[发明专利]光能电路及其谐振电路

说明书

本发明提出一种光能电路及其谐振电路。光能电路包含光能元件、谐振电路与控制器。光能元件吸收光能而产生输入电压。谐振电路与光能元件耦接，将输入电压转换为输出电压，以供应电能给负载电路。谐振电路包括谐振反流器、主谐振器、与次谐振器。谐振反流器接收输入电压，并根据控制信号，切换其中至少一开关，而将输入电压转换为交流谐振电压。控制器根据输入功率或输出功率，以谐振电路的谐振频率为基准，调整控制信号的切换频率或工作比，以决定最大功率点。

技术领域

本发明涉及一种光能电路及其谐振电路，特别是指一种基于谐振频率而操作的光能电路。本发明还涉及用于光能电路中的谐振电路。

背景技术

与本申请相关的前申请有：美国专利申请美国专利US 6984970以及美国专利US9461551。

因应能源危机以及全球能源库存量不足的问题，目前已有越来越多的先进国家投入研究太阳能电池。太阳能电池属于光能电路的一种，其基本原理是利用半导体PN二极管接面的特性，当该二极管接面接收到光能时，可将其转换成电能，并利用该电能对电池充电，以产生电力。二极管产生电能的V-I(电压－电流)关系如图1所示，其中实线表示电压与电流的关系，虚线表示电压与电流的乘积，也就是功率(power)。图中假设所接收到的光能不变，故仅显示一条曲线，但若接收到的光能产生变化时，曲线也会相应变化。

如图1所示，最大电压点Voc位于断路位置，最大电流点Isc位于短路位置，但若欲取得最大的能量输出，则最佳输出点并非位于最大电压或最大电流处，而是位于电能曲线的最佳功率输出点(Maximum Power Point，MPP)，其对应的电压与电流分别为Vmpp与Impp。且由于所接收到的光能经常并非定值，因此，通常必需设计复杂精密的数字电路，以供计算所萃取的电能是否位于该光能下的最佳功率输出点(以下简称MPP)。

现有技术的光能电路的一例可参照美国专利US 6984970，该案所公开的电路大致如图2所示，其中光能元件(photovoltaic device)2所产生的输入电压Vin，通过一个功率输出级(power stage)3进行电压转换后成为输出电压Vo，对负载4进行供电，该负载4例如可以是一个充电电池，而功率输出级3则例如可以是升压电路、降压电路、反压电路、返驰电路等。为了使功率输出级3能适切地在MPP处萃取电能，电路中设有一个数字控制器5，此数字控制器5中的数字计算模块51(其例如为数字微控制器)根据输入电压Vin的数值与萃取电流i的数值，不断进行相乘以计算MPP，并根据MPP计算最佳电压值Vmpp。所计算出的最佳电压值Vmpp再与输入电压Vin进行比较，以令控制电路52产生信号，决定如何控制功率输出级3。图2所示的电路中，由于光能元件2中的每一个单一PN二极管接面的压降约为0.6V，因此，光能元件2必需包含数十个串联的PN二极管，典型的光能元件2包括60个串联的PN二极管，才能产生足够高的输入电压Vin，让功率输出级3处理。当串联的数十个PN二极管中，任何一个以上的PN二极管被遮蔽，都会造成产出电能明显的降低。因此不但限制了光能电路的输出电能效率，也增加设计上的困难，且也势必提高电路的整体成本。

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种光能电路及其谐振电路，可以解决前述现有技术的问题，光能元件2仅需要少数甚至单一个PN二极管，即可将光能转换为电能，提高光能电路及其中的谐振电路的应用范围。

发明内容