CN110601513A - 多输入源能量提取***及其电源转换装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种多输入源能量提取***及其电源转换装置与方法。该多输入源能量提取***，包括一电源转换装置，其中第一与第二能量提取器分别提取第一与第二能量与而分别提供第一与第二输入电源；电源转换装置包括：可调阻抗匹配电路，根据第一输入电源产生一调整后电源；电源转换电路，转换总线电源而产生输出电源；其中能量提取***根据调整后电源及/或第二输入电源而控制第一开关电路与第二开关电路，以选择导通调整后电源或第二输入电源其中之一而产生总线电源；且调整可调阻抗匹配电路的阻抗值，以最大化调整后电源的电压。

Description

多输入源能量提取***及其电源转换装置与方法

技术领域

本发明涉及一种电源转换***，特别是指一种具有多输入源的电源转换***。本发明还涉及用于电源转换***中的电源转换装置以及方法。

背景技术

与本申请相关的前案有：美国专利申请US 20180069405A1以及“An EffectiveMulti-Source Energy Harvester for Low Power Applications,2011,IEEE”。

图1中，美国专利申请US 20180069405A1公开一种现有技术的具有多输入源的电源转换***(具有多输入源的电源转换***1)，电源转换***1包括多个直流-直流升压转换器，分别用以对应转换来自不同能量提取器(如图中所示的太阳能面板能量提取器、压电面板能量提取器、风力能量提取器、磁性感应能量提取器与无线射频能量提取器等)所提供的多个输入电源，接着通过输入选择开关选择其中一电源转换路径提供输出电源给后级负载(如电池组)。

图1中所示的现有技术，其缺点在于，其分别设置对应多个能量提取器的多个直流-直流升压转换器，使得电源转换***1的电路尺寸大且成本高。此外，此现有技术无法进行最大功率点的追踪，因此其电源转换效率不佳。

图2中，IEEE论文“An Effective Multi-Source Energy Harvester for LowPower Applications,2011,IEEE”公开一种现有技术的具有多输入源的电源转换***(具有多输入源的电源转换***2)，电源转换***2对应于多个输入源设置了各自对应的最大功率点追踪电路，另设置了各自对应的二极管，以选择不同输入源中电压最高者，并将选择后的输入电源VSC通过直流-直流转换器转换为输出电源VOUT。

图2中所示的现有技术，其缺点在于，由于设置了各自对应的最大功率点追踪电路，使得电源转换***2的电路尺寸大且成本高。此外，以二极管进行输入源的选择，只能选择输入电源中电压的最高者。

本发明相较于图1与2的现有技术，应于多个输入源，可共享一最大功率点追踪电路以及直流-直流转换电路，因此，可缩小电路尺寸，降低成本，此外，还可通过可调整阻抗的阻抗匹配电路提高输入电源的电压。

发明内容

就其中一个观点言，本发明提供了一种电源转换装置，其中一第一能量提取器提取一第一能量而提供一第一输入电源，一第二能量提取器提取一第二能量而提供一第二输入电源；该电源转换装置包含：一可调阻抗匹配电路，根据该第一输入电源而于第一节点产生一调整后电源；一第一开关电路，耦接于该第一节点与一总线节点之间；一第二开关电路，耦接于该第二输入电源与该总线节点之间；一转换控制电路，用以根据该调整后电源的电压及/或该第二输入电源的电压而控制该第一开关电路与该第二开关电路，以选择导通该调整后电源或该第二输入电源其中之一，于该总线节点产生一总线电源，且该转换控制电路产生一阻抗控制信号，用以调整该可调阻抗匹配电路的一阻抗值，以最大化该调整后电源的电压；以及一电源转换电路，转换该总线电源而产生一输出电源。

在一较佳实施例中，该转换控制电路根据以下方式之一而产生该总线电源：(1)比较该调整后电源的电压与该第二输入电源的电压，以选择该调整后电源与该第二输入电源中，其电压为最高者作为该总线电源；或者(2)比较该第二输入电源的电压与第一预设电压，当该第二输入电源的电压高于该第一预设电压时，选择导通该第二输入电源作为该总线电源。

在一较佳实施例中，该转换控制电路根据一第一感测信号而产生一转换控制信号，以控制该电源转换电路，使得该第一输入电源或该第二输入电源大致上控制在各自对应的最大功率点；其中该第一感测信号相关于以下至少之一：(1)该调整后电源的电压；(2)该第二输入电源的电压；或者(3)该总线电源的电压。

在一较佳实施例中，该转换控制信号控制该电源转换电路的输出功率，使得该第一感测信号不低于一第二预设电压，其中该第二预设电压相关于对应的该第一输入电源的最大功率点或该第二输入电源的最大功率点。

在一较佳实施例中，该转换控制电路包括：一取样维持电路，用以于选择该调整后电源为该总线电源时，取样并维持该调整后电源的开路电压的分压，以作为该第二预设电压；或者于选择该第二输入电源为该总线电源时，取样并维持该第二输入电源的开路电压的分压，以作为该第二预设电压。

在一较佳实施例中，该第一输入电源具有交流形式；其中该电源转换装置还包括一整流电路，其中该整流电路包括至少一整流元件，其中该整流电路设置为以下之一：(1)该整流元件耦接于该可调阻抗匹配电路的一输出端与该第一节点之间，用以将可调阻抗匹配电路的一输出信号整流，而于该第一节点产生该调整后电源；或者(2)该整流元件耦接于该第一节点与该总线节点之间，用以将该调整后电源整流，而于该总线节点产生该总线电源；其中该第一开关电路包括该整流元件，该整流元件还用以控制是否导通该调整后电源作为该总线电源。

在一较佳实施例中，该整流元件为一整流二极管。

在一较佳实施例中，该可调阻抗匹配电路包括一可变电容器，用以根据该阻抗控制信号而模拟且连续地调整该可变电容器的电容值，藉此模拟且连续地调整该可调阻抗匹配电路的该阻抗值。

在一较佳实施例中，该第二开关电路包括一路径开关，用以控制该第二输入电源与该总线电源的导通路径，该转换控制电路包括第一比较电路，用以比较该第二输入电源的电压与该第一预设电压而产生第一比较结果，该转换控制电路根据该第一比较结果而控制该路径开关是否导通该第二输入电源作为该总线电源。

在一较佳实施例中，该转换控制电路还根据该第一比较结果而决定是否致能该阻抗控制信号，其中当该第二输入电源的电压低于该第一预设电压时，该转换控制电路致能该阻抗控制信号。

在一较佳实施例中，该转换控制电路包括：一偏压感测电路，耦接于该总线节点与一感测节点之间，用以根据该总线电源的电压而于该感测节点产生一第二感测信号；一箝位电路，耦接于该感测节点，用以箝位该第二感测信号，使得该第二感测信号不大于一箝位电压；以及一第二比较电路，用以根据该第二感测信号与一第三预设电压的差值而产生该转换控制信号。

在一较佳实施例中，该偏压感测电路包括：一偏压电阻，用以提供一偏压电流；以及一感测电容器，与该偏压电阻并联耦接于该总线电源与该感测节点之间。

在一较佳实施例中，该偏压电阻为该感测电容器的一寄生电阻。

在一较佳实施例中，该箝位电路包括一箝位二极管，其中该箝位电压相关于该箝位二极管的一顺向导通电压。

在一较佳实施例中，该转换控制电路还根据该转换控制信号而产生该阻抗控制信号。

在一较佳实施例中，该转换控制电路周期性地根据该调整后电源的电压与该第二输入电源的电压的比较结果，或周期性地根据该该第二输入电源的电压与该第一预设电压的比较结果而选择导通该调整后电源或该第二输入电源为该总线电源。

在一较佳实施例中，该电源转换电路设置为以下之一：(1)一升压型切换式电源转换电路；(2)一降压型切换式电源转换电路；(3)一升降压型切换式电源转换电路；(4)一线性电源转换电路；或者(5)一充电电路。

在一较佳实施例中，该第二输入电源还耦接于该可调阻抗匹配电路，用以控制该可调阻抗匹配电路的该阻抗值，以提高该调整后电源的电压。

就另一个观点言，本发明也提供了一种多输入源能量提取***，包含：如上述各实施例中的任一个所述的电源转换装置；该第一能量提取器；以及该第二能量提取器。

就另一个观点言，本发明也提供了一种用于控制一多输入源能量提取***的方法，其中该多输入源能量提取***包括一电源转换装置，一第一能量提取器以及一第二能量提取器，其中该第一能量提取器提取一第一能量而提供一第一输入电源，该第二能量提取器提取一第二能量而提供一第二输入电源；该电源转换装置包括：一可调阻抗匹配电路，根据该第一输入电源而于第一节点产生一调整后电源；一第一开关电路，耦接于该第一节点与一总线节点之间；一第二开关电路，耦接于该第二输入电源与该总线节点之间；以及一电源转换电路，转换该该总线节点上的一总线电源而产生一输出电源；该方法包含：根据该调整后电源的电压及/或该第二输入电源的电压而控制该第一开关电路与该第二开关电路，以选择导通该调整后电源或该第二输入电源其中之一，于该总线节点产生该总线电源；以及调整该可调阻抗匹配电路的一阻抗值，以最大化该调整后电源的电压。

在一较佳实施例中，产生该总线电源的步骤包括以下之一：(1)比较该调整后电源的电压与该第二输入电源的电压，以选择该调整后电源与该第二输入电源中，其电压为最高者作为该总线电源；或者(2)比较该第二输入电源的电压与第一预设电压，当该第二输入电源的电压高于该第一预设电压时，选择导通该第二输入电源作为该总线电源。

在一较佳实施例中，该方法还包含：根据一第一感测信号而控制该电源转换电路，使得该第一输入电源或该第二输入电源大致上控制在各自对应的最大功率点；其中该第一感测信号相关于以下至少之一：(1)该调整后电源的电压；(2)该第二输入电源的电压；或者(3)该总线电源的电压。

在一较佳实施例中，控制该电源转换电路的步骤包括：控制该电源转换电路的输出功率，使得该第一感测信号不低于一第二预设电压，其中该第二预设电压相关于对应的该第一输入电源的最大功率点或该第二输入电源的最大功率点。

在一较佳实施例中，该第二输入电源还用以控制该可调阻抗匹配电路的该阻抗值，以提高该调整后电源的电压。

就另一个观点言，本发明也提供了一种电源转换装置，其中一第一能量提取器提取一第一能量而提供一第一输入电源，一第二能量提取器提取一第二能量而提供一第二输入电源；该电源转换装置包含：一可调阻抗匹配电路，根据该第一输入电源而于第一节点产生一调整后电源，其中该第二输入电源控制该可调阻抗匹配电路的一阻抗值，以最大化该调整后电源的电压；一电源转换电路，根据该调整后电源而产生一输出电源；以及一转换控制电路，用以产生一转换控制信号，以控制该电源转换电路，使得该调整后电源大致上控制在对应的最大功率点。

在一较佳实施例中，该第一能量提取器是一射频天线或是一电磁感应装置，该第一能量是无线射频能量，该第一输入电源为交流形式；且，第二能量提取器为一光能电池，用以提取一光能量。

在一较佳实施例中，电源转换装置还包含：一第一开关电路，耦接于该第一节点与一总线节点之间；一第二开关电路，耦接于该第二输入电源与该总线节点之间；其中该转换控制电路根据该调整后电源的电压及/或该第二输入电源的电压而控制该第一开关电路与该第二开关电路，以选择导通该调整后电源或该第二输入电源其中之一，于该总线节点产生一总线电源；其中该电源转换电路转换该总线电源而产生该输出电源。

在一较佳实施例中，该转换控制电路还产生一阻抗控制信号，用以调整该可调阻抗匹配电路的该阻抗值，以最大化该调整后电源的电压。

以下通过具体实施例详加说明，应当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的功效。

附图说明

图1显示一种现有技术的多输入源能量提取***的方块图。

图2显示一种现有技术的多输入源能量提取***的方块图。

图3A显示本发明的多输入源能量提取***及其电源转换装置的实施例的示意图。

图3B显示对应于图3A的特性曲线图。

图3C显示能量提取器的特性曲线图。

图3D显示本发明的电源转换装置的一实施例的示意图。

图4显示本发明的电源转换装置中，可调阻抗匹配电路的一实施例的示意图。

图5A显示本发明的电源转换装置的一实施例的示意图。

图5B-5C显示本发明的电源转换装置中，转换控制电路的具体实施例的示意图。

图6A显示本发明的电源转换装置中，整流电路的一实施例的示意图。

图6B显示本发明的电源转换装置中，整流电路与开关电路的实施例的示意图。

图7显示本发明的电源转换装置中，整流电路与开关电路的具体实施例的示意图。

图8显示本发明的电源转换装置中，整流电路与开关电路的具体实施例的示意图。

图9显示本发明的电源转换装置中，转换控制电路的一具体实施例的示意图。

图10显示本发明的电源转换装置中，偏压感测电路的一具体实施例的示意图。

图11显示本发明的电源转换装置中，转换控制电路的一具体实施例的示意图。

图12显示本发明的多输入源能量提取***及其电源转换装置的另一实施例的示意图。

图13显示本发明的多输入源能量提取***及其电源转换装置的又一实施例的示意图。

图14显示本发明的多输入源能量提取***及其电源转换装置的再一实施例的示意图。

图15显示本发明的电源转换装置中，可调阻抗匹配电路的另一具体实施例的示意图。

图16显示本发明的电源转换装置中，可调阻抗匹配电路的又一具体实施例的示意图。

图中符号说明

10,10’,10” 可调阻抗匹配电路

100,100’,100” 电源转换装置

20 第一开关电路

200,300 能量提取器

3A 多输入源能量提取***

30 第二开关电路

40 电源转换电路

50,50” 转换控制电路

53,56 比较电路

54 偏压感测电路

55 箝位电路

58 阻抗控制电路

60,60’ 整流电路

80 开关电路

Fr 谐振频率

N1 第一节点

NB 总线节点

PMAX 最大功率点

VA 调整后电源

VB 阻抗控制信号

VBUS 总线电源

VCTL 转换控制信号

VI1 第一输入电源

VI2 第二输入电源

VMP 最大功率电压

VOC 开路电压

VR1 预设电压

VR1,VR2,VR3 第二预设电压

具体实施方式

本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。

请参阅图3A，图3A显示本发明的多输入源能量提取***及其电源转换装置的实施例的示意图(多输入源能量提取***3A与电源转换装置100)。多输入源能量提取***3A包括多个能量提取器200与300，以及电源转换装置100。

能量提取器200与300可分别用以提取其对应形式的第一能量与第二能量而分别转换为第一输入电源VI1与第二输入电源VI2。在一实施例中，能量提取器200可提取交流形式的能量，并转换为交流形式的第一输入电源VI1，举例来说，能量提取器200可以是压电能量提取器，用以提取转换震动压力能量并转换为交流形式的第一输入电源VI1，又如，能量提取器200可以是射频天线或是电磁感应装置，用以提取转换无线射频能量或电磁能量并转换为交流形式的第一输入电源VI1。在一实施例中，能量提取器300可提取直流形式的能量，并转换为直流形式的第二输入电源VI2，举例来说，能量提取器300可以是光能电池或热电元件，用以提取光能量或热能并转换为直流形式的第二输入电源VI2。当然，多输入源能量提取***的多个能量提取器也可以是上述各种形式的能量提取器的任意组合。

请继续参阅图3A，电源转换装置100包含可调阻抗匹配电路10、第一开关电路20、第二开关电路30、转换控制电路50以及电源转换电路40。

可调阻抗匹配电路10用以根据第一输入电源VI1而于第一节点N1产生调整后电源VA。第一开关电路20耦接于第一节点N1与总线节点NB之间，用以控制第一节点N1与总线节点NB之间的导通路径。第二开关电路30耦接于第二输入电源VI2与总线节点NB之间，用以控制第二输入电源VI2与总线节点NB之间的导通路径。

转换控制电路50用以根据调整后电源VA的电压及/或第二输入电源VI2的电压而控制第一开关电路20与第二开关电路30，以选择导通调整后电源VA或第二输入电源VI2其中之一，于总线节点NB产生总线电源VBUS。根据本发明，转换控制电路50可以多种不同方式选择调整后电源VA或第二输入电源VI2作为总线电源VBUS。在一实施例中，转换控制电路50比较调整后电源VA的电压与第二输入电源VI2的电压，以选择调整后电源VA与第二输入电源VI2中，其电压为最高者作为总线电源VBUS。在另一实施例中，转换控制电路50比较第二输入电源VI2的电压与第一预设电压，当第二输入电源VI2的电压高于第一预设电压时，选择导通第二输入电源VI2作为总线电源VBUS。

此外，根据本发明，可选地，转换控制电路50可以周期性地根据调整后电源VA的电压与第二输入电源VI2的电压的比较结果，或周期性地根据第二输入电源VI2的电压与第一预设电压VR1的比较结果而选择导通调整后电源VA或第二输入电源VI2为总线电源VBUS。

电源转换电路40则用以转换总线电源VBUS而产生输出电源VO。电源转换电路40可设置为例如但不限于升压型切换式电源转换电路、降压型切换式电源转换电路、升降压型切换式电源转换电路、线性电源转换电路或者充电电路。需说明的是，所述的充电电路是指至少可进行定电流电源转换模式及定电压电源转换模式的电源转换电路，用以在对充电电池的不同充电阶段进行对应的电源转换模式。电源转换电路的实施细节在本发明的教示下，本领域技术人员当可推知，在此不予赘述。

此外，根据本发明，在一实施例中，转换控制电路50还用以产生阻抗控制信号VB，调整可调阻抗匹配电路10的阻抗值，进而控制或调整调整后电源VA的特性参数。请同时参阅图3B，图3B显示对应于图3A的特性曲线图，如图所示，在第一能量例如是射频能量而能量提取器200是射频天线的实施例中，调整可调阻抗匹配电路10的阻抗值可改变能量提取器200的谐振频率，例如使其对应于图3B中的谐振频率Fr，因而可使能量提取器200提取最大的能量，而在一实施例中，通过调整可调阻抗匹配电路10的阻抗值，则可控制调整后电源VA的电压，在一实施例中，转换控制电路50通过阻抗控制信号VB来调整可调阻抗匹配电路10的阻抗值，以最大化调整后电源VA的电压。

请同时参阅图3A、图3C与图3D，图3C显示典型的能量提取器(如光能提取器)的特性曲线图，图3D显示本发明的电源转换装置的一实施例的示意图。如图3C所示，典型的能量提取器的最大功率点PMAX，其对应的电压约在其开路电压VOC稍低处(最大功率电压VMP)。在一实施例中，如图3D所示，转换控制电路50还用以根据第一感测信号VSEN1而产生转换控制信号VCTL，以控制电源转换电路40，使得第一输入电源VI1或第二输入电源VI2大致上控制在各自对应的最大功率点。在一实施例中，转换控制信号VCTL是通过控制电源转换电路40的输出功率，以使得第一输入电源VI1或第二输入电源VI2大致上控制在各自对应的最大功率点。需说明的是，图3D中的输入电源VI对应于前述实施例中的调整后电源VA或第二输入电源VI2，而开关电路80则是相应的第一开关电路20或第二开关电路30，下同。

第一感测信号VSEN1可以多种实施方式来实施，具体而言，根据本发明，第一感测信号VSEN1相关于以下至少之一：(1)调整后电源VA的电压；(2)第二输入电源VI2的电压；或者(3)总线电源VBUS的电压。更具体的说，当转换控制电路50选择导通调整后电源VA而于总线节点NB产生总线电源VBUS时，转换控制电路50根据调整后电源VA的电压或是总线电源VBUS的电压而产生转换控制信号VCTL，以控制电源转换电路40，使得第一输入电源VI1大致上控制在其最大功率点。当转换控制电路50选择导通第二输入电源VI2而于总线节点NB产生总线电源VBUS时，转换控制电路50根据第二输入电源VI2的电压VVI2或是总线电源VBUS的电压而产生转换控制信号VCTL，以控制电源转换电路40，使得第二输入电源VI2大致上控制在其最大功率点。

需说明的是：因电路零件的本身的寄生效应或是零件间相互的匹配不一定为理想，因此，虽然欲使第一或第二输入电源控制在其各自对应的最大功率点，但实际上，第一或第二输入电源可能并无法精确控制在其各自对应的最大功率点，而仅是接近最大功率点，也就是，根据本发明，可接受由于电路的不理想性而与最大功率点具有一定程度的误差，此即前述的“大致上”控制在其最大功率点之意，本说明书中其他提到“大致上”之处亦同。

可调阻抗匹配电路10可包括基本的阻抗匹配元件，例如电感器与电容器，其中可通过将阻抗匹配元件设置为可调整，藉此可调整可调阻抗匹配电路10的阻抗值，并进而调整多输入源能量提取***与电源转换装置的阻抗值(输入或输出阻抗)。请参阅图4，图4显示本发明的电源转换装置中，可调阻抗匹配电路的一实施例的示意图。如图所示，在本实施例中，可调阻抗匹配电路10包括可变电容器11，用以根据阻抗控制信号VB而模拟且连续地调整可变电容器11的电容值，藉此模拟且连续地调整可调阻抗匹配电路10的阻抗值。在本具体的实施例中，可调阻抗匹配电路10还包括电感器L1以及电容器C12。在一实施例中，可变电容器11例如可为压控可变电容器或压控可变电容二极管D11。在一实施例中，转换控制电路50可对应包括阻抗控制电路58，用以产生阻抗控制信号VB。

需说明的是，在其他实施例中，可变电容器11也可以是电容器与开关的组合，在此情况下，阻抗控制信号VB控制开关以调整可变电容器11的电容值。

在一实施例中，转换控制信号VCTL控制电源转换电路40的输出功率，使得第一感测信号VSEN1不低于第二预设电压，其中第二预设电压相关于对应的第一输入电源VI1的最大功率点或第二输入电源VI2的最大功率点。请参阅图5A，图5A显示本发明的电源转换装置的一实施例的示意图，如图5A所示，在具体的实施例中，转换控制电路50可包括比较电路51，用以比较第一感测信号VSEN1与第二预设电压VR2而产生转换控制信号VCTL，以控制电源转换电路40的输出功率，使得第一感测信号VSEN1不低于第二预设电压VR2。

具体来说，当转换控制电路50选择导通调整后电源VA而于总线节点NB产生总线电源VBUS时，第二预设电压VR2相关于第一输入电源VI1(或对应于调整后电源VA)的最大功率点。另一方面，当转换控制电路50选择导通第二输入电源VI2而于总线节点NB产生总线电源VBUS时，第二预设电压VR2相关于第二输入电源VI2的最大功率点。请同时回阅图3C，第二预设电压VR2例如可为最大功率电压VMP或与其相近的电压。需说明的是，比较电路中的正负端为相对概念，其仅为举例而非限制。

图5B-5C显示本发明的电源转换装置中，转换控制电路的具体实施例的示意图。如图5B所示，在一实施例中，转换控制电路50包括取样维持电路52，用以于选择调整后电源VA为总线电源VBUS时，取样并维持调整后电源VA的开路电压的分压，以作为第二预设电压VR2；或者于选择第二输入电源VI2为总线电源VBUS时，取样并维持第二输入电源VI2的开路电压的分压，以作为第二预设电压VR2。其中上述的开路电压可对应于例如图3C的VOC，开路电压是指当调整后电源VA、第一输入电源VI1或第二输入电源VI2的电流为0时，其各自对应的电压。在一实施例中，可例如以图中所示的R51与R52取得前述开路电压的分压。在一实施例中，取样维持电路52包括开关S51与电容器C51。请同时参阅图5C，在一实施例中，第二开关电路30(或第一开关电路20)可包括路径开关SP，用以控制前述的导通路径，在一较佳实施例中，取样并维持的时间点是在对应的第一开关电路或第二开关电路控制为关断时，在如图5C的实施例中，也就是，路径开关SP为关断时，在此同时，转换控制电路50可以开关S51与电容器C51取样并维持前述开路电压的分压以产生第二预设电压VR2。

图6A显示本发明的电源转换装置中，整流电路的一实施例的示意图。如前所述，在一实施例中，第一输入电源VI1可为交流形式，在此情况下，电源转换装置100可还包括整流电路60，其中整流电路60包括至少一整流元件61。如图6A所示，本实施例中，整流元件61耦接于可调阻抗匹配电路10的输出端与第一节点N1之间，用以将可调阻抗匹配电路10的输出信号PAC整流，而于第一节点N1产生调整后电源VA。

图6B显示本发明的电源转换装置中，整流电路与开关电路的实施例的示意图。在一实施例中，整流电路可共享开关电路的部分或全部元件。举例而言，如图6B所示，整流电路60’耦接于第一节点N1与总线节点NB之间，更具体地说，整流元件61’耦接于第一节点N1与总线节点NB之间，用以将调整后电源VA整流，而于总线节点NB产生总线电源VBUS；本实施例中，第一开关电路20也同时包括整流元件61’，整流元件61’还用以控制是否导通调整后电源VA作为总线电源VBUS，换言之，整流元件61’可对应于前述的路径开关。如图6A-6B所示，在一实施例中，整流元件61(或61’)为整流二极管D61。在其他实施例中，整流元件也可以是整流开关，以同步整流方式进行整流。

图7显示本发明的电源转换装置中，整流电路与开关电路的一更具体的实施例的示意图。本实施例中，整流电路60’包括整流二极管D61与D62，用以将调整后电源VA整流，而于总线节点NB产生总线电源VBUS，此外，第一开关电路20也包括了整流二极管D61(对应于前述的整流元件)，本实施例中，整流二极管D61可对应于前述的路径开关，具体而言，当调整后电源VA的电压高于总线电源VBUS的电压时，整流二极管D61为导通，也就是，导通第一输入电源VI1作为总线电源VBUS，另一方面，当调整后电源VA的电压低于总线电源VBUS的电压时，整流二极管D61为关断，也就是，关断第一输入电源VI1与总线电源VBUS的导通路径。

图8显示本发明的电源转换装置中，整流电路、开关电路的具体实施例的示意图。如图所示，在一实施例中，第二开关电路30包括路径开关SP，用以控制第二输入电源VI2与总线电源VBUS的导通路径，本实施例中，转换控制电路50包括比较电路53，用以比较第二输入电源VI2的电压与预设电压VR1(例如对应于前述的第一预设电压)而产生比较结果CP1，转换控制电路50则根据比较结果CP1而控制路径开关SP是否导通第二输入电源VI2作为总线电源VBUS。在一实施例中，当第二输入电源VI2的电压高于预设电压VR1时，路径开关SP会控制为导通而选择导通第二输入电源VI2作为总线电源VBUS。在一实施例中，当第二输入电源VI2的电压低于预设电压VR1时，路径开关SP会控制为关断，也就是关断第二输入电源VI2关断总线电源VBUS的导通路径，在此情况下，本实施例中的整流二极管D61会在总线电源VBUS的电压低于调整后电源VA的电压时导通，也就是，导通第一输入电源VI1作为总线电源VBUS。

请继续参阅图8，在一实施例中，转换控制电路50还根据第一比较结果CP1而决定是否致能阻抗控制信号VB，具体而言，第一比较结果CP1可控制阻抗控制电路58是否致能阻抗控制信号VB(例如通过致能信号EN，其相关于第一比较结果CP1)，以控制前述可调阻抗匹配电路10的阻抗值。更进一步说，在一实施例中，当第二输入电源VI2的电压低于预设电压VR1时，第二开关电路会关断，此时，转换控制电路50可致能阻抗控制信号VB，以控制前述可调阻抗匹配电路10的阻抗值，使第一输入电源的功率或电压最大化。另一方面，在一实施例中，当第二输入电源VI2的电压高于预设电压VR1时，此时，转换控制电路50则禁能阻抗控制信号VB。

图9显示本发明的电源转换装置中，转换控制电路用以追踪最大功率点的另一具体实施例的示意图。在一实施例中，转换控制电路50包括偏压感测电路54、箝位电路55以及第二比较电路56。

偏压感测电路54耦接于总线节点NB与感测节点NS之间，用以根据总线电源VBUS的电压而于感测节点NS产生第二感测信号VSEN2。箝位电路55耦接于感测节点NS，用以箝位第二感测信号VSEN2，使得第二感测信号VSEN2不大于箝位电压。第二比较电路56用以根据第二感测信号VSEN2与第三预设电压VR3的差值而产生转换控制信号VCTL，藉此使得第一输入电源VI1或第二输入电源VI2大致上控制在各自对应的最大功率点。

图10显示本发明的电源转换装置中，偏压感测电路的一具体实施例的示意图。在一实施例中，偏压感测电路54包括偏压电阻R53以及感测电容器C52。偏压电阻R53用以提供偏压电流；感测电容器C52与偏压电阻R53并联耦接于总线电源VBUS与感测节点NS之间。在一实施例中，偏压电阻R53为感测电容器C52的寄生电阻，也就是，就实际的电路而言，仅需于偏压感测电路54中设置感测电容器。

请继续参阅图10，在一实施例中，箝位电路55包括箝位二极管D51，其中箝位电压相关于箝位二极管D51的顺向导通电压。

图11显示本发明的电源转换装置中，转换控制电路的一具体实施例的示意图。本实施例中，转换控制电路50有关最大功率点追踪的电路设置同图9或图10，如图11所示，在一实施例中，转换控制电路50根据转换控制信号VCTL而产生阻抗控制信号VB，具体而言，阻抗控制电路58还可根据转换控制信号VCTL而产生阻抗控制信号VB。

图12显示本发明的多输入源能量提取***及其电源转换装置的另一实施例的示意图。本实施例中，多输入源能量提取***12及电源转换装置100’与图3A的实施例相似，其差别在于，电源转换装置100’中，第二输入电源VI2还耦接于可调阻抗匹配电路10’，用以控制可调阻抗匹配电路10’的阻抗值，以最大化调整后电源VA的电压。具体而言，在一实施例中，可调阻抗匹配电路10’还根据第二输入电源VI2的电压而调整可调阻抗匹配电路10’的阻抗值。

请继续参阅图12，根据本发明，上述的设置具有特别的功效，多输入源能量提取***12可以在第一与第二能量都处于相对不佳的状态下，仍可顺利开机工作而输出电源给后级电路(例如电池等)，举例而言，本实施例中，第一与第二能量例如分别为无线射频能量及光能量，而第一与第二能量200与300则分别为对应的射频天线及光能电池，在无线射频能量相对低的情况下，可能无法提供足够的电压使得转换控制电路50得以产生适当位准的阻抗控制信号VB，以控制可调阻抗匹配电路10’的阻抗值，以最大化调整后电源VA的电压，在此情况下，本实施例中，可通过第二输入电源VI2来提供适当的偏压(例如通过第二输入电源VI2的电压)给可调阻抗匹配电路10’，以控制可调阻抗匹配电路10’的阻抗值，以提高调整后电源VA的电压(较佳为最大化)。而当调整后电源VA的电压被适当提高后，转换控制电路50即可产生适当位准的阻抗控制信号VB，以控制可调阻抗匹配电路10’的阻抗值，以最大化调整后电源VA的电压，实现前述的诸项功能。本实施例中，第二输入电源VI2的电压也可能不高，但却足以提供适当的偏压给可调阻抗匹配电路10’，以控制可调阻抗匹配电路10’的阻抗值，以提高调整后电源VA的电压。在一实施例中，作为提供给可调阻抗匹配电路10’的偏压，第二输入电源VI2的电压可小于1V，在一实施例中，第二输入电源VI2的电压可小于0.5V。

图13显示本发明的多输入源能量提取***及其电源转换装置的又一实施例的示意图。本实施例的电源转换装置100’与图12的电源转换装置100”相似，其差别在于，可调阻抗匹配电路10”可不受阻抗控制信号VB的控制，而以第二输入电源VI2控制可调阻抗匹配电路10”的阻抗值，换言之，转换控制电路50”可省略阻抗控制信号VB，其中转换控制电路50”的其他功能可对应于前述其他实施例中(例如图3A)的转换控制电路50。

图14显示本发明的多输入源能量提取***及其电源转换装置的再一实施例的示意图。图14的电源转换装置100”与图13的电源转换装置100”相似，其差别在于，图14的电源转换装置100”中，可进一步省略第一开关电路与第二开关电路。具体而言，本实施例中，电源转换装置100”中，第一能量提取器提取第一能量而提供第一输入电源VI1，第二能量提取器提取第二能量而提供第二输入电源，其中第一与第二能量提取器及分别对应的第一与第二能量可参考前述图3A的相关叙述，在此不予重复。本实施例中，电源转换装置100”包含可调阻抗匹配电路10”、转换控制电路50”以及电源转换电路40。

在图13与图14的实施例中，与图12的实施例相似，可通过第二输入电源VI2来提供适当的偏压(例如通过第二输入电源VI2的电压)给可调阻抗匹配电路10’，以控制可调阻抗匹配电路10’的阻抗值，以提高调整后电源VA的电压(较佳为最大化)。

请继续参阅图14，可调阻抗匹配电路10”根据第一输入电源VI1而于第一节点N1产生调整后电源VA，其中第二输入电源VI2控制可调阻抗匹配电路10”的阻抗值，以最大化调整后电源VA的电压。电源转换电路40根据调整后电源VA而产生输出电源VO。在一具体的实施例中，电源转换电路40转换调整后电源VA而产生输出电源VO。转换控制电路50”用以产生转换控制信号VCTL以控制电源转换电路40，使得调整后电源VA大致上控制在对应的最大功率点。实际上，当调整后电源VA大致上控制在对应的最大功率点时，一般而言，也意谓着第一输入电源VI1大致上控制在对应的最大功率点。

图15显示本发明的电源转换装置中，可调阻抗匹配电路的另一具体实施例的示意图。图15的电源转换装置100”与可调阻抗匹配电路10”可与图13及图14的实施例相对应。如图15所示，本实施例中，可调阻抗匹配电路10”的可变电容器11根据第二输入电源VI2而模拟且连续地调整可变电容器11的电容值，藉此模拟且连续地调整可调阻抗匹配电路10的阻抗值。在一具体实施例中，可变电容器11是根据第二输入电源VI2的电压而模拟且连续地调整可变电容器11的电容值。

图16显示本发明的电源转换装置中，可调阻抗匹配电路的又一具体实施例的示意图。图16的电源转换装置100’与可调阻抗匹配电路10’可与图12的实施例相对应。如图16所示，本实施例中，可调阻抗匹配电路10’的可变电容器11可同时根据阻抗控制信号VB及/或第二输入电源VI2而模拟且连续地调整可变电容器11的电容值，藉此模拟且连续地调整可调阻抗匹配电路10的阻抗值。在一具体实施例中，可变电容器11是根据第二输入电源VI2的电压而模拟且连续地调整可变电容器11的电容值。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (28)

1.一种电源转换装置，其中一第一能量提取器提取一第一能量而提供一第一输入电源，一第二能量提取器提取一第二能量而提供一第二输入电源；该电源转换装置包含：

一可调阻抗匹配电路，根据该第一输入电源而于第一节点产生一调整后电源；

一第一开关电路，耦接于该第一节点与一总线节点之间；

一第二开关电路，耦接于该第二输入电源与该总线节点之间；

一转换控制电路，用以根据该调整后电源的电压及/或该第二输入电源的电压而控制该第一开关电路与该第二开关电路，以选择导通该调整后电源或该第二输入电源其中之一，于该总线节点产生一总线电源，且该转换控制电路产生一阻抗控制信号，用以调整该可调阻抗匹配电路的一阻抗值，以最大化该调整后电源的电压；以及

一电源转换电路，转换该总线电源而产生一输出电源。

2.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该转换控制电路根据以下方式之一而产生该总线电源：

(1)比较该调整后电源的电压与该第二输入电源的电压，以选择该调整后电源与该第二输入电源中，其电压为最高者作为该总线电源；或者

(2)比较该第二输入电源的电压与第一预设电压，当该第二输入电源的电压高于该第一预设电压时，选择导通该第二输入电源作为该总线电源。

3.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该转换控制电路根据一第一感测信号而产生一转换控制信号，以控制该电源转换电路，使得该第一输入电源或该第二输入电源大致上控制在各自对应的最大功率点；其中该第一感测信号相关于以下至少之一：

(1)该调整后电源的电压；

(2)该第二输入电源的电压；或者

(3)该总线电源的电压。

4.如权利要求3所述的电源转换装置，其中该转换控制信号控制该电源转换电路的输出功率，使得该第一感测信号不低于一第二预设电压，其中该第二预设电压相关于对应的该第一输入电源的最大功率点或该第二输入电源的最大功率点。

5.如权利要求4所述的电源转换装置，其中该转换控制电路包括：

一取样维持电路，用以于选择该调整后电源为该总线电源时，取样并维持该调整后电源的开路电压的分压，以作为该第二预设电压；或者于选择该第二输入电源为该总线电源时，取样并维持该第二输入电源的开路电压的分压，以作为该第二预设电压。

6.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该第一输入电源具有交流形式；其中该电源转换装置还包括一整流电路，其中该整流电路包括至少一整流元件，其中该整流电路设置为以下之一：

(1)该整流元件耦接于该可调阻抗匹配电路的一输出端与该第一节点之间，用以将可调阻抗匹配电路的一输出信号整流，而于该第一节点产生该调整后电源；或者

(2)该整流元件耦接于该第一节点与该总线节点之间，用以将该调整后电源整流，而于该总线节点产生该总线电源；其中该第一开关电路包括该整流元件，该整流元件还用以控制是否导通该调整后电源作为该总线电源。

7.如权利要求6所述的电源转换装置，其中该整流元件为一整流二极管。

8.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该可调阻抗匹配电路包括一可变电容器，用以根据该阻抗控制信号而模拟且连续地调整该可变电容器的电容值，藉此模拟且连续地调整该可调阻抗匹配电路的该阻抗值。

9.如权利要求2所述的电源转换装置，其中该第二开关电路包括一路径开关，用以控制该第二输入电源与该总线电源的导通路径，该转换控制电路包括第一比较电路，用以比较该第二输入电源的电压与该第一预设电压而产生第一比较结果，该转换控制电路根据该第一比较结果而控制该路径开关是否导通该第二输入电源作为该总线电源。

10.如权利要求9所述的电源转换装置，其中该转换控制电路还根据该第一比较结果而决定是否致能该阻抗控制信号，其中当该第二输入电源的电压低于该第一预设电压时，该转换控制电路致能该阻抗控制信号。

11.如权利要求3所述的电源转换装置，其中该转换控制电路包括：

一偏压感测电路，耦接于该总线节点与一感测节点之间，用以根据该总线电源的电压而于该感测节点产生一第二感测信号；

一箝位电路，耦接于该感测节点，用以箝位该第二感测信号，使得该第二感测信号不大于一箝位电压；以及

一第二比较电路，用以根据该第二感测信号与一第三预设电压的差值而产生该转换控制信号。

12.如权利要求11所述的电源转换装置，其中该偏压感测电路包括：

一偏压电阻，用以提供一偏压电流；以及

一感测电容器，与该偏压电阻并联耦接于该总线电源与该感测节点之间。

13.如权利要求12所述的电源转换装置，其中该偏压电阻为该感测电容器的一寄生电阻。

14.如权利要求11所述的电源转换装置，其中该箝位电路包括一箝位二极管，其中该箝位电压相关于该箝位二极管的一顺向导通电压。

15.如权利要求11所述的电源转换装置，其中该转换控制电路还根据该转换控制信号而产生该阻抗控制信号。

16.如权利要求2所述的电源转换装置，其中该转换控制电路周期性地根据该调整后电源的电压与该第二输入电源的电压的比较结果，或周期性地根据该该第二输入电源的电压与该第一预设电压的比较结果而选择导通该调整后电源或该第二输入电源为该总线电源。

17.如权利要求11所述的电源转换装置，其中该电源转换电路设置为以下之一：

(1)一升压型切换式电源转换电路；

(2)一降压型切换式电源转换电路；

(3)一升降压型切换式电源转换电路；

(4)一线性电源转换电路；或者

(5)一充电电路。

18.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该第二输入电源还耦接于该可调阻抗匹配电路，用以控制该可调阻抗匹配电路的该阻抗值，以提高该调整后电源的电压。

19.一种多输入源能量提取***，包含：

如权利要求1至18中的任一项所述的电源转换装置；

该第一能量提取器；以及

该第二能量提取器。

20.一种用于控制一多输入源能量提取***的方法，其中该多输入源能量提取***包括一电源转换装置，一第一能量提取器以及一第二能量提取器，其中该第一能量提取器提取一第一能量而提供一第一输入电源，该第二能量提取器提取一第二能量而提供一第二输入电源；该电源转换装置包括：一可调阻抗匹配电路，根据该第一输入电源而于第一节点产生一调整后电源；一第一开关电路，耦接于该第一节点与一总线节点之间；一第二开关电路，耦接于该第二输入电源与该总线节点之间；以及一电源转换电路，转换该该总线节点上的一总线电源而产生一输出电源；该方法包含：

根据该调整后电源的电压及/或该第二输入电源的电压而控制该第一开关电路与该第二开关电路，以选择导通该调整后电源或该第二输入电源其中之一，于该总线节点产生该总线电源；以及

调整该可调阻抗匹配电路的一阻抗值，以最大化该调整后电源的电压。

21.如权利要求20所述的方法，其中产生该总线电源的步骤包括以下之一：

(1)比较该调整后电源的电压与该第二输入电源的电压，以选择该调整后电源与该第二输入电源中，其电压为最高者作为该总线电源；或者

(2)比较该第二输入电源的电压与第一预设电压，当该第二输入电源的电压高于该第一预设电压时，选择导通该第二输入电源作为该总线电源。

22.如权利要求20所述的方法，还包含：

根据一第一感测信号而控制该电源转换电路，使得该第一输入电源或该第二输入电源大致上控制在各自对应的最大功率点；其中该第一感测信号相关于以下至少之一：

(1)该调整后电源的电压；

(2)该第二输入电源的电压；或者

(3)该总线电源的电压。

23.如权利要求22所述的方法，其中控制该电源转换电路的步骤包括：

控制该电源转换电路的输出功率，使得该第一感测信号不低于一第二预设电压，其中该第二预设电压相关于对应的该第一输入电源的最大功率点或该第二输入电源的最大功率点。

24.如权利要求20所述的方法，其中该第二输入电源还用以控制该可调阻抗匹配电路的该阻抗值，以提高该调整后电源的电压。

25.一种电源转换装置，其中一第一能量提取器提取一第一能量而提供一第一输入电源，一第二能量提取器提取一第二能量而提供一第二输入电源；该电源转换装置包含：

一可调阻抗匹配电路，根据该第一输入电源而于第一节点产生一调整后电源，其中该第二输入电源控制该可调阻抗匹配电路的一阻抗值，以最大化该调整后电源的电压；

一电源转换电路，根据该调整后电源而产生一输出电源；以及

一转换控制电路，用以产生一转换控制信号，以控制该电源转换电路，使得该调整后电源大致上控制在对应的最大功率点。

26.如权利要求25所述的电源转换装置，该第一能量提取器是一射频天线或是一电磁感应装置，该第一能量是无线射频能量，该第一输入电源为交流形式；且，第二能量提取器为一光能电池，用以提取一光能量。

27.如权利要求25所述的电源转换装置，还包含：

一第一开关电路，耦接于该第一节点与一总线节点之间；

一第二开关电路，耦接于该第二输入电源与该总线节点之间；

其中该转换控制电路根据该调整后电源的电压及/或该第二输入电源的电压而控制该第一开关电路与该第二开关电路，以选择导通该调整后电源或该第二输入电源其中之一，于该总线节点产生一总线电源；其中该电源转换电路转换该总线电源而产生该输出电源。

28.如权利要求27所述的电源转换装置，其中该转换控制电路还产生一阻抗控制信号，用以调整该可调阻抗匹配电路的该阻抗值，以最大化该调整后电源的电压。