CN101728982B - 功率变换电路及功率变换的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率变换电路以及功率变换方法。功率变换电路包括太阳能板和功率变换器。太阳能板用于产生具有输出电压的电能。功率变换器耦合于太阳能板，且选择性的工作于充电模式和供电模式。在充电模式中，功率变换器将电能从太阳能板传送到电源，并将该输出电压稳定在阈值电压。在供电模式中，功率变换器将电能从电源传送到负载。本发明的功率变换电路可控制太阳能板的输出电压或输出电流，从而将太阳能板的输出电压稳定在阈值电压。由此，太阳能板具有最大功率输出。因此，功率变换电路的效率可得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种功率变换电路，特别是涉及一种太阳能***中的功率变换电路和功率变换的方法。
背景技术
太阳能***包括在光照条件下产生直流电能的光伏板或太阳能板。太阳能板具有PN结结构，且具有类似PN结二极管的特性。当光子撞击PN结时，PN结中电子和空穴的重组可产生电流。然而，太阳能板提供电能的多少取决于工作环境，例如：光密度、天气、位置和温度。因此，太阳能板产生的电能可能不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种可控制太阳能板产生最大功率输出的功率变换电路以及功率变换方法。
本发明提供了一种功率变换电路，其包括：太阳能板和功率变换器。太阳能板用于产生具有输出电压的电能。功率变换器耦合于太阳能板，且选择性的工作于充电模式和供电模式。在充电模式中，功率变换器将电能从太阳能板传送到电源，并将该输出电压稳定在阈值电压。在供电模式中，功率变换器提高供给负载的电压以将电能从所述电源传送到负载，并将流经所述负载的负载电流稳定在针对负载电流的预设参考电流。其中，所述功率变换器包括二极管、控制器和功率级，所述功率级包括高端开关、低端开关和电感，所述太阳能板和所述负载耦合于所述高端开关，所述电源通过所述电感和电阻耦合于所述高端开关和所述低端开关，所述低端开关一端接地，另一端耦合于所述高端开关，所述功率变换器工作在所述供电模式时，所述控制器交替闭合所述高端开关和所述低端开关，以提高供给所述负载的电压。
本发明还提供了一种利用功率变化器进行功率变换的方法，其中，所述功率变换器包括二极管、控制器和功率级，所述功率级包括高端开关、低端开关和电感，太阳能板和负载耦合于所述高端开关，电源通过所述电感和电阻耦合于所述高端开关和所述低端开关，所述低端开关一端接地，另一端耦合于所述高端开关，其包括：接收具有输出电压的电能；从充电模式和供电模式中选择一种工作模式；在充电模式中，将输出电压稳定在阈值电压；在充电模式中，将电能传送到电源；及在供电模式中，通过交替闭合所述高端开关和所述低端开关来提高供给所述负载的电压以将电能从所述电源传送到所述负载，并将流经所述负载的负载电流稳定在针对负载电流的预设参考电流。
本发明再提供了一种功率变换电路，其包括耦合于太阳能板的功率变换器。太阳能板用于将光能转换为电能并提供输出电压，功率变换器选择性的工作于充电模式和供电模式，该功率变换器包括：功率级和控制器。在充电模式中，功率级利用太阳能板的电能给电池充电，在供电模式中，功率级提高供给负载的电压以将电池的电能传送给所述负载供电，并将流经所述负载的负载电流稳定在针对负载电流的预设参考电流。控制器耦合于功率级，并根据输出电压和阈值电压的比较结果从充电模式和供电模式中选择一种工作模式，并在充电模式中将输出电压稳定在阈值电压。其中，功率级包括高端开关、低端开关和电感，所述太阳能板和所述负载耦合于所述高端开关，电源通过所述电感和电阻耦合于所述高端开关和所述低端开关，所述低端开关一端接地，另一端耦合于所述高端开关，当所述功率变换器工作在供电模式时，所述控制器通过交替闭合所述高端开关和所述低端开关，以提高供给所述负载的电压。
与现有技术相比，本发明的功率变换器在充电模式中将太阳能板的输出电压稳定在阈值电压。由此，太阳能板具有最大功率输出。功率变换电路的效率可得到提高。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
附图说明
图1所示为根据本发明一个实施例的功率变换电路的电路框图；
图2所示为根据本发明一个实施例的太阳能板的电流-电压曲线图；
图3所示为根据本发明一个实施例的处于不同光照强度下的太阳能板的电流-电压曲线图；
图4所示为根据本发明一个实施例的图1中的调节器的实例；
图5所示为根据本发明一个实施例的功率变换电路的另一电路框图；及
图6所示为根据本发明一个实施例的功率变换电路的操作流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明的实施例提供了一种功率变换电路。该功率变换电路包括功率变换器和电源（例如：太阳能板）。太阳能板可将光能转换为电能，并可提供输出电压。功率变换器可根据太阳能板的输出电压选择性的工作于充电模式和供电模式。在充电模式下，功率变换器可将太阳能板的电能传送到电池。在供电模式下，功率变换器可将电池的电能传送到负载。
在一个实施例中，功率变换器可根据太阳能板的输出电压和阈值电压的比较结果选择工作模式。优点在于，在充电模式中，功率变换器可控制太阳能板的输出电压或电流（例如：将太阳能板的输出电压稳定在阈值电压），使太阳能板具有最大功率输出。因此，功率变换电路的效率可得到提高。此外，在充电模式和供电模式中，功率变换器采用单个功率级，例如，开关电路和电感，来完成不同的功率转换。因此，功率变换电路可得到简化，其成本可得到降低。
图1所示为根据本发明一个实施例的功率变换电路100的电路框图。功率变换电路100包括太阳能板102、电池134、功率变换器103和负载138。在一个实施例中，负载138包括发光二极管（light emitting diode,LED）串。该LED串包括串联连接的LED138A、138B……138N。功率变换器103耦合于太阳能板102，用于给电池134充电，以及给负载138供电。功率变换器103包括二极管108、控制器110和功率级180。功率级180包括高端开关126、低端开关128和电感130。太阳能板102和LED串138耦合于高端开关126。电池134通过电感130和电阻132耦合于高端开关126和低端开关128。在一个实施例中，单个功率级180可使用太阳能板102的电能给电池134充电，或提高供给LED串138的电压以给LED串138供电。电容136与LED串138并联，用于给LED串138供电时过滤输出电压或电流的纹波。
在一个实施例中，开关126和128可为金属氧化物半导体场效应晶体管（metaloxide semiconductor field effect transistor,MOSFET）。电池134为包括一个或多个电池单元的可再充电的电池组，例如：锂离子电池、镍镉电池或铅酸电池单元等。
控制器110可产生用于分别控制高端开关126和低端开关128的高端开关驱动信号114和低端开关驱动信号116。控制器110还包括多个输入引脚，例如：VSP引脚112、ICHP引脚118、ICHM引脚120、CSP引脚122和CSN引脚124。在一个实施例中，控制器110包括调节器160和驱动器170。调节器160耦合于输入引脚，并产生调节信号190。在一个实施例中，调节信号190是脉宽调制（pulse width modulation,PWM）信号。驱动器170耦合于调节器160，用于根据调节信号190产生驱动信号114和116。在一个实施例中，驱动信号114和116控制高端开关126和低端开关128交替闭合。假设调节信号190是一个PWM信号，当PWM信号处于高状态时，高端开关126闭合且低端开关128断开。这种状态被称为开关闭合状态。同理，当PWM信号处于低状态时，高端开关126断开且低端开关128闭合。这种状态被称为开关断开状态。由此，开关闭合状态的持续时间和开关断开状态的持续时间之比可由PWM信号的占空比来决定。
功率变换器103可在多个操作模式下工作。操作模式包括但不局限于充电模式和供电模式。在白天或光照相对强的环境下，太阳能板102可将光能转换为电能，功率变换器103可工作在充电模式，例如：功率变换器103通过将来自太阳能板102的电能传送到电池134来给电池134充电。此外，在图1的例子中，太阳能板102在充电模式中可同时给LED串138供电。在夜间或光照相对弱的环境下，功率变换器103工作在供电模式，例如，功率变换器103通过将电池134的电能传送到LED串138来给LED串138供电。在光照（人造光或太阳光）条件下，太阳能板102可在节点152产生具有输出电压VSOLAR和输出电流ISOLAR的电能。太阳能板102的特性将在图2和图3中详细的描述。
在一个实施例中，功率变换器103可监测输出电压VSOLAR，并根据输出电压VSOLAR选择性的工作于充电模式和供电模式。功率变换器103工作于充电模式还是供电模式由表示输出电压VSOLAR的VSP引脚112上的电压决定。如果VSP引脚上的电压大于阈值电压（例如：当太阳能板102工作在相对强的光照条件下），功率变换器103可工作在充电模式。如果VSP引脚上的电压小于阈值电压（例如：当太阳能板102工作在相对弱的光照条件下），功率变换器103可工作在供电模式。
如上所述，开关闭合状态的持续时间和开关断开状态的持续时间之比可由PWM信号的占空比来决定。此外，开关闭合状态的持续时间和开关断开状态的持续时间之比可决定充电模式下的电池134的充电电流ICHARGE和供电模式下的流经LED串138的工作电流ILED_ON。由此，充电电流ICHARGE和LED工作电流ILED_ON可通过PWM信号190进行调节。在充电模式中，PWM信号190通过调节充电电流ICHARGE来调节太阳能板102的输出电流ISOLAR。
图2所示为根据本发明一个实施例的太阳能板102的电流-电压曲线图200。如图2的例子所示，在特定的光照强度下，当太阳能板102运行于工作点202（本发明中称为最大功率点）时，太阳能板102可产生最大功率输出。在最大功率点上，太阳能板的输出电压VSOLAR_MPP和输出电流ISOLAR_MPP之间的乘积具有最大值。此外，太阳能板的输出电压VSOLAR随着太阳能板的输出电流ISOLAR的增加而降低。对于一个特定太阳能板102，太阳能板的最大功率点输出电压VSOLAR_MPP和最大功率点输出电流ISOLAR_MPP可由太阳能板102制造工艺决定。例如，用户可从太阳能板102的数据表或说明书中获得这些参数。
图3所示为根据本发明一个实施例的处于不同光照强度下的太阳能板102的电流-电压曲线图300。根据曲线302～310，太阳能板102的输出电压VSOLAR和输出电流ISOLAR随着光照强度的降低而减小。同理，太阳能板102的输出电压VSOLAR和输出电流ISOLAR随着光照强度的增加而增大。因此，如果光照强度降低，太阳能板102可通过降低输出电流ISOLAR以保持工作在最大功率点上，反之亦然。换句话说，通过控制输出电流ISOLAR，太阳能板102的输出电压VSOLAR可被调节到最大功率点输出电压VSOLAR_MPP，从而使太阳能板102工作在最大功率点上。
如图1所示，太阳能板的最大功率点输出电压VSOLAR_MPP可被预先设置或编程设置到控制器110中。控制器110的VSP引脚112耦合于由电阻104和106构成的分压器。VSP引脚112用于感应太阳能板的输出电压VSOLAR。太阳能板的输出电流ISOLAR可流经电感130和电阻132以给电池134充电。电阻132的压降可表示充电电流ICHARGE，并可被控制器110的ICHP引脚118和ICHM引脚120感应。
控制器110的ICHP引脚118和ICHM引脚120耦合于与电池134串联的电阻132。可通过ICHP引脚118和ICHM引脚120之间的电压差VI_CHARGE感应或计算充电电流ICHARGE。在一个实施例中，表示充电电流ICHARGE的预设最大电流值ICHARGE_MAX的预设参考电压VICHPM_MPP可被设置到控制器110中。优点在于，控制器110可通过比较VI_CHARGE和VICHPM_MPP来比较充电电流ICHARGE和预设最大电流值ICHARGE_MAX之间的大小。由此，功率变换器103可控制充电电流ICHARGE小于预设最大电流值ICHARGE_MAX，从而避免电池134工作于过流状态。
控制器110可交替闭合高端开关126和低端开关128。于是，电感130可交替耦合于太阳能板102和地。因此，开关126和128可用于调节充电电流ICHARGE和/或太阳能板的输出电压VSOLAR。
在白天，当光照达到足够高的强度，太阳能板102可在节点152上产生输出电压VSOLAR。控制器110的VSP引脚112可感应输出电压VSOLAR。表示最大功率点输出电压VSOLAR_MPP的预设参考电压VVSP_MPP可被设置到控制器110中。预设参考电压VVSP_MPP可由公式（1）决定：
VVSP_MPP=VSOLAR_MPP*R106/(R104+R106),(1)
其中，R104表示电阻104的阻值，R106表示电阻106的阻值。如果VSP引脚的电压等于或大于预设参考电压VVSP_MPP，功率变换器103工作于充电模式。二极管108正向偏置以将电池134耦合到太阳能板102。控制器110可控制高端开关126和低端开关128交替闭合。因此，太阳能板102的输出电流ISOLAR可流经电感130以给电池134充电。
在充电模式中，功率变换器103通过调节电池134的充电电流ICHARGE使太阳能板102的输出电压VSOLAR稳定在阈值电压VSOLAR_MPP（即最大功率点输出电压）。更具体的说，在一个实施例中，控制器110可比较VSP引脚112上的感应电压和参考电压VVSP_MPP之间的大小，并可据此调节PWM信号190。例如，如果VSP引脚112上的感应电压大于参考电压VVSP_MPP，控制器110可增加高端开关126的闭合时间和断开时间之间的比值，并减小低端开关128的闭合时间和断开时间之间的比值，例如：通过增加PWM信号190的占空比来调节。因此，太阳能板102的输出电流ISOLAR可被提高以降低输出电压VSOLAR。优点在于，在充电模式中，太阳能板102可通过把输出电压VSOLAR调节到阈值电压VSOLAR_MPP而工作于最大功率点上。也就是说，在充电模式中，太阳能板102产生最大功率输出并传送到电池134。因此，功率变换电路100的效率可得到提高。
当光照强度相对较弱时，节点152上的输出电压VSOLAR下降，且太阳能板102产生的电能不足以为电池134充电。在一个实施例中，如果VSP引脚112上的感应电压小于参考电压VVSP_MPP，功率变换器103可工作于供电模式。二极管108反向偏置，从而断开电池134与太阳能板102的连接。在这种情况下，充电电流ICHARGE下降直到电感130储存的能量被耗完。当与充电电流ICHARGE方向相反的电流流经电感130时，功率变换器103进入供电模式。在供电模式中，供给LED串138的电压被提高以给LED串138供电。
当功率变换器103工作在供电模式时，控制器110可通过交替闭合高端开关126和低端开关128以提高供给LED串138的电压。例如，当高端开关126断开且低端开关128闭合时，来自电池134的电流可流经电感130，将电能存储到电感130中。当高端开关126闭合且低端开关128断开时，电流流向LED串138，节点154上的电压被拉高。电容136存储来自电感130的电能，并过滤电流和电压的纹波以给LED串138供电。由此，当光照强度相对较弱时，功率变换器103仍可通过拉高供给LED串138的电压给LED串138供电。
在一个实施例中，LED具有阈值电压，例如：1.4V至3V，且当LED上的正向偏置电压超过阈值电压时，该LED被点亮。具有N个LED的LED串138的阈值电压VLED_TH是一个LED的阈值电压的N倍。在一个实施例中，如果LED串138的正向电压高于阈值电压VLED_TH，LED串138上的电压可保持在恒定的工作电压VLED_ON，且不受节点154上的电压波动的影响。
LED串138还具有固有参数，例如：最大工作电流ILED_MAX。功率变换电路100还包括电阻140。电阻140耦合于LED串138，且用于感应LED串138的工作电流ILED_ON。电阻140的电压可表示LED串138的工作电流ILED_ON。控制器110的CSP引脚122和CSN引脚124分别耦合于电阻140的两端。控制器110可通过监测CSP引脚122和CSN引脚124之间的电压，例如：VR140，来监测工作电流ILED_ON。
在一个实施例中，控制器110可将工作电流ILED_ON稳定在预设参考电流ILED_REF。ILED_REF可小于ILED_MAX。更具体的说，表示参考电流ILED_REF的预设参考电压V140_REF可被设置到控制器110中。控制器110通过比较VR140和V140_REF来比较ILED_ON和ILED_REF之间的大小。如果工作电流ILED_ON大于预设参考电流ILED_REF，控制器110可控制开关126和128以降低工作电流ILED_ON。例如：控制器110可增加PWM信号190的占空比，从而减小工作电流ILED_ON。因此，工作电流ILED_ON可被稳定在预设参考电流ILED_REF，LED串138的亮度也相对稳定。此外，流经LED串138的工作电流ILED_ON可被控制在小于最大工作电流ILED_MAX以避免过流状态。
如果光照强度增加，且VSP引脚112上感应的电压等于或大于阈值电压时，例如：参考电压VVSP_MPP，功率变换器103可被切换到充电模式。
图4所示为根据本发明一个实施例的图1中的调节器160的实例。图4中与图1标号相同的元素具有相同的功能。图4将结合图1进行描述。
在图4的例子中，调节器160包括5个输入引脚，用于感应对应的电压和电流。VSP引脚112用于感应太阳能板的输出电压VSOLAR。ICHP引脚118和ICHM引脚120用于感应充电电流ICHARGE。CSP引脚122和CSN引脚124用于感应LED串138的工作电流ILED_ON。调节器160还包括电流源430、电容428、电阻432、多个误差放大器402、410和418以及脉宽调制信号生成器，例如：比较器434。每个误差放大器402、410和418具有正输入端、负输入端和输出端。输出端可输出与正输入端和负输入端之间的电压差成比例的电压。
在充电模式中，误差放大器402用于比较VSP引脚112感应的电压和预设参考电压VVSP_MPP之间的大小。预设参考电压VVSP_MPP表示太阳能板102的最大功率点输出电压VSOLAR_MPP。误差放大器402的输出端406通过二极管408耦合于电流源430。输出端406上的电压可由VSP引脚112感应的电压和VVSP_MPP的比较结果决定。如果VSP引脚112感应的电压等于VVSP_MPP，输出端406输出零电压。如果VSP引脚112感应的电压大于VVSP_MPP，输出端406输出正电压。如果VSP引脚112感应的电压小于VVSP_MPP，输出端406输出负电压。
此外，在充电模式中，误差放大器410用于比较ICHP引脚118和ICHM引脚120之间电压差VI_CHARGE和预设参考电压VICHPM_MPP之间的大小。预设参考电压VICHPM_MPP表示最大充电电流ICHARGE_MAX。在一个实施例中，控制器110包括耦合于ICHM引脚120和误差放大器410的正输入端之间的电压源412。电压源412可提供预设参考电压VICHPM_MPP。由此，误差放大器410可监测太阳能板的输出电流ISOLAR或充电电流ICHARGE。误差放大器410的输出端414通过二极管416耦合于电流源430。与误差放大器402类似，输出端414可根据VI_CHARGE和VICHPM_MPP的比较结果输出零电压、正电压或负电压。
在供电模式中，误差放大器418用于比较CSP引脚122和CSN引脚124之间电压差VR140和预设参考电压V140_REF之间的大小。V140_REF表示预设参考电流ILED_REF。在一个实施例中，控制器110包括耦合于CSN引脚124和误差放大器418的负输入端之间的电压源420。电压源420可提供预设参考电压V140_REF。误差放大器418的输出端422通过二极管424耦合于电流源430。二极管424的连接方向与二极管408和二极管416相反。与误差放大器402类似，输出端422可根据VR140和V140_REF的比较结果输出零电压、正电压或负电压。
比较器434用于在充电模式和供电模式中产生PWM信号190。比较器434的负输入端接收锯齿波信号436或其他周期信号，比如：三角波信号或正弦波信号。比较器434的正输入端用于接收节点452上的电压438。节点452耦合于COMP引脚426。COMP引脚426通过电容428耦合于地。通过下降沿调制，比较器434可比较锯齿波信号436和节点452上的电压438的大小，并根据比较的结果在输出端产生PWM信号190。在图4的例子中，当节点452上的电压438增加时，PWM信号190的占空比增加。同理，当节点452上的电压438减小时，PWM信号190的占空比减小。在一个实施例中，锯齿波信号436的频率决定了PWM信号190的频率。在一个实施例中，为减轻或消除开关噪声，锯齿波信号436的频率可大于25KHZ。
在运行中，误差放大器402、410和418可工作在线性区。当功率变换电路100开启时，充电电流ICHARGE和负载电流ILED_ON均可为零。ICHP引脚118、ICHM引脚120、CSP引脚122和CSN引脚124上的电压均为零。因此，误差放大器418输出负电压。误差放大器410输出正电压。假设节点450上的电压和节点452上的电压均为零，二极管416和424均为反向偏置，并处于截止状态。
当光照强度相对较弱时，VSP引脚112的电压小于VVSP_MPP。误差放大器402输出负电压。二极管408正向偏置。由此，节点450上的电压下降。此外，电阻432为电容428放电以拉低节点452上的电压438。由此，PWM信号190的占空比减小。当PWM信号190的占空比减小时，节点154上的电压可增加。二极管108反向偏置以断开电池134和太阳能板102之间的连接。因此，功率变换器103进入供电模式。
当节点154上的电压达到LED串138的工作电压时，工作电流ILED_ON流经LED串138，从而点亮LED串138。CSP引脚122和CSN引脚124可感应表示工作电流ILED_ON的电压差VR140。节点154上的电压随着PWM信号190的占空比的减小而持续增加。因此，工作电流ILED_ON增加。当工作电流ILED_ON达到预设参考电平ILED_REF，误差放大器418输出正电压。由此，二极管424正向偏置以拉高电压438。由于误差放大器402通过电阻432拉低电压438且误差放大器418拉高电压438，调节器160进入平衡状态。在该平衡状态下，电压438基本保持恒定，且工作电流ILED_ON稳定在预设参考电平ILED_REF。
当光照强度增加时，VSP引脚112的电压增加。如果VSP引脚的电压大于预设参考电压VVSP_MPP，误差放大器402在输出端406上输出正电压。二极管408反向偏置。电流源430给电容428充电以增大电压438。由此，PWM信号190的占空比增加。于是，节点154上的电压减小，且二极管108正向偏置从而把电池134连接到太阳能板102。当节点154上的电压下降到小于LED串138的工作电压时，LED串138的工作电流ILED_ON下降到零。误差放大器418输出负电压以关断二极管424。太阳能板的输出电流ISOLAR流入功率变换器103以给电池134充电。因此，功率变换器103进入充电模式。
在充电模式中，控制器110可将太阳能板的输出电压VSOLAR稳定在预设最大功率点输出电压VSOLAR_MPP上。如果VSP引脚的电压大于VVSP_MPP，误差放大器402在输出端406上输出正电压以反向偏置二极管408。因此，电流源430可给电容428充电以增大PWM信号190的占空比。因此，充电电流ICHARGE或太阳能板的输出电流ISOLAR增加。根据图2，太阳能板的输出电压VSOLAR随着太阳能板的输出电流ISOLAR的增加而减小。如果VSP引脚的电压小于VVSP_MPP，误差放大器402在输出端406上输出负电压以正向偏置二极管408。因此，二极管408为电容428放电以减小PWM信号190的占空比。同理，当PWM信号190的占空比减小时，太阳能板的输出电流ISOLAR减小且太阳能板的输出电压VSOLAR增大。由此，太阳能板的输出电压VSOLAR可被稳定在预设最大功率点输出电压VSOLAR_MPP上，使太阳能板具有最大功率输出。
在充电模式中，功率变换器103可控制充电电流ICHARGE小于预设最大电流值ICHARGE_MAX以防止过流状态的发生。如果光照足够强，VSP引脚的电压可大于VVSP_MPP，且充电电流ICHARGE可达到ICHARGE_MAX。此时，误差放大器410的输出端414输出负电压。二极管416正向偏置。二极管416使电容428放电以减小PWM信号190的占空比。因此，充电电流ICHARGE减小直到ICHARGE降到小于ICHARGE_MAX。由此，可防止过流状态的发生。此外，由于充电电流ICHARGE（或太阳能板电流ISOLAR）减小，VSP引脚的电压增加。因此，误差放大器402的输出端406的电压保持为正，且二极管408因为反向偏置而断开。
图5所示为根据本发明一个实施例的功率变换电路500的另一电路框图。图5中与图1和图4标号相同的元素具有相同的功能。图5将结合图1进行描述。
功率变换电路500还包括与LED串138串联的开关562。控制器510可执行与图1中的控制器110相同的功能。此外，控制器510还可比较VSP引脚的电压和内部预设电压VPRESET的大小，并可根据比较结果产生LED控制信号560以控制开关562。在一个实施例中，内部预设电压VPRESET与参考电压VVSP_MPP不同。当VSP引脚的电压小于内部预设电压VPRESET时，开关562闭合。当VSP引脚的电压大于内部预设电压VPRESET时，开关562断开。在一个实施例中，内部预设电压VPRESET等于或小于驱动LED串138所需的工作电压（例如：LED串阈值电压VLED_TH），并小于参考电压VVSP_MPP。
因此，在一个实施例中，当VSP引脚感应的电压大于参考电压VVSP_MPP时，功率变换器503工作于充电模式且开关562断开（停止对LED串138供电）。当VSP引脚感应的电压小于内部预设电压VPRESET时，功率变换器503工作于供电模式且开关562闭合。由此，LED串138由电池134供电并被点亮。在一个实施例中，当VSP引脚感应的电压大于内部预设电压VPRESET且小于参考电压VVSP_MPP时，电池134不对LED串138供电。
图6所示为根据本发明一个实施例的功率变换电路（例如：功率变换电路100）的操作流程图600。图6将结合图1至图5进行描述。图6所涵盖的具体操作步骤仅仅作为示例。也就是说，本发明适用其他合理的操作流程或对图6进行改进的操作步骤。
在步骤602中，接收具有输出电压的电能，例如，功率变换器103接收太阳能板输出的具有输出电压VSOLAR的电能。
在步骤604中，从充电模式和供电模式中选择一种工作模式。在步骤606，比较该输出电压和阈值电压，例如：VSOLAR_MPP，的大小以决定需要选择的工作模式。在一个实施例中，如果输出电压小于阈值电压，流程图600进入步骤614。否则，流程图600进入步骤608。
在步骤608中，功率变换器，例如：功率变换器103，进入充电模式。在充电模式中，该电能被传送到电源，例如：电池134。在步骤610中，调节该电源的充电电流，例如：ICHARGE，从而将输出电压稳定在该阈值电压。在步骤612中，感应电源的充电电流并比较该充电电流和第一预设参考电流，例如：ICHARGE_MAX，的大小以控制充电电流小于该第一预设参考电流。
在步骤614中，功率变换器进入供电模式。在供电模式中，将电能从该电源传送到负载。在步骤616中，感应流经该负载的负载电流，例如：LED工作电流ILED_ON，并比较该负载电流和第二预设参考电流，例如：ILED_REF，的大小以将负载电流稳定在第二预设参考电流。
上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
Claims (24)
1.一种功率变换电路，其特征在于，所述功率变换电路包括：
太阳能板，用于产生具有输出电压的电能；及
耦合于所述太阳能板的功率变换器，所述功率变换器选择性的工作于充电模式和供电模式，在所述充电模式中，所述功率变换器将所述电能从所述太阳能板传送到电源，并将所述输出电压稳定在阈值电压，在所述供电模式中，所述功率变换器提高供给负载的电压以将电能从所述电源传送到所述负载，并将流经所述负载的负载电流稳定在针对负载电流的预设参考电流，
其中，所述功率变换器包括二极管、控制器和功率级，所述功率级包括高端开关、低端开关和电感，所述太阳能板和所述负载耦合于所述高端开关，所述电源通过所述电感和电阻耦合于所述高端开关和所述低端开关，所述低端开关一端接地，另一端耦合于所述高端开关，所述功率变换器工作在所述供电模式时，所述控制器交替闭合所述高端开关和所述低端开关，以提高供给所述负载的电压。
2.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，所述功率变换器比较所述输出电压和所述阈值电压的大小，并根据所述比较的结果选择性的工作于所述充电模式和所述供电模式。
3.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，在所述充电模式中，所述功率变换器通过调节所述电源的充电电流以将所述输出电压稳定在所述阈值电压。
4.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，当所述输出电压被稳定在所述阈值电压时，所述太阳能板产生最大功率输出。
5.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，
耦合于所述电源的所述电阻用于感应所述电源的充电电流，所述功率变换器比较所述充电电流和针对充电电流的预设参考电流的大小以控制所述充电电流小于所述针对充电电流的预设参考电流。
6.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，所述功率变换电路还包括：
耦合于所述负载的电阻，用于感应流经所述负载的负载电流，所述功率变换器比较所述负载电流和针对负载电流的预设参考电流的大小以将所述负载电流稳定在所述针对负载电流的预设参考电流。
7.根据权利要求1所述的功率变换电路，其特征在于，所述功率变换器包括耦合于节点的第一误差放大器，用于根据所述输出电压和所述阈值电压的比较结果调节所述节点的节点电压。
8.根据权利要求7所述的功率变换电路，其特征在于，所述功率变换器根据所述节点电压调节所述输出电压以将所述输出电压稳定在所述阈值电压。
9.根据权利要求7所述的功率变换电路，其特征在于，所述功率变换器还包括耦合于所述节点的第二误差放大器，用于根据流经所述负载的负载电流和所述针对负载电流的预设参考电流的比较结果调节所述节点电压。
10.根据权利要求9所述的功率变换电路，其特征在于，所述功率变换器根据所述节点电压调节所述负载电流以将所述负载电流稳定在所述针对负载电流的预设参考电流。
11.根据权利要求7所述的功率变换电路，其特征在于，所述功率变换器还包括耦合于所述节点的第二误差放大器，用于根据所述电源的充电电流和针对充电电流的预设参考电流的比较结果调节所述节点电压。
12.根据权利要求11所述的功率变换电路，其特征在于，所述功率变换器根据所述节点电压调节所述充电电流以控制所述充电电流小于所述针对充电电流的预设参考电流。
13.根据权利要求7所述的功率变换电路，其特征在于，所述功率变换器还包括脉宽调制信号生成器，用于接收所述节点电压，并产生脉宽调制信号以控制所述太阳能板的所述电能。
14.一种利用功率变化器进行功率变换的方法，其中，所述功率变换器包括二极管、控制器和功率级，所述功率级包括高端开关、低端开关和电感，太阳能板和负载耦合于所述高端开关，电源通过所述电感和电阻耦合于所述高端开关和所述低端开关，所述低端开关一端接地，另一端耦合于所述高端开关，其特征在于，所述方法包括：
接收具有输出电压的电能；
从充电模式和供电模式中选择一种工作模式；
在所述充电模式中，将所述输出电压稳定在阈值电压；
在所述充电模式中，将所述电能传送到所述电源；及
在所述供电模式中，通过交替闭合所述高端开关和所述低端开关来提高供给所述负载的电压以将电能从所述电源传送到所述负载，并将流经所述负载的负载电流稳定在针对负载电流的预设参考电流。
15.根据权利要求14所述的功率变换的方法，其特征在于，所述选择工作模式的步骤包括：
比较所述输出电压和所述阈值电压的大小；及
根据所述比较的结果从所述充电模式和所述供电模式中选择所述工作模式。
16.根据权利要求14所述的功率变换的方法，其特征在于，所述方法还包括：
调节所述电源的充电电流以将所述输出电压稳定在所述阈值电压。
17.根据权利要求14所述的功率变换的方法，其特征在于，当所述输出电压被稳定在所述阈值电压时，具有所述输出电压的所述电能具有最大能量值。
18.根据权利要求14所述的功率变换的方法，其特征在于，所述方法还包括：
感应所述电源的充电电流；及
比较所述充电电流和针对充电电流的预设参考电流的大小以控制所述充电电流小于所述针对充电电流的预设参考电流。
19.根据权利要求14所述的功率变换的方法，其特征在于，所述方法还包括：
感应流经所述负载的负载电流；及
比较所述负载电流和所述针对负载电流的预设参考电流的大小以将所述负载电流稳定在所述针对负载电流的预设参考电流。
20.一种功率变换电路，其特征在于，所述功率变换电路包括：
耦合于太阳能板的功率变换器，所述功率变换器选择性的工作于充电模式和供电模式，所述太阳能板用于将光能转换为电能，并提供输出电压，所述功率变换器包括：
功率级，在所述充电模式中，所述功率级利用所述太阳能板的所述电能给电池充电，在所述供电模式中，所述功率级提高供给负载的电压以将所述电池的电能传送给所述负载供电，并将流经所述负载的负载电流稳定在针对负载电流的预设参考电流；及
耦合于所述功率级的控制器，用于根据所述输出电压和阈值电压的比较结果从所述充电模式和所述供电模式中选择一种工作模式，并在所述充电模式中将所述输出电压稳定在所述阈值电压，
其中，所述功率级包括高端开关、低端开关和电感，所述太阳能板和所述负载耦合于所述高端开关，电源通过所述电感和电阻耦合于所述高端开关和所述低端开关，所述低端开关一端接地，另一端耦合于所述高端开关，当所述功率变换器工作在所述供电模式时，所述控制器通过交替闭合所述高端开关和所述低端开关，以提高供给所述负载的电压。
21.根据权利要求20所述的功率变换电路，其特征在于，当所述输出电压被稳定在所述阈值电压时，所述太阳能板产生最大功率输出。
22.根据权利要求20所述的功率变换电路，其特征在于，所述控制器包括：
脉宽调制信号生成器，用于产生脉宽调制信号；及
耦合于所述脉宽调制信号生成器的误差放大器，用于比较所述输出电压和所述阈值电压的大小，并调节所述脉宽调制信号的占空比以将所述输出电压稳定在所述阈值电压。
23.根据权利要求20所述的功率变换电路，其特征在于，所述控制器包括：
脉宽调制信号生成器，用于产生脉宽调制信号；及
耦合于所述脉宽调制信号生成器的误差放大器，用于比较所述电池的充电电流和针对充电电流的预设参考电流的大小，并调节所述脉宽调制信号的占空比以控制所述充电电流小于所述针对充电电流的预设参考电流。
24.根据权利要求20所述的功率变换电路，其特征在于，所述控制器包括：
脉宽调制信号生成器，用于产生脉宽调制信号；及
耦合于所述脉宽调制信号生成器的误差放大器，用于比较流经所述负载的负载电流和所述针对负载电流的预设参考电流的大小，并调节所述脉宽调制信号的占空比以将所述负载电流稳定在所述针对负载电流的预设参考电流。
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