容器與該放電元件並聯耦接於該輸入電源與該感測節點之間。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之可追蹤最大功率點的電源轉換裝置，其中該放電元件包括以下其中之一或其組合：(1)一電晶體開關；(2)一電晶體開關以及一單脈衝產生電路；(3)一電晶體開關以及一電阻；及/或(4)一電晶體開關、一單脈衝產生電路以及一電阻。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之控制方法，其中使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準之步驟包括：當該輸入電壓及/或該輸出電壓上升高於一電壓閾值時或當該輸入電壓的相關訊號或該輸出電壓的相關訊號上升高於一第二參考電壓時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生一單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通一電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調高該第一感測訊 號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該第二參考電壓為該電壓閾值的一相關訊號。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之控制方法，其中使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準之步驟包括：當該輸入電流或該輸出電流下降低於一電流閾值時或當該輸入電流的相關訊號或該輸出電流的相關訊號下降低於一參考電流時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生該單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通該電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調高該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該參考電流為該電流閾值的一相關訊號。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之控制方法，其中使該感測電容器放電，藉此調整該第一感測訊號的位準之步驟包括：當該輸入電源的功率或該輸出電源的功率下降低於一功率閾值時或當該輸入電源的功率的相關訊號或該輸出電源的功率的相關訊號下降低於一參考功率時，該單脈衝產生電路根據該第二控制訊號而產生該單脈衝訊號，以使該單脈衝訊號導通該電晶體開關，藉此使該感測電容器放電，藉此調高該第一感測訊號的位準，使得該能量擷取源操作於其一最大功率點附近，其中該參考功率為該功率閾值的一相關訊號。
  25. 如申請專利範圍第19項所述之控制方法，其中以下列其中之一或其組合箝位該第一感測訊號：(1)一二極體，其中該箝位電壓相關於該二極體之一順向導通電壓； (2)一齊納二極體，其中該箝位電壓相關於該齊納二極體之一齊納電壓；及/或(3)一電晶體，其一控制端耦接於一偏置電壓，其一電壓同相輸入端耦接於該感測節點，其中該箝位電壓相關於該偏置電壓以及該電晶體之一導通閾值電壓。
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