[发明专利]电功率传输设备

说明书

本发明涉及电功率传输设备。

本发明特别但不是唯一应用于电功率从阻挡层光电池传输至电负载或能量存储器件，且为说明目的对这种应用作出介绍。然而，应该明白的是本发明可以应用于其他电功率生产的用途，在这些用途中，例如热电变换器中，显示出输出功率和可测量的工作特性之间的可预测的关系。

电功率源，例如阻挡层光电池，具有潜在的功率输出，该功率输出随着光电池受的曝光强度而大大改变。此外，对于给定的光强度级（曝晒）这种电池具有功率输出特性曲线，该曲线是电池或电池阵列的实际输出功率对加于其上的电负载的电阻的关系曲线。

阻挡层光电池各自具有相当低的功率输出，且通常以串联、并联或串并联组合电气连接的电池阵列使用。对本说明书来说，采用一阵列意思是指以任何有用的组合连接的任何数目的电池。

当负载电阻为无穷大时，电流为零，而为电压和电流的乘积的功率输出也为零。在这工作点的电池电压被称为开路电压。当负载电阻下降至零时，流有短路电流而输出电压下降至零。因此在这工作点输出功率也必为零。

对于无穷大和零之间的负载电阻，输出电压和输出电流的乘积给出阻挡层光电池输出功率的量度。对特定的电池可以划出电压、电流和功率输出作为负载电阻的函数的曲线。该曲线特性上是一在某负载电阻值上有一最大输出的光滑曲线。可以划出一族这种曲线，各曲线表示在某曝晒值的电池特性。对各曲线，功率输出峰值出现在负载电阻的不同值。

在大多数的应用中，例如由阳光照射产生电功率;由于在日间太阳在天空中上升和下降以及由于云层变化的结果，曝晒连续地变化。如果加于电池的负载电阻连续调节以保证始终获得在特定的曝晒值下导致最高输出功率的负载电阻、电压和电流值，由在变化曝晒的条件下工作的阻挡层光电池或一电池阵列将获得一段时间间隔的最高能量输出。

阻挡层光电池方面的另一问题是产生最大功率的那些电压，与某些用途例如电池充电或其中是需要固定输出电压的操作装置所需的电压电平无关。这问题可通过使用一转换电力变换器来克服。这是一个将有用的输入功率变换成不同的电压和电流电平的电子器件。与阻挡层光电池一起使用的普通转换电力变换器不能在任何时间使功率发送为最大，这是由于这些变换器不能改变它们的操作参数以保证阻挡层光电池在它们的最大功率点工作。

在已知的电力变换器中，控制是用传统的自适应控制原理实行的。这种类型的变换器控制器不断地干扰设定点和测量在选择的输出或输入参数上的干扰的影响。如果获得改进，控制器移动设定点，直到在各方向控制参数的干扰在选择的参数中产生恶化为止。这种控制器在设计和制造方面是非常复杂的，而在宽的动态范围是有限的准确度，因此不适于控制常用的光电池装置的功率。

电力变换器设计方面的另一问题是转换输入电流耗散热的转换半导体，以及这热量必须从半导体传导离开，以便维持半导体在可接受的工作温度。安装转换半导体使用着许多方法。然而，大多数方法需要有效的手工技巧和复杂的安装程序。

在常用的变换器设计中有源的转换半导体一般与例如“续流”（freewheeling）二极管的无源转换半导体相联系。在转换半导体和有关的无源转换半导体之间的导电路径的电感必须最小，如果要使变换器可靠地和有效地操作。一般的安装技术经常导致电感水平较要求的为高。

本发明目的在于减少上述的缺点和提供可以可靠和有效使用的功率传输设备。本发明的其他目的和优点将从下文可以更加明白。

在考虑上述和其他目的情况下，本发明在一个方面大致属于功率传输控制设备，用以控制从阻挡层光电池阵列供应至负载的功率，所述控制设备包括：

一监测器件用以监测所述阵列的工作特性;

一可以连接至所述阵列和所述监测器件的比较器;以及

与所述比较器有关的调节装置用以调节由所述阵列传输的功率。

调节装置最好通过控制一转换电力变换器调节由光电阵列传输的功率，当然必要时虽然也可使用其他的控制装置，例如控制加于光电阵列的负载电阻。

监测器件最好通过测量阻挡层光电池阵列的输出电压提供一阵列的开路的指示，而例如通过阻止转变电力变换器的工作来中断输出电流或将输出电流减至零。当然，，必要时可以采用例如测量单独的阻挡层光电池阵列的开路电压的其他方式，提供阻挡层光电池阵列的开路电压的指示。