BRPI0807015B1 - APPARATUS AND METHOD FOR TRANSFERRING ENERGY FROM A SOURCE TO A LOAD - Google Patents
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Abstract
SISTEMAS DE MÚLTIPLAS CARGAS E DE MÚLTIPLAS FONTES DOTADO DE UM EXTRATOR DE ENERGIA. A presente invenção refere-se a aparelhos e sistemas capazes de transferir energia de uma ou mais fontes de energia para uma ou mais cargas. A energia de entrada das fontes de energia pode não ser regulada, e a energia de saída para as cargas é gerenciada. A transferência de energia se baseia em uma implantação dinâmica da Lei de Jacobi (também conhecida como Teoria da Máxima de Energia). Em algumas modalidades, as fontes de energia são acopladas e desacopladas seletivamente do conjunto de circuitos de transferência de energia. Em algumas modalidades, as cargas são acopladas e desacopladas seletivamente do conjunto de circuitos de transferência de energia. A transferência de energia para as cargas é controlada de forma dinâmica.MULTIPLE LOAD AND MULTIPLE SOURCE SYSTEMS EQUIPPED WITH AN ENERGY EXTRACTOR. The present invention relates to apparatus and systems capable of transferring energy from one or more energy sources to one or more loads. Input power from power sources may not be regulated, and output power to loads is managed. Energy transfer is based on a dynamic implementation of Jacobi's Law (also known as Maximum Energy Theory). In some embodiments, the power sources are selectively coupled and uncoupled from the power transfer circuitry. In some embodiments, loads are selectively coupled and uncoupled from the power transfer circuitry. The transfer of energy to the loads is dynamically controlled.
Description
[001] O presente pedido refere-se aos Pedidos de Patente Co- Pendentes N° U.S. 11/849.242, depositados em 31 de agosto de 2007, e intitulados "Multi-Source, multi-Load Systems with an Energy Extractor"; N° 11/774.562, depositado em 7 de julho de 2007, e intitulado, "Energy Extractor Detecting a Power Change"; N° 11/774.563, depositado em 7 de julho de 2007, e intitulado, "Energy Extractor with Control Loop"; N° 11/774.564, depositado em 7 de julho de 2007, e intitulado, "System and Apparatuses with Multiple Energy Extractors Coupled to Different Power Sources"; N° 11/774.565, depositado em 7 de julho de 2007, e intitulado, "Energy Extractor for Impedance Matching"; N° 11/774.566, depositado em 7 de julho de 2007, e intitulado, "Energy Extractor Detecting Power and Voltage Changes," e reivindica o benefício da prioridade em tais pedidos. O presente pedido também reivindica o benefício da prioridade do pedido de patente provisória U.S. 60/888.486, depositado em 6 de fevereiro de 2007, e intitulado, "XPX Power Converter."[001] The present application refers to Co-Pending Patent Applications No. U.S. 11/849,242, filed on August 31, 2007, and entitled "Multi-Source, multi-Load Systems with an Energy Extractor"; No. 11/774,562, filed July 7, 2007, and titled, "Energy Extractor Detecting a Power Change"; No. 11/774,563, filed July 7, 2007, and entitled, "Energy Extractor with Control Loop"; No. 11/774,564, filed July 7, 2007, and entitled, "System and Apparatuses with Multiple Energy Extractors Coupled to Different Power Sources"; No. 11/774,565, filed July 7, 2007, and entitled, "Energy Extractor for Impedance Matching"; No. 11/774,566, filed July 7, 2007, and titled, "Energy Extractor Detecting Power and Voltage Changes," and claims the benefit of priority in such applications. The present application also claims the benefit of priority of U.S. provisional patent application 60/888,486, filed February 6, 2007, and entitled, "XPX Power Converter."
[002] As modalidades da invenção se referem a energia elétrica, e mais particularmente à transferência de energia de uma ou mais fontes para uma ou mais cargas com um extrator de energia.[002] Embodiments of the invention relate to electrical energy, and more particularly to the transfer of energy from one or more sources to one or more loads with an energy extractor.
[003] A transferência de energia tradicional entre uma fonte e a carga envolve configurações de sistema estático. As configurações da fonte e da carga são tradicionalmente conhecidas antes do desenho do sistema. O desenho do sistema é executado no esforço de maximizar a transferência de energia entre a fonte e a carga. Os sistemas tradicionais tipicamente regulam a produção em virtude de seus princípios de desenho estático, os quais resultam em uma transferência de energia consistente e regulada. Sem um desenho adequado, a os circuitos tradicionais de transferência de energia não são bem adaptados a diversas aplicações do pedido.[003] Traditional power transfer between a source and load involves static system configurations. Source and load configurations are traditionally known before system design. System design is performed in an effort to maximize energy transfer between source and load. Traditional systems typically regulate output by virtue of their static design principles, which result in consistent and regulated energy transfer. Without a suitable design, traditional power transfer circuits are not well adapted to various application applications.
[004] A descrição adiante inclui a discussão de figuras que con têm ilustrações fornecidas a título de exemplificação das implantações das modalidades da invenção. Os desenhos devem ser compreendidos como exemplos, e não de forma restritiva. Conforme usado no presente, as referências a uma ou mais "modalidades" devem ser compreendidas como a descrição de um recurso, estrutura ou característica particular incluída em ao menos uma implantação da invenção. Portanto, expressões tais como "em uma modalidade" ou "em uma modalidade alternativa" que figurem do presente descrevem diversas modalidades e implantações da invenção, e não necessariamente se referem à mesma modalidade. Entretanto, elas não são necessaria-mente mutuamente exclusivas.[004] The description below includes the discussion of figures containing illustrations provided by way of exemplification of the implementations of the embodiments of the invention. The drawings should be understood as examples, and not in a restrictive way. As used herein, references to one or more "embodiments" are to be understood as describing a particular feature, structure or characteristic included in at least one implementation of the invention. Therefore, expressions such as "in one embodiment" or "in an alternative embodiment" appearing herein describe various embodiments and implementations of the invention, and do not necessarily refer to the same embodiment. However, they are not necessarily mutually exclusive.
[005] A figura 1 ilustra um sistema da técnica anterior para carre gar uma bateria ou fornecer energia à outra carga usando energia solar.[005] Figure 1 illustrates a prior art system for charging a battery or supplying power to another load using solar energy.
[006] A figura 2 ilustra uma configuração de fontes de energia e extratores de energia para fornecer energia a uma carga, de acordo com algumas modalidades das invenções.[006] Figure 2 illustrates a configuration of energy sources and energy extractors to supply energy to a load, according to some embodiments of the inventions.
[007] A figura 3 ilustra um sistema que inclui uma fonte de ener gia, um extrator de energia, e uma carga configurada de acordo com algumas modalidades das invenções.[007] Figure 3 illustrates a system that includes an energy source, an energy extractor, and a load configured in accordance with some embodiments of the inventions.
[008] A figura 4 ilustra as características de casamento de impe- dância de um extrator de energia como observado a partir de uma fonte de energia, de acordo com várias modalidades das invenções.[008] Figure 4 illustrates the impedance matching characteristics of an energy extractor as observed from a power source, according to various embodiments of the inventions.
[009] A figura 5 ilustra as características de casamento de impe- dância de um extrator de energia como observado a partir de uma fonte de energia, de acordo com várias modalidades das invenções.[009] Figure 5 illustrates the impedance matching characteristics of an energy extractor as observed from a power source, according to various embodiments of the inventions.
[0010] As figuras 6 e 7 ilustram individualmente um sistema que inclui uma fonte de energia, um extrator de energia, e uma carga de acordo com algumas modalidades das invenções.[0010] Figures 6 and 7 individually illustrate a system that includes an energy source, an energy extractor, and a load according to some embodiments of the inventions.
[0011] A figura 8 ilustra detalhes de algumas modalidades do sis tema dA figura 7.[0011] Figure 8 illustrates details of some embodiments of the system in Figure 7.
[0012] A figura 9 ilustra exemplos de variação de força associados à curva de corrente -tensão (IV) e à curva de força.[0012] Figure 9 illustrates examples of force variation associated with the current-voltage curve (IV) and the force curve.
[0013] A figura 10 é uma tabela que ilustra conceitos operacionais para um extrator de energia de acordo com várias modalidades.[0013] Figure 10 is a table illustrating operational concepts for an energy extractor according to various embodiments.
[0014] A figura 11 ilustra dois exemplos de uma onda dente-de- serra e um sinal de controle de comutação, de acordo com algumas modalidades.[0014] Figure 11 illustrates two examples of a sawtooth wave and a switching control signal, according to some embodiments.
[0015] As figuras 12 e 13 são individualmente um diagrama de bloco que ilustra um conjunto de circuitos de detecção de desnível de energia, de acordo com algumas modalidades.[0015] Figures 12 and 13 are individually a block diagram illustrating a set of power gap detection circuits, according to some embodiments.
[0016] A figura 14 é um diagrama de bloco que ilustra um exemplo de um circuito integrador que pode ser usado em algumas modalidades.[0016] Figure 14 is a block diagram that illustrates an example of an integrator circuit that can be used in some embodiments.
[0017] A figura 15 ilustra vários conectores para conectar a fonte de energia e a carga a um extrator de energia e/ou a uma placa de circuito de acordo com algumas modalidades.[0017] Figure 15 illustrates various connectors for connecting the power source and load to a power extractor and/or a circuit board according to some embodiments.
[0018] A figura 16 mostra um circuito entre a fonte de energia e um nó, de acordo com algumas modalidades.[0018] Figure 16 shows a circuit between the power source and a node, according to some embodiments.
[0019] A figura 17 mostra um diodo entre a fonte de energia e um nó, de acordo com algumas modalidades.[0019] Figure 17 shows a diode between the power source and a node, according to some embodiments.
[0020] A figura 18 ilustra um exemplo de um conjunto de circuitos de transferência de energia da figura 8.[0020] Figure 18 illustrates an example of a set of energy transfer circuits in Figure 8.
[0021] As figuras 19 - 22 ilustram individualmente um exemplo do conjunto de circuitos de transferência de energia, de acordo com algumas modalidades.[0021] Figures 19 - 22 individually illustrate an example of the set of energy transfer circuits, according to some embodiments.
[0022] A figura 23 ilustra uma bateria em que o terminal positivo da bateria está conectado ao terra.[0022] Figure 23 illustrates a battery in which the positive terminal of the battery is connected to ground.
[0023] A figura 24 ilustra conjunto de circuitos comparativo que pode ser usado em algumas modalidades.[0023] Figure 24 illustrates a comparative set of circuits that can be used in some embodiments.
[0024] A figura 25 ilustra um sistema que inclui fonte de energia, extrator de energia, e carga de acordo com algumas modalidades.[0024] Figure 25 illustrates a system that includes a power source, power extractor, and load according to some embodiments.
[0025] A figura 26 ilustra controle de processador associado a uma carga, de acordo com algumas modalidades.[0025] Figure 26 illustrates processor control associated with a load, according to some embodiments.
[0026] A figura 27 ilustra duas cargas de bateria diferentes conec tadas a um nó de saída através de um comutador, de acordo com algumas modalidades.[0026] Figure 27 illustrates two different battery loads connected to an output node through a switch, according to some embodiments.
[0027] As figuras 28 e 29 ilustram diversos detalhes de um extrator de energia, de acordo com algumas modalidades.[0027] Figures 28 and 29 illustrate various details of an energy extractor, according to some embodiments.
[0028] A figura 30 ilustra um extrator de energia acoplado entre uma ou mais baterias e uma carga, de acordo com algumas modalidades.[0028] Figure 30 illustrates an energy extractor coupled between one or more batteries and a load, according to some embodiments.
[0029] A figura 31 ilustra uma configuração paralela de baterias e extratores de energia acoplados a uma carga, de acordo com algumas modalidades.[0029] Figure 31 illustrates a parallel configuration of batteries and energy extractors coupled to a load, according to some embodiments.
[0030] A figura 32 ilustra uma vista lateral de um circuito integrado que inclui uma fonte de energia fotovoltaica e um extrator de energia, de acordo com algumas modalidades.[0030] Figure 32 illustrates a side view of an integrated circuit that includes a photovoltaic energy source and an energy extractor, according to some embodiments.
[0031] A figura 33 ilustra uma vista de topo do circuito integrado da figura 32.[0031] Figure 33 illustrates a top view of the integrated circuit of figure 32.
[0032] A figura 34 ilustra um grupo de circuitos integrados da figu ra 32 em uma configuração.[0032] Figure 34 illustrates a group of integrated circuits of figure 32 in a configuration.
[0033] As figuras 35 - 37 ilustram individualmente um grupo de cé- lulas ou painéis PV correspondentes aos extratores de energia, de acordo com algumas modalidades.[0033] Figures 35 - 37 individually illustrate a group of PV cells or panels corresponding to energy extractors, according to some embodiments.
[0034] A figura 38 ilustra grupos paralelos de extratores de energia em série, estando cada grupo acoplado a uma fonte de energia, de acordo com algumas modalidades.[0034] Figure 38 illustrates parallel groups of energy extractors in series, with each group coupled to an energy source, according to some embodiments.
[0035] A figura 39 ilustra grupos paralelos de extratores de ener gia, estando cada extrator de energia acoplado a uma fonte de energia, de acordo com algumas modalidades.[0035] Figure 39 illustrates parallel groups of energy extractors, with each energy extractor coupled to an energy source, according to some embodiments.
[0036] A figura 40 ilustra extratores de energia e linhas de trans missão, de acordo com algumas modalidades.[0036] Figure 40 illustrates energy extractors and transmission lines, according to some embodiments.
[0037] As figuras 41 e 42 ilustram um extrator de energia usado em um dispositivo, de acordo com algumas modalidades.[0037] Figures 41 and 42 illustrate an energy extractor used in a device, according to some embodiments.
[0038] A figura 43 ilustra um sistema com um extrator de energia acoplado entre um gerador regenerativo e uma bateria, de acordo com algumas modalidades.[0038] Figure 43 illustrates a system with an energy extractor coupled between a regenerative generator and a battery, according to some embodiments.
[0039] A figura 44 ilustra uma montagem de um dispositivo induti vo planar usando grampos de transformador.[0039] Figure 44 illustrates an assembly of a planar inductive device using transformer clamps.
[0040] A figura 45 ilustra um sistema similar ao dA figura 2 com um processador central para coletar dados de ou fornecer sinais aos extratores de energia, de acordo com algumas modalidades.[0040] Figure 45 illustrates a system similar to Figure 2 with a central processor for collecting data from or providing signals to energy extractors, according to some embodiments.
[0041] A figura 46 ilustra um sistema com um fornecimento de energia, um extrator de energia, e uma estação central para coletar dados do extrator de energia ou fornecer sinais ao extrator de energia, de acordo com algumas modalidades.[0041] Figure 46 illustrates a system with a power supply, an energy extractor, and a central station for collecting data from the energy extractor or providing signals to the energy extractor, according to some embodiments.
[0042] A figura 47 ilustra um sistema com múltiplas fontes de energia, um extrator de energia, e múltiplas cargas, de acordo com algumas modalidades.[0042] Figure 47 illustrates a system with multiple energy sources, an energy extractor, and multiple loads, according to some embodiments.
[0043] A figura 48 ilustra a sistema de relógio de pulso com múlti plas fontes de energia, um extrator de energia, e múltiplas cargas de acordo com algumas modalidades.[0043] Figure 48 illustrates a wristwatch system with multiple energy sources, an energy extractor, and multiple loads according to some embodiments.
[0044] A figura 49 ilustra um sistema de roteador sem fio com múl tiplas fontes de energia, um extrator de energia, e múltiplas cargas, de acordo com algumas modalidades.[0044] Figure 49 illustrates a wireless router system with multiple power sources, a power extractor, and multiple loads, according to some embodiments.
[0045] A figura 50 ilustra um sistema de marca passo com múlti plas fontes de energia, um extrator de energia, e uma carga de acordo com algumas modalidades.[0045] Figure 50 illustrates a pacemaker system with multiple energy sources, an energy extractor, and a load according to some embodiments.
[0046] A figura 51 ilustra um sistema com múltiplas fontes de energia, um extrator de energia, e múltiplas cargas AC, de acordo com algumas modalidades.[0046] Figure 51 illustrates a system with multiple energy sources, an energy extractor, and multiple AC loads, according to some embodiments.
[0047] As descrições de certos detalhes e implantações seguem adiante, inclusive uma descrição das figuras, o que pode representar algumas ou todas as modalidades descritas abaixo, assim como a discussão de outras potenciais modalidades ou implantações dos conceitos inventivos aqui apresentados. Uma análise geral das modalidades da invenção é fornecida abaixo, acompanhada de uma descrição mais detalhada com referência aos desenhos.[0047] Descriptions of certain details and implementations follow below, including a description of the figures, which may represent some or all of the modalities described below, as well as a discussion of other potential modalities or implementations of the inventive concepts presented here. A general analysis of embodiments of the invention is provided below, accompanied by a more detailed description with reference to the drawings.
[0048] A seguir é descrito um extrator de energia para fornecer energia DC a DC ou DC a AC a partir de uma ou mais fontes de energia para uma ou mais cargas. O extrator de energia é denominado "extrator" de energia porque opera de modo a obter mais energia de uma fonte de energia do que tipicamente seria obtido pela fonte sem operação. Nos exemplos fornecidos nesta descrição, o extrator de energia opera para obter o casamento de impedância entre a fonte de energia e a combinação do extrator de energia e da carga, e entre a carga e a combinação da fonte de energia e do extrator de energia. Isto é denominado casamento de impedância universal, pois ocorre tanto conforme observado a partir da fonte de energia, quanto observado a partir da carga. Este casamento de impedância permite que a fonte de energia forneça uma maior quantidade de energia do que seria fornecido sem o casamento de impedância. Em algumas modalidades, discutidas abaixo, o extrator de energia é um conversor de comutação de extração de energia.[0048] The following describes a power extractor for providing DC to DC or DC to AC power from one or more power sources to one or more loads. The energy extractor is called an energy "extractor" because it operates to obtain more energy from a power source than would typically be obtained from the source without operation. In the examples provided in this description, the power extractor operates to achieve impedance matching between the power source and the power extractor and load combination, and between the load and the power source and power extractor combination. This is called universal impedance matching because it occurs both as observed from the power source and as observed from the load. This impedance matching allows the power source to deliver a greater amount of power than would be supplied without the impedance matching. In some embodiments, discussed below, the power extractor is a power extraction switching converter.
[0049] Conforme aqui descrito, o extrator de energia pode ser for necido em qualquer série de aplicações de ajuste dinâmico. Os sistemas podem ter uma ou mais fontes de energia, que podem vir conectadas ou não, e uma ou mais cargas que igualmente podem vir conectadas ou não. Em lugar de possuir configurações estáticas para transferência de energia, a transferência de energia pode ser aplicada de forma dinâmica e inteligente pelo extrator de energia.[0049] As described herein, the energy extractor can be provided in any series of dynamic adjustment applications. Systems can have one or more energy sources, which can be connected or not, and one or more loads that can be connected or not. Instead of having static settings for energy transfer, energy transfer can be applied dynamically and intelligently by the energy extractor.
[0050] Em algumas modalidades, o casamento de impedância ocorre como uma consequência de o extrator de energia buscar uma potência máxima. Em algumas modalidades, o extrator de energia promove o casamento de impedância alterando o ciclo de trabalho do conjunto de circuitos acoplado ao conjunto de circuitos de transferência de energia do extrator de energia para causar um aumento de energia até que uma energia máxima seja alcançada. As alterações do ciclo de trabalho são realizadas em resposta às variações de energia detectadas. Em algumas modalidades, a variação de energia é detectada continuamente através de um conjunto de circuitos analógico, enquanto em outras modalidades a variação de energia é detectada con-tinuamente através de um conjunto de circuitos digital. Em algumas modalidades, a variação de energia detectada inclui um desnível de energia, como um desnível de energia instantâneo. Quando a variação de energia detectada é zero em uma energia máxima verdadeira (não meramente uma variação local zero), a energia transferida está em uma magnitude (nível ou quantidade) que a fonte de energia fornece uma energia máxima, dadas as condições além do controle do extrator de energia. Em algumas modalidades, a energia máxima disponível está tipicamente bastante aproximada. Na verdade, atingir uma ener gia máxima disponível é um exemplo que se aproxima bastante disso. Exemplos dessas condições além do controle do extrator de energia que podem se aplicar a algumas fontes de energia incluem as condições ambientes (por exemplo, quantidade de luz solar, temperatura) e tamanho da fonte de energia (por exemplo, células fotovoltaicas maiores ou um número maior de células podem propiciar mais energia). Se a impedância do extrator de energia for tal que a energia é extraída em uma energia de corrente muito alta ou de tensão muito alta, ou de uma corrente muito baixa ou de uma tensão muito baixa, a fonte de energia fornecerá menos que uma quantidade máxima de energia. A quantidade máxima de energia será obtida em uma impedância particular. Vide as Figuras 9 e 10 e a discussão correlata.[0050] In some embodiments, impedance matching occurs as a consequence of the energy extractor seeking maximum power. In some embodiments, the power extractor promotes impedance matching by altering the duty cycle of the circuitry coupled to the energy transfer circuitry of the power extractor to cause an increase in power until a maximum power is reached. Duty cycle changes are made in response to detected power variations. In some embodiments, the energy variation is detected continuously through an analog circuitry, while in other embodiments the energy variation is continuously detected through a digital circuitry. In some embodiments, the detected energy change includes an energy difference, such as an instantaneous energy difference. When the detected energy change is zero at a true maximum energy (not merely a zero local change), the energy transferred is at such a magnitude (level or amount) that the energy source delivers a maximum energy given conditions beyond control of the energy extractor. In some embodiments, the maximum available energy is typically very close. In fact, reaching a maximum available energy is an example that comes very close to this. Examples of such conditions beyond the control of the energy extractor that may apply to some energy sources include ambient conditions (e.g., amount of sunlight, temperature) and size of the energy source (e.g., larger photovoltaic cells or a number larger number of cells can provide more energy). If the impedance of the power extractor is such that power is drawn at a very high current or very high voltage power, or at a very low current or at a very low voltage, the power source will deliver less than a maximum amount power. The maximum amount of power will be obtained at a particular impedance. See Figures 9 and 10 and the related discussion.
[0051] Conforme aqui usado, uma fonte de energia DC (denomi nada na presente fonte de energia) inclui qualquer fonte a partir da qual a energia DC possa ser gerada e/ou capturada. Exemplos de fontes de energia DC que podem ser usadas de acordo com modalidades da invenção incluem, entre outras, células ou painéis fotovoltaicos, uma bateria ou baterias, e fontes que geram energia através do vento, água (por exemplo, hidroelétrica), forças das marés, calor (por exemplo, par térmico), geração de energia a hidrogênio, geração de energia a gás, radioativa, deformação mecânica, piezoelétrica e movimento (por exemplo, movimento humano, tal como a caminhada, corrida, etc.). As fontes de energia podem incluir as fontes de energia natural e as fontes de energia produzidas pelo homem, podendo ser estáveis (fornecendo uma energia constante, porém de magnitude variável) e instáveis (fornecendo energia que varia ao longo do tempo). Em algumas modalidades, as fontes de energia incluem fontes de subenergia (por exemplo, um painel solar pode ter múltiplas células), enquanto em outras modalidades, a fonte de energia é unitária. Uma desvantagem do uso de fontes de subenergia é que elas podem apresentar diferen- tes impedâncias e um único extrator de energia pode casar com a im- pedância combinada, o que pode ser menos ótimo que ter um extrator de energia separado para cada fonte de energia. Uma "fonte de energia" pode ser considerada uma "fonte de alimentação."[0051] As used herein, a DC power source (named herein power source) includes any source from which DC power can be generated and/or captured. Examples of DC power sources that may be used in accordance with embodiments of the invention include, among others, photovoltaic cells or panels, a battery or batteries, and sources that generate power through wind, water (e.g., hydroelectric), tides, heat (e.g. thermal couple), hydrogen power generation, gas power generation, radioactive, mechanical deformation, piezoelectric, and movement (e.g. human movement such as walking, running, etc.). Energy sources can include natural energy sources and man-made energy sources, which can be stable (providing constant energy, but of variable magnitude) and unstable (providing energy that varies over time). In some embodiments, the energy sources include sub-energy sources (e.g., a solar panel may have multiple cells), while in other embodiments, the energy source is unitary. A disadvantage of using sub-power sources is that they may have different impedances and a single power extractor may match the combined impedance, which may be less optimal than having a separate power extractor for each power source. . A "power source" can be thought of as a "power supply."
[0052] A figura 2 ilustra um sistema que inclui as fontes de energia 32, 34, e 36 acopladas aos extratores de energia 42, 44, e 46, respectivamente. A fonte de energia 32 e o extrator de energia 42 formam uma unidade de energia 52 e podem estar fisicamente separadas, conforme mostra A figura 2 e adjacentes, conforme mostram as demais figuras. Do mesmo modo, as fontes de energia 34 e 36 formam unidades de energia 54 e 56. A saída dos extratores de energia 42, 44, e 46 é unida em um nó N2 e cumulativamente fornecem energia para o nó N2. A carga 64 também é unida ao nó N2. A carga 64 pode incluir uma única carga ou subcargas, como uma bateria (ou baterias), um inversor e/ou outra subcarga ou outra carga. Os nós N1-1, N1-2, e N1- 3 estão entre as fontes de energia 32, 34, e 36 e os extratores de energia 42, 44, e 46. As unidades de energia 52, 54, e 56 formam uma montagem de energia 58. A montagem de energia pode incluir mais que três unidades de energia ou simplesmente duas unidades de energia. Uma linha de carga 62 é ilustrada. Dispositivos de proteção unidirecional (por exemplo, diodos) podem ser usados para impedir o contrafluxo da corrente para as fontes de energia, porém, não são obrigatórios.[0052] Figure 2 illustrates a system that includes energy sources 32, 34, and 36 coupled to energy extractors 42, 44, and 46, respectively. The energy source 32 and the energy extractor 42 form an energy unit 52 and can be physically separated, as shown in Figure 2 and adjacent, as shown in the other figures. Likewise, energy sources 34 and 36 form energy units 54 and 56. The output of energy extractors 42, 44, and 46 are combined at a node N2 and cumulatively supply energy to node N2. Load 64 is also attached to node N2. Load 64 may include a single load or subloads, such as a battery (or batteries), an inverter, and/or another subload or other load. Nodes N1-1, N1-2, and N1-3 are between energy sources 32, 34, and 36 and energy extractors 42, 44, and 46. Energy units 52, 54, and 56 form a power assembly 58. The power assembly may include more than three power units or simply two power units. A load line 62 is illustrated. Unidirectional protection devices (e.g., diodes) can be used to prevent backflow of current to power sources, but are not mandatory.
[0053] A figura 3 ilustra um sistema com uma fonte de energia 32 contendo uma impedância de saída Z1 acoplada através de um condutor 60 e nó N1 ao extrator de energia 42. O extrator de energia 42 é mencionado com um casador de impedância, porque, conforme discutido acima, em ao menos um modo de operação, ele casa as impe- dâncias conforme discutido. Em algumas modalidades, o extrator de energia 42 pode operar em modos diferentes. Por exemplo, em um modo de operação ordinário (denominado no presente primeiro modo), o extrator de energia 42 opera para o casamento da impedância, de modo que uma energia máxima disponível seja fornecida pela fonte de energia. Quando se diz que o extrator de energia 42 "opera para o casamento da impedância, de modo que uma energia máxima disponível seja fornecida" compreende-se que, na prática, o casamento de impe- dância perfeito tipicamente não é obtido e uma energia máxima disponível absoluta tipicamente não é obtida a partir da fonte de energia. No entanto, o extrator de energia 42 opera de modo a buscar um casamento de impedância perfeito ou para aproximar um casamento de impedância perfeito sob controle de malha fechada, incluindo um conjunto de circuitos de análise de energia 74 e descrito abaixo. Em algumas modalidades, sob condições de estado estável, o casamento de impedância perfeito pode ser bastante aproximado.[0053] Figure 3 illustrates a system with a power source 32 containing an output impedance Z1 coupled through a conductor 60 and node N1 to the energy extractor 42. The energy extractor 42 is referred to as an impedance matcher, because , as discussed above, in at least one mode of operation, it matches the impedances as discussed. In some embodiments, the energy extractor 42 may operate in different modes. For example, in an ordinary mode of operation (hereinafter referred to as first mode), the power extractor 42 operates to match the impedance so that a maximum available power is supplied by the power source. When it is said that the power extractor 42 "operates to match the impedance so that a maximum available power is supplied" it is understood that, in practice, perfect impedance matching is typically not obtained and a maximum available power is Absolute available power is typically not obtained from the power source. However, the power extractor 42 operates to seek a perfect impedance match or to approximate a perfect impedance match under closed loop control, including a set of power analysis circuits 74 and described below. In some embodiments, under steady-state conditions, perfect impedance matching can be quite approximate.
[0054] Do mesmo modo, quando se diz que o conjunto de circuitos de transferência de energia tem que transferir a energia em uma magnitude para fazer com que uma fonte de energia forneça a energia máxima disponível, dadas as condições além do controle do extrator de energia, entende-se que a fonte de energia aproxima a energia máxima sob controle da malha fechada do extrator de energia. Em algumas modalidades, essa energia máxima disponível é bastante aproximada. Pode-se dizer que o extrator de energia busca operar de modo a fazer com que a fonte de energia forneça uma energia máxima disponível. Aproximar o casamento de impedância perfeito ou a energia máxima não significa se deslocar constantemente até um casamento perfeito ou uma energia máxima. Algumas vezes, as variações na impedância de entrada fazem com que o casamento de impedância seja o mais próximo ao casamento de impedância perfeito (ou ótimo) e algumas vezes as variações na impedância de entrada (ou variações na impe- dância da fonte de energia) faz com que a impedância esteja distante do casamento perfeito, no entanto, a malha de controle promove o aprimoramento significativo do casamento de impedância, se comparado ao que seria sem a malha de controle. O mesmo se passa com a energia máxima de aproximação.[0054] Likewise, when it is said that the energy transfer circuitry has to transfer energy in a magnitude to cause a power source to provide the maximum energy available, given conditions beyond the control of the energy extractor energy, it is understood that the energy source approaches the maximum energy under closed-loop control of the energy extractor. In some embodiments, this maximum available energy is quite approximate. It can be said that the energy extractor seeks to operate in a way that makes the energy source provide maximum available energy. Approaching perfect impedance matching or maximum energy does not mean constantly moving toward perfect matching or maximum energy. Sometimes variations in input impedance cause the impedance match to be closest to perfect (or optimal) impedance matching, and sometimes variations in input impedance (or variations in power source impedance) makes the impedance far from perfect matching, however, the control loop promotes a significant improvement in impedance matching, compared to what it would be without the control loop. The same happens with the maximum approach energy.
[0055] Em um modo de proteção (aqui denominado segundo mo do), o extrator de energia 42 opera para proteger a si mesmo e/ou à carga 64 e/ou à fonte 32. O modo de proteção pode ser inserido em resposta a uma condição limitante. Exemplos de condições limitantes são a tensão, energia ou corrente excessiva no primeiro nó, no extrator de energia, ou no segundo nó; baixíssima tensão, energia ou corrente no primeiro nó, no extrator de energia, ou no segundo nó; e uma condição limitante do dispositivo. Em algumas modalidades, o extrator de energia 42 detecta apenas algumas dessas condições limitantes para determinar se entra no modo de proteção. É possível a ocorrência de modos adicionais e pode haver mais de um tipo de modo de operação ordinário e mais de um tipo de modo de proteção. Por exemplo, em ao menos um modo, a conservação da fonte de energia pode ser mais importante que atinge uma energia máxima. Este pode ser o caso, por exemplo, se a fonte de energia for uma bateria (veja o exemplo dA figura 41).[0055] In a protection mode (hereinafter referred to as second mode), the energy extractor 42 operates to protect itself and/or the load 64 and/or the source 32. The protection mode may be entered in response to a limiting condition. Examples of limiting conditions are excessive voltage, power, or current at the first node, the power extractor, or the second node; very low voltage, energy or current in the first node, in the energy extractor, or in the second node; and a device limiting condition. In some embodiments, the energy extractor 42 detects only some of these limiting conditions to determine whether to enter protective mode. Additional modes are possible and there may be more than one type of ordinary operating mode and more than one type of protection mode. For example, in at least one mode, conservation of the energy source may be more important than achieving maximum energy. This may be the case, for example, if the power source is a battery (see example in Figure 41).
[0056] O extrator de energia 42 inclui um conjunto de circuitos de transferência de energia 72 dA figura 3 entre os nós N1 e N2 e fornece energia de saída para uma carga 64 através de um nó N2 e da linha de carga 62. A título de ilustração, o extrator de energia 42 é mostrado como os nós parcialmente sobrepostos N1 e N2. No entanto, os nós N1 e N2 podem ser considerados como estando nos limites do extrator de energia 42, porém, observe a discussão das Figuras 8 e 15. A carga 64 tem uma impedância de entrada Z3. O extrator de energia 42 inclui um conjunto de circuitos de análise de energia 74 que analisa a energia e fornece um sinal de controle do conjunto de circuitos para controlar o conjunto de circuitos 78. O conjunto de circuitos 78 opera para ao menos parcialmente controlar a operação do conjunto de circuitos de transferência de energia 72. O extrator de energia 42 inclui uma impedância de entrada de Z2 e uma impedância de saída de Z2*. Quando são detectadas variações de energia, o conjunto de circuitos de análise de energia 74 responde ajustando a temporização (por exemplo, ciclo de trabalho) do conjunto de circuitos 78. O conjunto de circuitos 78 também pode reagir de maneira a buscar maximizar a eficiência da transferência de energia através, por exemplo, da variação de uma frequência de comutação do conjunto de circuitos 78.[0056] The energy extractor 42 includes a set of energy transfer circuits 72 dA Figure 3 between nodes N1 and N2 and provides output power to a load 64 through a node N2 and the load line 62. By way of For illustration, energy extractor 42 is shown as partially overlapping nodes N1 and N2. However, nodes N1 and N2 can be considered to be at the limits of the power extractor 42, however, note the discussion of Figures 8 and 15. Load 64 has an input impedance Z3. The power extractor 42 includes a power analysis circuitry 74 that analyzes power and provides a circuitry control signal to control the circuitry 78. The circuitry 78 operates to at least partially control the operation of power transfer circuitry 72. Power extractor 42 includes an input impedance of Z2 and an output impedance of Z2*. When power variations are detected, the power analysis circuitry 74 responds by adjusting the timing (e.g., duty cycle) of the circuitry 78. The circuitry 78 may also react in a manner that seeks to maximize power efficiency. energy transfer through, for example, variation of a switching frequency of the circuit set 78.
[0057] As figuras 4 e 5 ilustram as características de casamento de impedância do extrator de energia 42 dA figura 3. Na figura 4, a fonte de energia 32 possui impedância Z1, denominada primeira impe- dância na figura 4. O extrator de energia 42 tem impedância de entrada Z2, enquanto a carga 64 tem a impedância Z3. Na figura 4, a combinação de Z2 e Z3 é denominada de segunda impedância. A impe- dância, conforme observada pela fonte de energia 32 quando se observa o extrator de energia 42, é igual a sua própria impedância. Em outras palavras, o extrator de energia 42 casa de forma dinâmica a impedância da fonte de energia 32 (isto é, Z1 = Z2 + Z3) de modo que a primeira e a segunda impedâncias são equivalentes.[0057] Figures 4 and 5 illustrate the impedance matching characteristics of the energy extractor 42 dA figure 3. In figure 4, the energy source 32 has impedance Z1, called the first impedance in figure 4. The energy extractor 42 has input impedance Z2, while load 64 has impedance Z3. In figure 4, the combination of Z2 and Z3 is called second impedance. The impedance, as seen by the power source 32 when looking at the power extractor 42, is equal to its own impedance. In other words, the power extractor 42 dynamically matches the impedance of the power source 32 (i.e., Z1 = Z2 + Z3) such that the first and second impedances are equivalent.
[0058] A figura 5 ilustra que a impedância, conforme observada pela carga 64 quando se olha para o extrator de energia 42 também é equivalente a sua própria impedância. Na figura 5, a primeira impe- dância é Z1 e Z2* (a impedância de saída do extrator de energia 42) e a segunda impedância é Z3. A carga 64 observa a impedância de saída Z2* no extrator de energia 42. Assim, o extrator de energia 42 também casa de forma dinâmica a impedância da carga (isto é, Z3 = Z1 + Z2*), de modo que a primeira e a segunda impedâncias são casadas. Dado que a impedância do extrator de energia 42 é tipicamente dife- rente (Z2 ou Z2*) dependendo se a impedância é medida em N1 ou N2, as impedâncias (Z2 + Z3), conforme observadas pela fonte de energia e (Z1 + Z2*) conforme observadas pela carga, podem ser entendidas como impedâncias virtuais.[0058] Figure 5 illustrates that the impedance as observed by the load 64 when looking at the energy extractor 42 is also equivalent to its own impedance. In figure 5, the first impedance is Z1 and Z2* (the output impedance of the energy extractor 42) and the second impedance is Z3. The load 64 observes the output impedance Z2* at the power extractor 42. Thus, the power extractor 42 also dynamically matches the load impedance (i.e., Z3 = Z1 + Z2*), so that the first and the second impedances are matched. Since the impedance of the power extractor 42 is typically different (Z2 or Z2*) depending on whether the impedance is measured at N1 or N2, the impedances (Z2 + Z3) as observed by the power source and (Z1 + Z2 *) as observed by the load, they can be understood as virtual impedances.
[0059] Em algumas modalidades, se o extrator de energia 42 bus car o casamento da impedância com a fonte de energia 32 depende se a carga 64 pode receber toda a energia que a fonte de energia 32 pode fornecer. Se a carga 64 puder receber mais do que a fonte 32 pode fornecer, então o extrator de energia 42 busca que sua impedância de entrada case com a impedância de saída da fonte de energia 32, no entanto, não busca necessariamente que sua impedância de saída case com a impedância de entrada da carga 64. Se a carga 64 puder receber menos do que a fonte de energia 32 pode fornecer, então o extrator de energia 42 pode ir para um modo (possivelmente um modo de proteção) em que não busque que sua impedância de entrada case com a impedância de saída da fonte de energia 32, porém, pode buscar casar sua impedância de saída com a impedância de entrada da carga 64. Se a carga 64 puder receber exatamente ou essencialmente exatamente o que a fonte 32 pode fornecer, então o extrator de energia 42 pode buscar que sua impedância de entrada case com a impe- dância de saída da fonte de energia 32 e sua impedância de saída case com a impedância de entrada da carga 64. Em outras modalidades, o extrator de energia 42 pode operar de modo diferente. O casamento de impedância no nó de saída (nó N2 nA figura 3) pode ocorrer quando os extratores de energia estiverem conectados juntos.[0059] In some embodiments, whether the power extractor 42 seeks impedance matching with the power source 32 depends on whether the load 64 can receive all the power that the power source 32 can provide. If the load 64 can receive more than the source 32 can supply, then the power extractor 42 seeks to match its input impedance to the output impedance of the power source 32, however, it does not necessarily seek to match its output impedance. match the input impedance of the load 64. If the load 64 can receive less than the power source 32 can supply, then the power extractor 42 can go into a mode (possibly a protective mode) in which it does not seek that its input impedance matches the output impedance of the power source 32, however, it may seek to match its output impedance to the input impedance of the load 64. If the load 64 can receive exactly or essentially exactly what the source 32 can supply, then the power extractor 42 may seek to match its input impedance to the output impedance of the power source 32 and its output impedance to match the input impedance of the load 64. In other embodiments, the power extractor 42 may match the input impedance of the load 64. energy 42 can operate differently. Impedance matching at the output node (node N2 in Figure 3) can occur when power extractors are connected together.
[0060] A figura 6 ilustra um circuito 82 e um circuito86 separados por um nó N3 no conjunto de circuitos de transferência de energia 72. As impedâncias dos circuitos 82 e 86 podem ser coadjutoras (que prestam auxílio mútuo) e são moduladas de modo que a impedância agregada do extrator de energia 42 e da carga 64 é casada com a im- pedância de saída da fonte de energia 32. Em algumas modalidades e situações, a impedância agregada da fonte de energia 32 e do extrator de energia 42 é casada com a impedância de entrada da carga 64. A energia é continuamente transferida da fonte de energia 32 através do circuito82. O ciclo de trabalho de S1 é ajustado dinamicamente para facilitar o casamento de impedância virtual com a fonte de energia 32. Quando as impedâncias são casadas, a energia extraída da fonte de energia 32 é maximizada. Do mesmo modo, a energia é continuamente transferida do circuito 86 para a carga 64. A quantidade de energia dirigida à carga 64 é maximizada quando a impedância do circuito 86 for casada com a impedância da carga 64. A malha de controle 70 inclui um conjunto de circuitos de análise de energia 74 e o conjunto de circuitos de controle da comutação 80. Em algumas modalidades, a malha de controle 70 é parcialmente implantada com software. O comutador S1 é controlado pelo conjunto de circuitos de controle da comutação 80. O conjunto de circuitos de análise de variação de energia 74 detecta as variações de energia a partir da fonte de energia 32 no nó N1 e comunica com o conjunto de circuitos de controle da comutação 80. O conjunto de circuitos de controle da comutação 80 controla, por exemplo, o ciclo de trabalho de S1, de modo a aumentar a energia, conforme descrito abaixo.[0060] Figure 6 illustrates a circuit 82 and a circuit 86 separated by a node N3 in the set of energy transfer circuits 72. The impedances of the circuits 82 and 86 can be supporting (providing mutual assistance) and are modulated so that the aggregate impedance of the power extractor 42 and the load 64 is matched to the output impedance of the power source 32. In some embodiments and situations, the aggregate impedance of the power source 32 and the power extractor 42 is matched to the input impedance of the load 64. Power is continuously transferred from the power source 32 through the circuit82. The duty cycle of S1 is dynamically adjusted to facilitate virtual impedance matching with the power source 32. When the impedances are matched, the power extracted from the power source 32 is maximized. Likewise, power is continually transferred from circuit 86 to load 64. The amount of power directed to load 64 is maximized when the impedance of circuit 86 is matched to the impedance of load 64. Control loop 70 includes a set of power analysis circuitry 74 and the switching control circuitry assembly 80. In some embodiments, the control loop 70 is partially implemented with software. Switch S1 is controlled by switch control circuitry 80. Power variation analysis circuitry 74 detects power variations from power source 32 at node N1 and communicates with control circuitry. of switching 80. Switching control circuitry 80 controls, for example, the duty cycle of S1, so as to increase power, as described below.
[0061] A figura 7 ilustra outra configuração do conjunto de circuitos de transferência de energia que pode ser usada em algumas modalidades da invenção. Na figura 7, o conjunto de circuitos de transferência de energia 72 inclui um circuito 84 entre os circuitos 82 e 86, estando o nó N3 entre os circuitos 82 e 84 e o nó N4 entre os circuitos 84 e 86. O conjunto de circuitos de controle da comutação 80 fornece um sinal de comutação(s) aos comutadores de controle S1 e S2. Em algumas modalidades, o ciclo de trabalho do sinal de comutação para S1 é o inverso do ciclo de trabalho do sinal de comutação para S2. Em outras modalidades, os sinais de comutação para S1 e S2 propositalmente não são o inverso um do outro. Em algumas modalidades, pode haver comutadores adicionais. Os circuitos 82, 84, e 86 podem ser im- pedâncias coadjutoras e são modulados pelos comutadores S1 e S2 sob o controle do conjunto de circuitos de controle da comutação 80, de modo que a impedância agregada do extrator de energia 42 e da carga 64 casa a impedância de saída da fonte de energia 32, e a im- pedância agregada da fonte de energia 32 e do extrator de energia 42 casa a impedância de entrada da carga 64. Quando a impedância da fonte de energia 32 é casada com a combinação do extrator de energia 42 e da carga 64, o circuito72 é capaz de extrair a energia máxima da fonte de energia 32.[0061] Figure 7 illustrates another configuration of the energy transfer circuit set that can be used in some embodiments of the invention. In Figure 7, the set of power transfer circuits 72 includes a circuit 84 between circuits 82 and 86, with node N3 between circuits 82 and 84 and node N4 between circuits 84 and 86. The set of power transfer circuits switching control 80 provides a switching signal(s) to control switches S1 and S2. In some embodiments, the duty cycle of the switching signal for S1 is the inverse of the duty cycle of the switching signal for S2. In other embodiments, the switching signals for S1 and S2 are purposefully not the inverse of each other. In some embodiments, there may be additional switches. Circuits 82, 84, and 86 may be supporting impedances and are modulated by switches S1 and S2 under the control of switching control circuitry set 80, so that the aggregate impedance of the power extractor 42 and the load 64 matches the output impedance of the power source 32, and the aggregate impedance of the power source 32 and the power extractor 42 matches the input impedance of the load 64. When the impedance of the power source 32 is matched to the combination From the energy extractor 42 and the load 64, the circuit 72 is capable of extracting the maximum energy from the power source 32.
[0062] Em algumas modalidades, circuito 84 transfere o potencial de tensão acumulado de N3 para N4 sem interromper o fluxo de energia do circuito 82 para o circuito 86. O circuito 86 adapta sua impedân- cia de saída para facilitar o casamento de impedância com a carga 64. O ciclo de trabalho de S2 é ajustado dinamicamente para promover o casamento de impedância entre o circuito 86 e a carga 64. Deste modo, o circuito 86 é capaz de transferir a energia máxima para a carga 64. Enquanto o circuito 86 está transferindo energia para a carga 64, o circuito 82 continua a casar sua impedância com a impedância da fonte de energia 32, permitindo que a energia máxima seja transferida da fonte de energia 32 através do circuito 82. Este processo continua enquanto S1 e S2 são abertos e fechados de modo alternado de acordo com o ciclo de trabalho do sinal de comutação. Em algumas modalidades, os estados de comutação de S1 e S2 são controlados pelo conjunto de circuitos de controle da comutação 80 que recebem o sinal de controle de comutação a partir do conjunto de circuitos de análise de variação de energia 74 com base nas variações de energia disponível em N1. Como alternativa, a variação de energia detectada pode ser uma variação de energia em outro local que não seja o nó N1, tal como o nó N2 ou no interior do extrator de energia 42.[0062] In some embodiments, circuit 84 transfers the accumulated voltage potential from N3 to N4 without interrupting the flow of power from circuit 82 to circuit 86. Circuit 86 adapts its output impedance to facilitate impedance matching with the load 64. The duty cycle of S2 is dynamically adjusted to promote impedance matching between circuit 86 and load 64. In this way, circuit 86 is capable of transferring maximum energy to load 64. While circuit 86 is transferring power to load 64, circuit 82 continues to match its impedance to the impedance of power source 32, allowing maximum power to be transferred from power source 32 through circuit 82. This process continues while S1 and S2 are open and closed alternately according to the duty cycle of the switching signal. In some embodiments, the switching states of S1 and S2 are controlled by the switching control circuitry set 80 that receives the switching control signal from the power variation analysis circuitry set 74 based on the power variations. available in N1. Alternatively, the detected energy variation may be an energy variation at a location other than node N1, such as node N2 or within the energy extractor 42.
[0063] A figura 8 ilustra detalhes que estão incluídos em algumas modalidades das Figuras 5 e 7, mas outras modalidades incluem detalhes diferentes. Com referência à FIGURA 8, o conjunto de circuitos de análise de variação de energia 74 inclui o conjunto de circuitos de detecção de variação de energia 94 e os demais conjuntos de circuitos mostrados em outras figuras. O conjunto de circuitos de transferência de energia 72 inclui os circuitos 82, 84, e 86. Os circuitos 82 e 84 incluem o transformador T1 (incluindo os indutores L1 e L3) e o transformador T2 (incluindo os indutores L2 e L4). O circuito 82 inclui os capacitores C1 e C2 e um nó N5 que separa C1 e C2 e está conectado aos indutores L3 e L4. A fonte de energia é acoplada ao indutor L1 através do condutor 60 do nó N1, um conector de interface 110, e um nó N1*. Como exemplo, o conector 110 pode ser um receptáculo de tomada (consulte também A figura 15). Se a diferença de impedância entre N1, o conector 110, e N1* for relativamente pequena, então eles podem ser considerados um nó. Do contrário, eles serão considerados mais de um nó. Assim como com o nó N2*, o conector 112, e o nó N2. O indutor L1 está entre os nós N1* e N3, e o indutor L2 está entre os nós N4 e N2*.[0063] Figure 8 illustrates details that are included in some embodiments of Figures 5 and 7, but other embodiments include different details. Referring to FIGURE 8, the power variation analysis circuit set 74 includes the power variation detection circuit set 94 and the other circuit sets shown in other figures. The power transfer circuit set 72 includes circuits 82, 84, and 86. Circuits 82 and 84 include transformer T1 (including inductors L1 and L3) and transformer T2 (including inductors L2 and L4). Circuit 82 includes capacitors C1 and C2 and a node N5 that separates C1 and C2 and is connected to inductors L3 and L4. The power source is coupled to inductor L1 through conductor 60 of node N1, an interface connector 110, and a node N1*. As an example, connector 110 may be a plug receptacle (see also Figure 15). If the impedance difference between N1, connector 110, and N1* is relatively small, then they can be considered a node. Otherwise, they will be considered more than one node. As with the N2* node, the 112 connector, and the N2 node. Inductor L1 is between nodes N1* and N3, and inductor L2 is between nodes N4 and N2*.
[0064] O conjunto de circuitos de detecção de variação de energia 94 detecta uma variação de energia no nó N1* e fornece um sinal de controle de comutação no condutor 98 a uma entrada do conjunto de circuitos comparativo 80. Em algumas modalidades, o conjunto de circuitos de detecção de variação de energia 94 detecta um desnível da variação de energia e pode ser denominado conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia 94 e fornece um sinal indicativo do desnível de energia (como mostra A figura 8). Em algumas modalidades, o desnível de energia é um desnível de energia instantâneo. Ou- tra entrada do conjunto de circuitos comparativo 106 recebe uma forma de onda, como uma onda dente-de-serra do circuito gerador de forma de onda 102. O conjunto de circuitos comparativo 106 controla um ciclo de trabalho dos comutadores S1 e S2. Em algumas modalidades, S1 e S2 estão ambos abertos ou ambos fechados ao mesmo tempo (com a possível exceção de breves transições quando estão comutando). O circuito gerador de forma de onda 102 e o conjunto de circuitos comparativo 106 são exemplos de conjunto de circuitos no conjunto de circuitos de controle da comutação 80.[0064] The power variation detection circuitry 94 detects a power variation at node N1* and provides a switching control signal on the conductor 98 to an input of the comparative circuitry set 80. In some embodiments, the power variation detection circuitry set of energy variation detection circuitry 94 detects a difference in energy variation and can be called a set of energy variation detection circuits 94 and provides a signal indicative of the energy difference (as shown in Figure 8). In some embodiments, the energy gap is an instantaneous energy gap. Another input of the comparative circuitry 106 receives a waveform, such as a sawtooth wave from the waveform generator circuit 102. The comparative circuitry 106 controls a duty cycle of switches S1 and S2. In some embodiments, S1 and S2 are both open or both closed at the same time (with the possible exception of brief transitions when they are switching). Waveform generator circuit 102 and comparative circuitry 106 are examples of circuitry in switching control circuitry 80.
[0065] Quando S1 está fechado, os campos eletromagnéticos va riam em T1 e T2, enquanto o potencial eletrostático através de C1 e C2 é alterado e a energia proveniente da fonte de energia 32 é distribuída eletromagneticamente para T1 e T2, enquanto eletrostaticamen- te em C1 e C2. Quando S1 abre, S2 fecha e o fluxo magnético em T1 começa a diminuir. Assim sendo, a energia armazenada em T1 flui através de N3 até os capacitores C1 e C2 do circuito 84, depositando parte da energia como um campo eletrostático em C1 e C2, e parte da energia para T2 do circuito 86 através do nó N5 e do indutor L4. O fluxo residual em T2 também começa a diminuir, transferindo energia para a carga 64 através de N2. Quando S1 fecha e S2 abre novamente, o fluxo magnético em T1 começa a aumentar enquanto o fluxo magnético T2 também diminui, visto que consome parte da energia eletrostática que foi previamente armazenada em C1 e C2. Portanto, a energia armazenada no circuito 84 é liberada e transferida para T2 e carga 64.[0065] When S1 is closed, the electromagnetic fields vary in T1 and T2, while the electrostatic potential across C1 and C2 is changed and the energy from the power source 32 is distributed electromagnetically to T1 and T2, while electrostatically in C1 and C2. When S1 opens, S2 closes and the magnetic flux in T1 begins to decrease. Therefore, the energy stored in T1 flows through N3 to capacitors C1 and C2 of circuit 84, depositing part of the energy as an electrostatic field in C1 and C2, and part of the energy to T2 of circuit 86 through node N5 and the inductor L4. The residual flux at T2 also begins to decrease, transferring energy to load 64 through N2. When S1 closes and S2 opens again, the magnetic flux in T1 begins to increase while the magnetic flux in T2 also decreases, as it consumes some of the electrostatic energy that was previously stored in C1 and C2. Therefore, the energy stored in circuit 84 is released and transferred to T2 and load 64.
[0066] A transferência de energia em múltiplas fases combina du as ou mais entradas em fase para produzir um fluxo resultante em um núcleo magnético equivalente ao bissetor do ângulo das entradas. (Nota: o bissetor do ângulo é conhecido por ser o local dos pontos equidistantes de dois raios (meias linhas) que formam o ângulo). Nesta modalidade de extrator de energia, os capacitores C1 e C2 são usados para alternar a fase da corrente que é aplicada ao enrolamento secundário de T1 e T2 (L3 e L4, respectivamente). Portanto, as entradas em múltiplas fases são aplicadas aos núcleos de T2 e T3. A soma das entradas de múltiplas fases altera a força eletromotiva que está presente durante o aumento e a redução do fluxo nos enrolamentos primários dos transformadores L1 e L3. O resultado é a neutralização (dentro da largura de banda da frequência operacional do extrator de energia) das variações de alta frequência no componente reativo da impedân- cia que os circuitos 82 e 86 exibem para a fonte e carga, respectivamente. Os circuitos 82 e 86 podem ser circuitos de transferência de energia do bissetor de múltiplas fases para promover transferência de energia do bissetor de múltiplas fases e para promover a interface com o circuito 84.[0066] Multiphase energy transfer combines two or more inputs in phase to produce a resultant flux in a magnetic core equivalent to the bisector of the angle of the inputs. (Note: the angle bisector is known to be the location of the equidistant points of two rays (half lines) that form the angle). In this type of energy extractor, capacitors C1 and C2 are used to alternate the phase of the current that is applied to the secondary windings of T1 and T2 (L3 and L4, respectively). Therefore, multiphase inputs are applied to the T2 and T3 cores. The sum of the inputs from multiple phases changes the electromotive force that is present during the increase and decrease of flux in the primary windings of transformers L1 and L3. The result is the neutralization (within the operational frequency bandwidth of the power extractor) of high frequency variations in the reactive component of the impedance that circuits 82 and 86 exhibit for the source and load, respectively. Circuits 82 and 86 may be multiphase bisector power transfer circuits to promote multiphase bisector power transfer and to interface with circuit 84.
[0067] Devido às propriedades dinâmicas do circuito 82, a fonte de energia 32 "enxerga" uma impedância equivalente no indutor L1 extrator de energia 42. Do mesmo modo, com o indutor L2 e a carga 64. As impedâncias de entrada e saída do extrator de energia 42 são ajustadas controlando o ciclo de trabalho de S1 e S2. O casamento ótimo das impedâncias para a fonte de energia 32 ocorre quando é obtida a extração da energia máxima a partir da fonte de energia.[0067] Due to the dynamic properties of the circuit 82, the power source 32 "sees" an equivalent impedance in the energy extracting inductor L1 42. Likewise, with the inductor L2 and the load 64. The input and output impedances of the power extractor 42 are adjusted by controlling the duty cycle of S1 and S2. Optimal impedance matching for the power source 32 occurs when maximum power extraction is obtained from the power source.
[0068] O conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia 94, o sinal indicativo da variação de energia, e o conjunto de circuitos comparativo 106 são parte de uma malha de controle que controla o ciclo de trabalho do conjunto de circuitos 78 para obter a extração máxima de energia (isto é, ΔP/ΔV = 0) da fonte de energia 32. A malha de controle também pode controlar a frequência de comutação do conjunto de circuitos 78 para influenciar a eficiência da transferência de energia através do conjunto de circuitos de transferência de energia 72. Meramente como exemplo, a frequência pode estar na faixa de 100 KHz a 250 KHz dependendo dos limites de saturação dos induto- res. No entanto, em outras modalidades, as frequências podem ser substancialmente diferentes. O tamanho e outros aspectos dos indutores e núcleos associados e demais componentes, tais como capacito- res, podem ser escolhidos de modo a atender inúmeros critérios, incluindo, a capacidade de transferência de energia, eficiência, e espaço disponível desejados. Em algumas modalidades, a frequência pode ser modificada alterando a frequência da forma de onda a partir do circuito gerador de forma de onda 102. Outras figuras mostram um controle do circuito102. Em algumas modalidades, a frequência é controlada por uma malha de controle como uma função de se um aumento no momento correto da corrente está entre uma corrente mínima e máxima em um circuito de transferência de energia.[0068] The power gap detection circuit set 94, the power variation indicator signal, and the comparative circuit set 106 are part of a control loop that controls the duty cycle of the circuit set 78 to obtain the maximum power extraction (i.e., ΔP/ΔV = 0) from the power source 32. The control loop may also control the switching frequency of the circuitry 78 to influence the efficiency of power transfer through the circuitry. of energy transfer 72. Merely as an example, the frequency can be in the range of 100 KHz to 250 KHz depending on the saturation limits of the inductors. However, in other embodiments, the frequencies may be substantially different. The size and other aspects of the inductors and associated cores and other components, such as capacitors, can be chosen to meet numerous criteria, including the desired energy transfer capacity, efficiency, and available space. In some embodiments, the frequency can be modified by changing the frequency of the waveform from the waveform generator circuit 102. Other figures show a control circuit 102. In some embodiments, the frequency is controlled by a control loop as a function of whether an increase in the correct moment of current is between a minimum and maximum current in a power transfer circuit.
[0069] Conforme aqui usado, o ciclo de trabalho do conjunto de circuitos 78 é a razão do momento correto de S1 em relação ao momento correto total de S1 e S2 (isto é, o ciclo de trabalho = S1/ (S1+S2)). O ciclo de trabalho seria definido por uma razão diferente associada a S1 e/ou S2 em outras modalidades. Quando as tensões da fonte de energia 32 e da carga 64 forem iguais e o ciclo de trabalho for de 50%, não há transferência de energia através do extrator de energia 42 em algumas modalidades. Se as tensões da fonte de energia 32 e da carga 64 forem diferentes, um ciclo de trabalho mais alto ou mais baixo pode não gerar transferência de energia através do extrator de energia 42. Em outras palavras, um ciclo de trabalho particular do conjunto de circuitos 78 não está vinculado a uma direção ou a uma quantidade particular de transferência de energia através do conjunto de circuitos de transferência de energia 72.[0069] As used herein, the duty cycle of circuitry 78 is the ratio of the correct moment of S1 to the total correct moment of S1 and S2 (i.e., duty cycle = S1/ (S1+S2) ). The duty cycle would be defined by a different ratio associated with S1 and/or S2 in other embodiments. When the voltages of the power source 32 and the load 64 are equal and the duty cycle is 50%, there is no energy transfer through the energy extractor 42 in some embodiments. If the voltages of the power source 32 and the load 64 are different, a higher or lower duty cycle may not generate energy transfer through the power extractor 42. In other words, a particular duty cycle of the circuitry 78 is not tied to a particular direction or amount of energy transfer through the energy transfer circuitry 72.
[0070] Como se nota, a variação de energia pode ser detectada continuamente e o sinal de controle de comutação (das Figuras 7, 8, e 11) pode ser atualizado continuamente. Usar circuitos analógicos é uma forma de executar a detecção contínua e a atualização. Usar cir- cuitos digitais (como um processor) é outra forma de executar a contínua detecção e a atualização do sinal de controle de comutação. Muito embora a atualização a partir de alguns circuitos digitais possa de alguma forma não ser exatamente contínua, ela pode ser considerada contínua quando para todas as finalidades práticas produzir um resul-tado idêntico ao da atualização verdadeiramente contínua. Como exemplo, a atualização do sinal de controle de comutação também é considerada contínua quando a frequência de variação estiver fora da largura de banda da malha de controle. Em alguns casos, a atualização do sinal de controle de comutação também pode ser considerada contínua quando a frequência de variação estiver dentro da largura de banda de controle. Meramente como exemplo, em algumas implantações, a largura de banda da malha de controle pode estar em torno de 800 Hz. Em outras modalidades, a largura de banda da malha de controle é maior que 800 Hz, e talvez, muito maior que 800 Hz. Ainda em outras modalidades, a largura de banda da malha de controle é mais baixa que 800 Hz e, dependendo da implantação e do desempenho desejados, pode ser inferior a 400 Hz.[0070] As noted, energy variation can be detected continuously and the switching control signal (from Figures 7, 8, and 11) can be updated continuously. Using analog circuits is one way to perform continuous sensing and updating. Using digital circuits (such as a processor) is another way to perform continuous sensing and updating of the switching control signal. Although the update from some digital circuits may in some way not be exactly continuous, it can be considered continuous when for all practical purposes it produces a result identical to that of a truly continuous update. As an example, the switching control signal update is also considered continuous when the variation frequency is outside the bandwidth of the control loop. In some cases, the switching control signal update can also be considered continuous when the switching frequency is within the control bandwidth. Merely as an example, in some implementations, the control loop bandwidth may be around 800 Hz. In other embodiments, the control loop bandwidth is greater than 800 Hz, and perhaps, much greater than 800 Hz In still other embodiments, the control loop bandwidth is lower than 800 Hz and, depending on desired deployment and performance, may be lower than 400 Hz.
[0071] A figura 9 ilustra um exemplo de uma típica curva de ten são-corrente (I-V) curve e de uma curva de energia. Diversas fontes de energia (por exemplo, um painel solar) produzem uma corrente relativamente constante em diferentes tensões. Entretanto, quando a tensão atinge um determinado limiar nessas fontes de energia, a corrente começa a cair rapidamente. A tensão do limiar corresponde à região da inclinação na curva I-V. O ponto de energia máxima (Pmax) também corresponde à região da inclinação na curva I-V.[0071] Figure 9 illustrates an example of a typical voltage-current (I-V) curve and an energy curve. Various power sources (e.g. a solar panel) produce a relatively constant current at different voltages. However, when the voltage reaches a certain threshold in these power sources, the current begins to drop rapidly. The threshold voltage corresponds to the slope region on the I-V curve. The point of maximum energy (Pmax) also corresponds to the slope region on the I-V curve.
[0072] A figura 10 é uma tabela que ilustra os conceitos operacio nais para o extrator de energia 42, de acordo com várias modalidades. Exemplo (1), mostrado como uma seta (1) nA figura 9, mostra que, quando ambas, energia e tensão, são crescentes, o ponto operacional do extrator de energia se coloca à esquerda do Pmax. Ao operar à esquerda de Pmax, um grande volume de corrente está sendo extraída pelo extrator de energia 42 da fonte de energia 32 e, consequentemente, a fonte de energia 32 está fornecendo menos que a energia máxima disponível a partir da fonte de energia 32. A energia máxima disponível é a maior quantidade de energia que poderia ser obtida, dadas as condições ambientes e as demais condições além do controle do extrator de energia 42. A fim de reduzir o fluxo de corrente, o ciclo de trabalho do conjunto de circuitos de controle da comutação 78 é diminuído. Esse também é o caso do exemplo (2) em que a seta (2) mostra que, quando a energia e a tensão são ambas decrescentes, também há abundância de corrente e menos energia que a energia máxima disponível da fonte de energia 32. De modo inverso, quando operando à direita de Pmax (exemplos (3) e (4)), pouquíssima corrente está sendo extraída pelo extrator de energia e menos energia que a energia máxima disponível da fonte de energia 32. Assim sendo, para aumentar o fluxo da corrente, o ciclo de trabalho do conjunto de circuitos de controle da comutação 89 é aumentado. As figuras 9 e 10 ilustram uma implantação da especificação sob condições especiais. Outras implantações podem operar de forma distinta e envolvem fatores adicionais. Em uma implantação diferente, a corrente poderia ser aumentada pela diminuição do ciclo de trabalho.[0072] Figure 10 is a table illustrating the operational concepts for the energy extractor 42, according to various embodiments. Example (1), shown as an arrow (1) in Figure 9, shows that, when both energy and voltage are increasing, the operational point of the energy extractor is placed to the left of Pmax. When operating to the left of Pmax, a large volume of current is being drawn by the power extractor 42 from the power source 32 and, consequently, the power source 32 is providing less than the maximum power available from the power source 32. The maximum available energy is the greatest amount of energy that could be obtained, given the ambient conditions and other conditions beyond the control of the energy extractor 42. In order to reduce the current flow, the duty cycle of the power circuit assembly switching control 78 is decreased. This is also the case in example (2) where arrow (2) shows that when energy and voltage are both decreasing, there is also an abundance of current and less energy than the maximum energy available from power source 32. Inversely, when operating to the right of Pmax (examples (3) and (4)), very little current is being extracted by the energy extractor and less energy than the maximum energy available from the power source 32. Therefore, to increase the flow of current, the duty cycle of the switching control circuitry 89 is increased. Figures 9 and 10 illustrate an implementation of the specification under special conditions. Other deployments may operate differently and involve additional factors. In a different implementation, the current could be increased by decreasing the duty cycle.
[0073] Com referência novamente à FIGURA 9, se a energia esti ver no Pmax para um período de tempo, a energia e a tensão não crescerão ou diminuirão para aquele período de tempo. Consequentemente, o ciclo de trabalho pode permanecer o mesmo. Em algumas modalidades, a malha de controle inclui mecanismos para impedir que uma máxima energia local (desnível mínimo local), a qual não é uma energia máxima, seja interpretada como uma máxima energia, de modo que o ciclo de trabalho não é modificado. Um mecanismo é o ruído natural, que tenderá a promover flutuações da malha de controle que resultam na variação de energia. Outro mecanismo são as flutuações da malha de controle artificialmente induzidas que, em algumas implantações, podem resultar na variação do ciclo de trabalho após um período de tempo específico, se o conjunto de circuitos de detecção não mostrar variações de energia ou tensão.[0073] Referring again to FIGURE 9, if the energy is at Pmax for a period of time, the energy and voltage will not increase or decrease for that period of time. Consequently, the duty cycle can remain the same. In some embodiments, the control loop includes mechanisms to prevent a local maximum energy (local minimum slope), which is not a maximum energy, from being interpreted as a maximum energy, so that the duty cycle is not modified. One mechanism is natural noise, which will tend to promote fluctuations in the control loop that result in energy variation. Another mechanism is artificially induced control loop fluctuations which, in some deployments, can result in the duty cycle varying after a specific period of time if the sensing circuitry does not show variations in power or voltage.
[0074] O conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia 94 gera o sinal de controle de comutação em resposta à situação dA figura 10. A figura 11 ilustra como o conjunto de circuitos comparativo 106 compara o sinal de controle de comutação com a forma de onda dente-de-serra. O ciclo de trabalho do conjunto de circuitos de controle da comutação 78 varia na medida em que variar a área da onda dente- de-serra acima do sinal de controle de comutação. Por exemplo, a área da onda dente-de-serra acima do sinal de controle de comutação é menor do tempo t3 até t4 do que o tempo t1 até t2. A área menor acima do sinal de controle de comutação corresponde a um ciclo de trabalho mais baixo. A menor área acima do sinal de controle de comutação corresponderia a um ciclo de trabalho mais elevado em outras modalidades. As tensões .5 V1 e .6 V1 são usadas a título de ilustração e não são limitadoras. Além disso, em outras modalidades, outras formas de onda (triângulo, senoidal, etc.) poderiam ser usadas em lugar da onda dente-de-serra.[0074] The power gap detection circuitry 94 generates the switching control signal in response to the situation of figure 10. Figure 11 illustrates how the comparative circuitry set 106 compares the switching control signal with the form of sawtooth wave. The duty cycle of the switching control circuitry 78 varies as the area of the sawtooth wave above the switching control signal varies. For example, the area of the sawtooth wave above the switching control signal is smaller from time t3 to t4 than from time t1 to t2. The smaller area above the switching control signal corresponds to a lower duty cycle. The smaller area above the switching control signal would correspond to a higher duty cycle in other embodiments. Voltages .5 V1 and .6 V1 are used for illustration purposes and are not limiting. Furthermore, in other embodiments, other waveforms (triangle, sine, etc.) could be used in place of the sawtooth wave.
[0075] As figuras 12 e 13 ilustram exemplos do conjunto de circui tos de detecção do desnível de energia 94 que pode ser usado em algumas modalidades da invenção. Existem inúmeras outras maneiras de implantar funções idênticas ou similares. Na figura 12, um circuito de medição de corrente 128 inclui conjunto de circuitos de medição de tensão 130 interno ao conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia 94 para medir a tensão através de um pequeno resistor Rs em N1 (ou em outro local) para determinar a corrente (I = V/R). Muito em- bora um pequeno resistor Rs seja mostrado, há inúmeras outras maneiras de medir a corrente, inclusive através da medição de um campo magnético. O sinal de nível-tensão de N1 (isto é, VN1) (ou em outro local) e um sinal de nível-corrente de N1 (isto é, IN1) (ou em outro local) são sinais contínuos. (Em outras modalidades, a tensão é deduzida indiretamente.) O multiplicador 134 multiplica continuamente a tensão e a corrente em N1 para determinar a energia em N1 (PN1).[0075] Figures 12 and 13 illustrate examples of the set of power gap detection circuits 94 that can be used in some embodiments of the invention. There are countless other ways to implement identical or similar functions. In Figure 12, a current measuring circuit 128 includes voltage measuring circuitry 130 internal to the power gap detection circuitry 94 for measuring voltage across a small resistor Rs at N1 (or elsewhere). to determine the current (I = V/R). Although a small resistor Rs is shown, there are numerous other ways to measure current, including measuring a magnetic field. The voltage-level signal from N1 (i.e., VN1) (or elsewhere) and a current-level signal from N1 (i.e., IN1) (or elsewhere) are continuous signals. (In other embodiments, the voltage is deduced indirectly.) Multiplier 134 continuously multiplies the voltage and current at N1 to determine the power at N1 (PN1).
[0076] O diferenciador 136 fornece um sinal responsivo às varia ções de energia (ΔP), enquanto o processador 132 fornece um sinal responsivo às variações de tensão (ΔV). Em algumas modalidades, o diferenciador 136 mede o desnível de energia. ΔP/ΔV representa a energia do desnível no nó N1 (ou o outro local). A energia máxima é obtida quando ΔP/ΔV = 0. O desnível de energia (ou meramente a variação de energia) pode ser determinado de várias formas. O desnível de energia pode ser um desnível de energia instantâneo determinado através do conjunto de circuitos analógicos. Como alternativa, um desnível de energia ou meramente uma variação de energia pode ser detectada através do conjunto de circuitos digitais, tais como um processador, pela comparação das amostras. O processador poderia comparar as amostras e determinar um desnível e uma variação de tensão correspondente (ou um desnível da tensão). Como alternativa, o processador poderia meramente determinar se a energia é crescente ou decrescente e se a tensão correspondente é crescente ou decrescente. Em algumas modalidades, o diferenciador 136 fornece meramente uma magnitude da variação de energia (desnível de energia) e em outras modalidades, fornece tanto a magnitude quanto a direção. Por exemplo, o desnível no ponto (1) nA figura 9 é de direção positiva, enquanto o desnível no ponto (2) é de direção negativa, apesar de apresentar uma magnitude similar.[0076] The differentiator 136 provides a signal responsive to power variations (ΔP), while the processor 132 provides a signal responsive to voltage variations (ΔV). In some embodiments, the differentiator 136 measures the energy difference. ΔP/ΔV represents the energy of the slope at node N1 (or another location). The maximum energy is obtained when ΔP/ΔV = 0. The energy gap (or merely the energy variation) can be determined in several ways. The power gap can be an instantaneous power gap determined through the analog circuitry. Alternatively, a power gap or merely a power variation can be detected through digital circuitry, such as a processor, by comparing samples. The processor could compare the samples and determine a dip and a corresponding voltage change (or a voltage drop). Alternatively, the processor could merely determine whether the energy is increasing or decreasing and whether the corresponding voltage is increasing or decreasing. In some embodiments, the differentiator 136 merely provides a magnitude of the energy change (energy slope) and in other embodiments, it provides both the magnitude and the direction. For example, the difference in level at point (1) in Figure 9 is in a positive direction, while the difference in level at point (2) is in a negative direction, despite having a similar magnitude.
[0077] Conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia 94 inclui o conjunto de circuitos de detecção de variação de tensão 132, que pode ser um processador, um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), ou outro conjunto de circuitos. O conjunto de circuitos 132 também pode executar o escalonamento, conforme discutido. Em algumas modalidades, o conjunto de circuitos 94 detecta um declínio da variação de tensão e, em outras modalidades, ele meramente detecta se a tensão é crescente ou decrescente. Ele pode detectar a variação através de um conjunto de circuitos analógico ou digital. Em algumas modalidades, apenas a direção (isto é, não a magnitude) da variação de tensão é relevante. Com referência novamente à FIGURA 9, o exemplo (1) envolve uma tensão crescente (positiva), enquanto o exemplo (2) envolve uma tensão decrescente (negativa). Assim, no exemplo (2) dA figura 10, quando o diferenciador 136 indica uma diminuição de energia, o conjunto de circuitos de detecção de variação de tensão 132 indica uma diminuição de tensão. Quando há uma diminuição de tensão, o inversor controlado 138 inverte a saída negativa do diferenciador 136, o que resulta em um número positivo correspondente ao desnível positivo de energia no ponto (2). Portanto, combinando os resultados do diferenciador 136 e do conjunto de circuitos de detecção de variação de tensão 132, o conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia 94 pode determinar se diminui ou se aumenta a corrente. Como mostra A figura 10, quando o desnível de energia é positivo (exemplos (1) e (2)), o ciclo de trabalho do conjunto de circuitos 78 é diminuído; quando o desnível de energia é negativo (exemplos (3) e (4), o ciclo de trabalho é aumentado. Em algumas modalidades, a saída do inversor controlado 138 é escalonada por um escalar (amplificador A1) 140, que insere o sinal na faixa adequada para ser comparado com a forma de onda (como mostra A figura 11). Ainda, em algumas modalidades, um integrado 144 pode ser usado para atuar como um filtro de baixa passagem e suavizar de outra forma as va- riações rápidas.[0077] Power gap detection circuitry set 94 includes voltage variation detection circuitry set 132, which may be a processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), or other set of circuits. Circuitry 132 may also perform scaling as discussed. In some embodiments, circuitry 94 detects a decline in voltage variation, and in other embodiments, it merely detects whether the voltage is increasing or decreasing. It can detect variation through an analog or digital circuitry. In some embodiments, only the direction (i.e., not the magnitude) of the voltage variation is relevant. Referring again to FIGURE 9, example (1) involves an increasing (positive) voltage, while example (2) involves a decreasing (negative) voltage. Thus, in example (2) of Figure 10, when the differentiator 136 indicates a decrease in power, the set of voltage variation detection circuits 132 indicates a decrease in voltage. When there is a decrease in voltage, the controlled inverter 138 inverts the negative output of the differentiator 136, which results in a positive number corresponding to the positive energy difference at point (2). Therefore, by combining the results of the differentiator 136 and the voltage difference detection circuitry 132, the power difference detection circuitry 94 can determine whether to decrease or increase the current. As shown in Figure 10, when the energy difference is positive (examples (1) and (2)), the duty cycle of the circuit set 78 is decreased; when the power gap is negative (examples (3) and (4), the duty cycle is increased. In some embodiments, the output of the controlled inverter 138 is scaled by a scalar (amplifier A1) 140, which inputs the signal into the suitable range to be compared with the waveform (as shown in Figure 11).Also, in some embodiments, an integrated 144 can be used to act as a low-pass filter and otherwise smooth out rapid variations.
[0078] Em algumas modalidades, o sinal de controle de comuta ção é dependente da declividade do desnível de energia ou da quantidade de variação de energia, e em outras modalidades, as variações são crescentes. Em algumas modalidades, o conjunto de circuitos 94 não modela uma curva de energia, ele meramente responde à tensão detectada e às variações de corrente para se deslocar em direção à energia máxima, sem saber onde está a energia máxima em uma curva. Na verdade, não é necessário a que se assemelharia a curva de energia. Em outras modalidades, o conjunto de circuitos 94, ou outro conjunto de circuitos, como o processador 172 nA figura 25 modela uma curva de energia.[0078] In some embodiments, the switching control signal is dependent on the slope of the energy slope or the amount of energy variation, and in other embodiments, the variations are increasing. In some embodiments, circuitry 94 does not model a power curve, it merely responds to detected voltage and current variations to move toward maximum energy, without knowing where maximum energy is on a curve. In fact, it is not necessary what the energy curve would resemble. In other embodiments, circuitry 94, or another circuitry, such as processor 172 in Figure 25 models a power curve.
[0079] Em algumas modalidades, a entrada (por exemplo, tensão e/ou corrente) e a malha de controle podem definir o limite de saturação para cada um dos indutores no conjunto de circuitos de transferência de energia 72. Em outras palavras, o limite de saturação de cada um dos indutores pode ser independente da saída do extrator de energia e da frequência de comutação.[0079] In some embodiments, the input (e.g., voltage and/or current) and the control loop may define the saturation threshold for each of the inductors in the power transfer circuitry 72. In other words, the The saturation limit of each of the inductors can be independent of the energy extractor output and the switching frequency.
[0080] A figura 13 mostra como as variações de tensão podem ser detectadas pelo conjunto de circuitos de detecção analógica 148 (por exemplo, diferenciador, etc.) em algumas modalidades. Adicionalmente, um sensor de corrente externa 146 pode medir a quantidade de corrente que é transferida pelo extrator de energia e comunica essa informação ao conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia 94. O amplificador 140 também pode ser controlado por um processador, ASIC, ou FPGA 150 baseado nas diversas condições que incluem, entre outras, condições climáticas e nível de carregamento da carga (por exemplo, bateria).[0080] Figure 13 shows how voltage variations can be detected by the analog detection circuitry set 148 (e.g., differentiator, etc.) in some embodiments. Additionally, an external current sensor 146 can measure the amount of current that is transferred by the energy extractor and communicates this information to the power gap detection circuitry 94. The amplifier 140 can also be controlled by a processor, ASIC, or FPGA 150 based on various conditions that include, but are not limited to, weather conditions and charging level of the load (e.g. battery).
[0081] A figura 14 ilustra um exemplo do integrador opcional 144 das Figuras 12 e 13. O integrador 144 pode estar incluído em algumas modalidades do conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia 94 para amortecer o sinal de controle de comutação proveniente do conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia 94. O integrador 144 inclui um resistor R1 na saída de um amplificador operacional 152 e um resistor R2 em paralelo com um capacitor C. A carga armazenada no capacitor é "drenada" pelo resistor R2. A drenagem da carga pelo resistor R2 faz com que a saída do integrador 144 seja mais baixa ao longo do tempo do que a entrada (conforme recebido do conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia). Esta saída reduzida reduz o impacto (isto é, amortece) do sinal de controle de comutação sobre o ciclo de trabalho do conjunto de circuitos 78.[0081] Figure 14 illustrates an example of the optional integrator 144 of Figures 12 and 13. The integrator 144 may be included in some embodiments of the power gap detection circuitry set 94 to dampen the switching control signal from the set. of power gap detection circuits 94. Integrator 144 includes a resistor R1 at the output of an operational amplifier 152 and a resistor R2 in parallel with a capacitor C. The charge stored in the capacitor is "drained" by the resistor R2. The draining of charge by resistor R2 causes the output of integrator 144 to be lower over time than the input (as received from the power gap detection circuitry). This reduced output reduces the impact (i.e., dampens) of the switching control signal on the duty cycle of circuitry 78.
[0082] Há diversas outras formas de obter o sinal de controle de comutação. Os exemplos incluem executar toda a análise em um processador. Outros exemplos envolvem a consideração dos níveis de saturação dos indutores. Um exemplo é ilustrado em associação com A figura 28. Uma malha de fase travada (PLL) pode ser usada para detectar os tempos ligados e desligados dos comutadores S1 e S2. Esta informação seria fornecida ao processador, que pode usar a informação para fins diversos. Dois sinais relacionados à fase podem ser usados em associação ao controle do ciclo de trabalho.[0082] There are several other ways to obtain the switching control signal. Examples include running all analysis on one processor. Other examples involve consideration of inductor saturation levels. An example is illustrated in association with Figure 28. A phase-locked loop (PLL) can be used to detect the on and off times of switches S1 and S2. This information would be provided to the processor, who may use the information for different purposes. Two phase-related signals can be used in association with duty cycle control.
[0083] A figura 15 mostra diversos conectores (110, 112, 116, 118, 122, e 124) para conectar a fonte de energia 32 e a carga 64 ao extrator de energia 42 e/ou à placa de circuito 156, conforme mostrado. A placa de circuito 156 pode estar em um alojamento 158. A placa de circuito 156 e o alojamento 158 podem apresentar uma grande variedade de forma, inclusive, por exemplo, uma caixa específica. Como alternativa, a placa de circuito 156 poderia ser um dispositivo eletrônico do consumidor, (por exemplo, telefone celular, assistente de dados pessoal (PDA)) ou ser um cartão de computador, caso em que a carga poderia estar da mesma forma integrada ao alojamento, ou em uma variedade de outras implantações. Conforme descrito abaixo, em algumas implantações, a fonte de energia poderia estar integrada ao alojamento. Se o conector tiver uma impedância substancialmente diferente dos nós adjacentes, então os diferentes nós (por exemplo, N1, N1*, N1**) podem ser considerados nós separados. Se o conector tiver relativamente pouca impedância em relação aos nós adjacentes, então os diferentes nós podem ser considerados um nó.[0083] Figure 15 shows various connectors (110, 112, 116, 118, 122, and 124) for connecting the power source 32 and the load 64 to the power extractor 42 and/or the circuit board 156, as shown . The circuit board 156 may be in a housing 158. The circuit board 156 and housing 158 may be in a wide variety of shapes, including, for example, a specific case. Alternatively, the circuit board 156 could be a consumer electronic device, (e.g., cell phone, personal data assistant (PDA)) or be a computer card, in which case the charge could similarly be integrated into the accommodation, or on a variety of other deployments. As described below, in some deployments, the power source could be integrated into the housing. If the connector has a substantially different impedance than adjacent nodes, then the different nodes (e.g., N1, N1*, N1**) can be considered separate nodes. If the connector has relatively little impedance to adjacent nodes, then the different nodes can be considered one node.
[0084] A figura 16 mostra que um circuito160 pode ser incluído en tre a fonte de energia 32 e o nó N1 em algumas modalidades. A figura 17 mostra que um diodo 162 pode ser incluído entre a fonte de energia 32 e N1 em algumas modalidades.[0084] Figure 16 shows that a circuit 160 can be included between the power source 32 and node N1 in some embodiments. Figure 17 shows that a diode 162 can be included between the power source 32 and N1 in some embodiments.
[0085] A figura 18 reproduz o conjunto de circuitos de transferên cia de energia dA figura 8 para conveniência de comparação com o conjunto alternativo de circuitos de transferência de energia ilustrado nas Figuras 19-22. Os valores dos resistores, capacitores e indutores (tais como R1, R2 C1, C2, C3, C4, L1, L2, L3, L4, L5 e L6) não são necessariamente os mesmos nas Figuras 18-22.[0085] Figure 18 reproduces the set of energy transfer circuits of Figure 8 for convenience of comparison with the alternative set of energy transfer circuits illustrated in Figures 19-22. The values of resistors, capacitors, and inductors (such as R1, R2 C1, C2, C3, C4, L1, L2, L3, L4, L5, and L6) are not necessarily the same in Figures 18-22.
[0086] A figura 23 ilustra uma bateria 164 cujo terminal positivo da bateria está conectado à terra. N2 representa o nó na saída do extrator de energia 42. Em algumas modalidades, a bateria 164 está conectada à N2, de modo que o terminal negativo da bateria 164 está vinculado à N2 e o terminal positivo está vinculado ao terra. Com referência às Figuras 7 e 8, uma das razões para a configuração dA figura 23 é que, em algumas modalidades, as tensões em N4 e N3 têm polaridades opostas. Por exemplo, se as tensões em N3 e N4 forem VN3 e VN4, respectivamente, VN3 pode ser -VN4. Em outras modalidades, a bateria 164 pode ser conectada de modo que o terminal positivo está ligado ao N2 e o terminal negativo está ligado ao terra. Ainda, em algumas modalidades, a tensão em N4 e N3 não são tensões opostas.[0086] Figure 23 illustrates a battery 164 whose positive battery terminal is connected to ground. N2 represents the node at the output of the energy extractor 42. In some embodiments, the battery 164 is connected to N2, such that the negative terminal of the battery 164 is tied to N2 and the positive terminal is tied to ground. With reference to Figures 7 and 8, one of the reasons for the configuration of Figure 23 is that, in some embodiments, the voltages at N4 and N3 have opposite polarities. For example, if the voltages at N3 and N4 are VN3 and VN4, respectively, VN3 may be -VN4. In other embodiments, the battery 164 may be connected so that the positive terminal is connected to N2 and the negative terminal is connected to ground. Furthermore, in some embodiments, the voltage at N4 and N3 are not opposite voltages.
[0087] A figura 24 ilustra um exemplo do conjunto de circuitos com- parativo que pode ser usado em algumas modalidades da invenção. O conjunto de circuitos comparativo 106 pode ser qualquer conjunto de circuitos usado para comparar o sinal indicativo da variação de energia 98 com o sinal de referência (por exemplo, uma referência de tensão, Vref) para regular o ciclo de trabalho do conjunto de circuitos.[0087] Figure 24 illustrates an example of the comparative circuit set that can be used in some embodiments of the invention. The comparative circuitry 106 may be any circuitry used to compare the signal indicative of the power change 98 with the reference signal (e.g., a voltage reference, Vref) to regulate the duty cycle of the circuitry.
[0088] A figura 25 é similar à FIGURA 8, porém inclui um conjunto de circuitos adicional, inclusive um processador/ASIC/e/ou matriz de porta programável em campo (FPGA) 172 (daqui por diante denominado processador 172), um conjunto de circuitos de escalonamento 176, sensores de corrente 184, 186, e 188. O processador 172 recebe sinais indicativos da corrente detectada assim como a tensão do nó N1*. As letras A e B mostram as conexões entre os sensores de corrente 184 e 186 e o processador 172. Em algumas modalidades, o processador 172 também reúne informações e/ou fornece o controle para o inversor das subcargas 64-1, bateria 64-2, e/ou outra carga 643 da carga 64. As informações da corrente podem ser usadas para indicar tais informações, como taxa, quantidade e eficiência da transferência de energia. Uma das razões para se reunir essas informações é para que o processador 172 determine se está no modo de proteção (como o segundo modo) ou no modo de operação ordinário (como o primeiro modo). Em um modo de proteção, diversas coisas podem ser realizadas pelo processador 172 para fornecer o extrator de energia 42 ou a carga 64. Uma opção é abrir o comutador S3. Outra opção é abrir um comutador S4 mostrado nA figura 26. Outra opção é fornecer um sinal de oscilação para escalonar o conjunto de circuitos 176, o qual é combinado no conjunto de circuitos 178 com um sinal indicativo do desnível de energia pra gerar o sinal de controle de comutação no condutor 98. Por exemplo, se o sinal de oscilação fizer com que o sinal de controle de comutação seja muito alto, o ciclo de trabalho seria baixo, causando uma corrente pequena. A regulagem da energia no mo- do de proteção pode ser interromper completamente a energia ou meramente reduzir a energia. No modo de proteção, a meta deixa de ser maximizar a energia transferida. Em algumas modalidades, o sinal de oscilação é estipulado para outros fins que não meramente o modo de proteção.[0088] Figure 25 is similar to FIGURE 8, but includes an additional circuit set, including a processor/ASIC/and/or field programmable gate array (FPGA) 172 (hereinafter referred to as processor 172), a of scaling circuits 176, current sensors 184, 186, and 188. The processor 172 receives signals indicative of the detected current as well as the voltage of node N1*. The letters A and B show the connections between the current sensors 184 and 186 and the processor 172. In some embodiments, the processor 172 also gathers information and/or provides control for the subload inverter 64-1, battery 64-2 , and/or other load 643 of load 64. Current information can be used to indicate such information as the rate, amount, and efficiency of energy transfer. One of the reasons for gathering this information is for the processor 172 to determine whether it is in protective mode (such as the second mode) or ordinary operating mode (such as the first mode). In a protection mode, several things can be done by processor 172 to provide power extractor 42 or load 64. One option is to open switch S3. Another option is to open a switch S4 shown in Figure 26. Another option is to provide an oscillation signal to scale circuitry 176, which is combined in circuitry 178 with a signal indicative of the power difference to generate the signal. switching control on conductor 98. For example, if the oscillation signal causes the switching control signal to be too high, the duty cycle would be low, causing a small current. Power regulation in protection mode can be to completely cut off power or merely reduce power. In protection mode, the goal is no longer to maximize the energy transferred. In some embodiments, the oscillation signal is set for purposes other than merely protection mode.
[0089] A figura 26 ilustra uma linha de controle de processador pa ra controlar um comutador, S4, que pode ser aberto para interromper qualquer transferência de energia proveniente do extrator de energia 42 para uma carga (por exemplo, inversor 64-1, bateria 64-2, e/ou outra carga 64-3). O processador 172 também controla o roteamento da energia entre diferentes subcargas (por exemplo, inversor 64-1, bateria 64-2, ou outra carga 64-3) em algumas modalidades. Ademais, os sensores de temperatura 192-1, 192-3, e 192-3 são mostrados como conectados a diferentes cargas. Baseado na temperatura (por exemplo, calor excessivo), o processador pode fazer com que o comutador S4 abra ou feche ou regule de outra forma a energia, como através do sinal de oscilação ou comutador de abertura S3. O extrator de energia 42 pode operar em um modo de proteção baseado em alguma condição limitante do dispositivo. Exemplos condições limitantes do dispositivo incluem um ou mais dos seguintes: excesso de calor, tensão, energia, ou corrente em N1, extrator de energia 42, e/ou N2. É possível que ocorram outras condições limitantes do dispositivo. O extrator de energia pode detectar o estado dos comutadores externos, como os comutadores de imersão, ou obter atualizações através de uma memória (como uma memória instantânea) para determinar as características da carga que podem ser consideradas para decidir se entra no modo de proteção.[0089] Figure 26 illustrates a processor control line for controlling a switch, S4, which can be opened to stop any transfer of power from power extractor 42 to a load (e.g., inverter 64-1, battery 64-2, and/or other load 64-3). Processor 172 also controls the routing of power between different subloads (e.g., inverter 64-1, battery 64-2, or other load 64-3) in some embodiments. Furthermore, temperature sensors 192-1, 192-3, and 192-3 are shown as connected to different loads. Based on temperature (e.g., excessive heat), the processor may cause switch S4 to open or close or otherwise regulate power, such as through the oscillation signal or open switch S3. The energy extractor 42 may operate in a protective mode based on some limiting condition of the device. Examples of device limiting conditions include one or more of the following: excess heat, voltage, energy, or current in N1, energy extractor 42, and/or N2. Other device limiting conditions may occur. The power extractor can detect the state of external switches, such as dip switches, or obtain updates through a memory (such as a flash memory) to determine load characteristics that can be considered in deciding whether to enter protection mode.
[0090] A figura 27 ilustra duas cargas de bateria diferentes, 64-1-1 e 64-1-2, conectadas ao nó de saída N2 por um comutador, S5. Esta configuração ilustra a flexibilidade funcional do extrator de energia 42 em inúmeras modalidades. Sendo fornecidas ambas as características de casamento de impedância do lado da fonte e do lado da carga, o extrator de energia 42 adapta automaticamente à carga e fornece energia à carga. Em outras palavras, a saída do extrator de energia 42 é energia - a tensão de saída e a corrente de saída que compreende a energia não são fixadas. A tensão de saída e corrente de saída auto-maticamente adapta à carga, sem reduzir a energia. Em outras palavras, o extrator de energia 42 pode operar independente de qualquer tensão. Assim, a energia de saída pode ser desregulada, à exceção do modo de proteção.[0090] Figure 27 illustrates two different battery loads, 64-1-1 and 64-1-2, connected to output node N2 by a switch, S5. This configuration illustrates the functional flexibility of the energy extractor 42 in numerous embodiments. With both source-side and load-side impedance matching characteristics provided, the power extractor 42 automatically adapts to the load and supplies power to the load. In other words, the output of the power extractor 42 is power - the output voltage and output current comprising the power are not fixed. The output voltage and output current automatically adapt to the load, without reducing power. In other words, the energy extractor 42 can operate independently of any voltage. Therefore, the output power can be deregulated, with the exception of protection mode.
[0091] Por exemplo, em algumas modalidades, o extrator de ener gia 42 pode extrair 60 Watts de energia da fonte de energia 32 para ser transferida à bateria 186-1. Se a bateria 64-2-1 for uma bateria de 12 Volts, então o extrator de energia 42 pode fornecer 5 A de corrente a 12 Volts para carregar a bateria. Se a bateria 64-2-1 for comutada ou trocada por uma bateria 64-2-2 de 15 Volts, então o extrator de energia 42 ainda fornecerá 60 Watts de energia para carregar a bateria na forma de 4 A de corrente a 15 Volts. Muito embora este exemplo ilustre a adaptabilidade/flexibilidade do extrator de energia 42, é preciso notar que talvez seja necessário que a tensão de saída do extrator de energia seja levemente mais elevada que a tensão da bateria para fazer com que a corrente flua para a bateria.[0091] For example, in some embodiments, the energy extractor 42 can extract 60 Watts of energy from the power source 32 to be transferred to the battery 186-1. If the 64-2-1 battery is a 12 Volt battery, then the power extractor 42 can supply 5 A of current at 12 Volts to charge the battery. If the 64-2-1 battery is switched or exchanged for a 15 Volt 64-2-2 battery, then the power extractor 42 will still provide 60 Watts of power to charge the battery in the form of 4 A of current at 15 Volts. . While this example illustrates the adaptability/flexibility of the energy extractor 42, it should be noted that the output voltage of the energy extractor may need to be slightly higher than the battery voltage to cause current to flow to the battery. .
[0092] No exemplo acima, e em algumas outras modalidades, o ponto de realimentação do extrator de energia pode se basear na transferência de energia de saída, em lugar dos sistemas tradicionais, onde o ponto de realimentação se baseia na corrente ou na tensão de saída. Outras modalidades operam de forma distinta.[0092] In the example above, and in some other embodiments, the feedback point of the energy extractor may be based on the transfer of output energy, rather than in traditional systems, where the feedback point is based on the output current or voltage. exit. Other modalities operate differently.
[0093] A figura 28 ilustra um detalhe complementar do extrator de energia 42, de acordo com outras modalidades. Sensores de corrente 222 e 224 fornecem sinais indicativos da corrente através dos comuta- dores S1 e S2, os quais são somados no totalizador 202. A energia pode estar relacionada à corrente média proveniente do totalizador 202. Estes podem ser fornecidos a um integrador 206 para fornecer um sinal indicativo da energia, que é diferenciado pelo diferenciador 212 e amplificado pelo amplificador 214. A variação de tensão (ou desnível de tensão) pode ser considerada como mencionado acima.[0093] Figure 28 illustrates a complementary detail of the energy extractor 42, according to other embodiments. Current sensors 222 and 224 provide signals indicative of the current through switches S1 and S2, which are summed at the totalizer 202. The energy may be related to the average current coming from the totalizer 202. These may be supplied to an integrator 206 to provide a signal indicative of energy, which is differentiated by differentiator 212 and amplified by amplifier 214. Voltage variation (or voltage difference) can be considered as mentioned above.
[0094] A figura 29 ilustra reguladores de tensão 232 e 236 que to mam a tensão desregulada do extrator de energia 42 e fornecem uma tensão regulada, conforme a necessidade (por exemplo, para alimentar diversos circuitos no interior do extrator de energia 42). A energia não regulada é fornecida ao regulador 232 através de um transformador T2 (indutores L5 e L6) e diodo D1. A energia não regulada é forne-cida ao regulador 236 através de um transformador T4 (indutores L7 e L8) e diodo D2.[0094] Figure 29 illustrates voltage regulators 232 and 236 that take the unregulated voltage of the energy extractor 42 and provide a regulated voltage, as needed (for example, to power various circuits inside the energy extractor 42). Unregulated power is supplied to the regulator 232 through a transformer T2 (inductors L5 and L6) and diode D1. Unregulated power is supplied to the regulator 236 through a transformer T4 (inductors L7 and L8) and diode D2.
[0095] O extrator de energia 42 pode ser usado na transferência de energia de uma ou mais more baterias 272 para uma carga 64, que pode incluir outra bateria. A figura 30 ilustra uma bateria ou baterias 272 como sendo a fonte de energia. Uma razão para usar o extrator de energia 42 com baterias como a fonte é que as baterias de energia mais baixa e de tensão mais baixa podem ser usadas para carregar outras baterias, inclusive com uma tensão mais baixa ou mais alta. Dado que o extrator de energia 42 extrai energia DC em qualquer forma disponível (por exemplo, não em uma tensão ou corrente específica ou fixa) e produz energia em qualquer forma requerida pela carga (por exemplo, não em uma tensão ou corrente específica ou fixa), o extrator de energia 42 é flexível e adaptável - dentro de limites de segurança ou outros limites razoáveis, não há restrições quanto ao tipo de fonte e/ou carga que pode ser conectada ao extrator de energia 42. Por exemplo, o extrator de energia 42 pode transferia a energia disponível em uma bateria de 9 Volts para carregar uma bateria de 15 Volts. Em outro exemplo, o extrator de energia 42 pode transferir energia de duas baterias de 5 Volts para uma bateria de 12 Volts. A flexibilidade e a adaptabilidade do extrator de energia 42 contrastam com os controladores de carga tradicionais e outros sistemas de transferência de energia, onde a transferência de energia da entrada para a saída é um produto derivado da regulagem da tensão de saída. A figura 31 ilustra extratores de energia 42 e 44 paralelos que recebem energia das fontes de energia da bateria 276 e 278, respectivamente, e fornecem energia à carga 64.[0095] The energy extractor 42 can be used to transfer energy from one or more batteries 272 to a load 64, which may include another battery. Figure 30 illustrates a battery or batteries 272 as the energy source. One reason for using the power extractor 42 with batteries as the source is that lower energy and lower voltage batteries can be used to charge other batteries, including those with a lower or higher voltage. Since the power extractor 42 extracts DC power in any available form (e.g., not at a specific or fixed voltage or current) and produces power in any form required by the load (e.g., not at a specific or fixed voltage or current ), the energy extractor 42 is flexible and adaptable - within safe or other reasonable limits, there are no restrictions on the type of source and/or load that can be connected to the energy extractor 42. For example, the energy extractor 42. Power 42 can transfer the energy available in a 9 Volt battery to charge a 15 Volt battery. In another example, the energy extractor 42 can transfer energy from two 5 Volt batteries to a 12 Volt battery. The flexibility and adaptability of the power extractor 42 contrasts with traditional charge controllers and other power transfer systems, where the transfer of power from input to output is a by-product of output voltage regulation. 31 illustrates parallel power extractors 42 and 44 that receive power from battery power sources 276 and 278, respectively, and supply power to load 64.
[0096] A figura 32 ilustra uma vista lateral de um chip de circuito integrado (IC1) que inclui uma fonte de energia fotovoltaica 284 e extrator de energia 286 fabricados em um substrato 282 do IC1. O extrator de energia 286 pode ser idêntico ou ligeiramente diferente do extrator de energia 42. A figura 33 mostra uma vista de topo de IC1 que inclui a fonte de energia fotovoltaica 284, extrator de energia 286, primeiro e segundo nós e uma interface do chip 288. Pode haver um diodo entre o extrator de energia 286 e a fonte 284. Na prática, o esboço seria um pouco diferente com a t fonte de energia fotovoltaica 284, abrangendo uma área de serviço maior ou menor que a mostrada. Do mesmo modo, o extrator de energia poderia abranger uma área de serviço maior ou menor que a mostrada. A figura 34 mostra uma pluralidade de chips IC IC1, IC2, ... IC25 similares ao IC1 das Figuras 32 e 33 reunidos por um quadro 296. O circuito integrado também pode conter diversos conjuntos de circuitos funcionais, além do extrator de energia e da fonte de energia. A figura 32 ilustra que o extrator de energia pode estar em uma escala bem menor. De modo inverso, o extrator de energia 42 pode estar em uma escala bem maior, por exemplo, nas modalidades de energia elevada. A figura 40 pode ser um exemplo de tais modalidades de energia elevada. Por exemplo, partes da malha de controle, como o conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia 94, podem estar a uma distância substancial do nó N1. Em algumas modalidades, a distância é inferior a um metro, e em outras modalidades, é superior a um metro e pode ser substancialmente maior que um metro. Como alternativa, o conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia e o conjunto de circuitos de transferência de energia podem estar bem próximo no mesmo recipiente ou alojamento. O acoplamento óptico ou o acoplamento magnético podem ser usados em vários locais, inclusive entre o nó N1 e o detector de variação de energia.[0096] Figure 32 illustrates a side view of an integrated circuit chip (IC1) that includes a photovoltaic energy source 284 and energy extractor 286 manufactured on an IC1 substrate 282. The energy extractor 286 may be identical or slightly different from the energy extractor 42. Figure 33 shows a top view of IC1 that includes the photovoltaic power source 284, energy extractor 286, first and second nodes and a chip interface 288. There may be a diode between the energy extractor 286 and the source 284. In practice, the outline would be slightly different with the photovoltaic power source 284, covering a larger or smaller service area than shown. Likewise, the energy extractor could cover a larger or smaller service area than that shown. Figure 34 shows a plurality of IC chips IC1, IC2, ... IC25 similar to IC1 of Figures 32 and 33 brought together by a frame 296. The integrated circuit may also contain several sets of functional circuits, in addition to the power extractor and the power supply. Figure 32 illustrates that the energy extractor can be on a much smaller scale. Conversely, the energy extractor 42 can be on a much larger scale, for example, in high energy modalities. Figure 40 may be an example of such high energy embodiments. For example, portions of the control loop, such as the power gap detection circuitry 94, may be a substantial distance from node N1. In some embodiments, the distance is less than one meter, and in other embodiments, it is greater than one meter and may be substantially greater than one meter. Alternatively, the energy gap detection circuitry and the energy transfer circuitry may be in close proximity in the same container or housing. Optical coupling or magnetic coupling can be used in several locations, including between the N1 node and the energy variation detector.
[0097] As figuras 35, 36, e 37 ilustram diferentes configurações pa ra conectar um ou mais extratores de energia (extratores de energia 1, 2, e 3) a uma ou mais (PV) fontes fotovoltaicas, de acordo com várias modalidades. Por exemplo, nA figura 35, fontes de energia PV (por exemplo, células PV ou painéis PV) estão diretamente conectados em conjunto e aos extratores de energia 1, 2 e 3, através dos conectores 320-1, 320-2, e 320-3, e 322-1 e 322-2, os quais podem ser colas, adesivos, braçadeiras de montagem, e/ou outros conectores em várias modalidades. Na figura 36, as fontes PV 1, 2, e 3 e os extratores de energia 1, 2, e 3 estão diretamente conectados, enquanto toda a unidade é sustentada por um quadro externo 320. Na figura 37, as fontes PV são conectadas entre si e aos extratores de energia 1, 2, e 3 através dos elementos do quadro 330, 334-1, 334-2, 338-1, 338-2, e 228-3.[0097] Figures 35, 36, and 37 illustrate different configurations for connecting one or more energy extractors (energy extractors 1, 2, and 3) to one or more (PV) photovoltaic sources, according to various embodiments. For example, in Figure 35, PV power sources (e.g., PV cells or PV panels) are directly connected together and to power extractors 1, 2, and 3, via connectors 320-1, 320-2, and 320. -3, and 322-1 and 322-2, which may be glues, adhesives, mounting brackets, and/or other connectors in various embodiments. In Figure 36, the PV sources 1, 2, and 3 and the energy extractors 1, 2, and 3 are directly connected, while the entire unit is supported by an external frame 320. In Figure 37, the PV sources are connected between itself and to energy extractors 1, 2, and 3 through frame elements 330, 334-1, 334-2, 338-1, 338-2, and 228-3.
[0098] As figuras 38 e 39 ilustram inúmeras configurações para conectar múltiplas fontes de energia e múltiplos extratores de energia, de acordo com várias modalidades. Por exemplo, A figura 38 mostra extratores de energia PE11, PE12, e PE13 em série para aumentar a tensão proveniente da fonte de energia S1. Os extratores de energia paralelos PE21, PE22, e PE23 em série com a fonte de energia PS2, e PE31, PE32, e PE33 na fonte de energia PS3 em série são combinadas são combinadas para aumentar a corrente. A figura 39 é similar, porém, cada extrator de energia é acoplada a uma fonte de energia (PS11 a PE11, PS12 a PE12, PS13 a PE13, PS21 a PE21, PS22 a PE22, e PS23 a PE23).[0098] Figures 38 and 39 illustrate numerous configurations for connecting multiple energy sources and multiple energy extractors, according to various modalities. For example, Figure 38 shows power extractors PE11, PE12, and PE13 in series to increase the voltage from power source S1. The parallel power extractors PE21, PE22, and PE23 in series with the PS2 power source, and PE31, PE32, and PE33 in the PS3 power source in series are combined to increase the current. Figure 39 is similar, however, each energy extractor is coupled to an energy source (PS11 to PE11, PS12 to PE12, PS13 to PE13, PS21 to PE21, PS22 to PE22, and PS23 to PE23).
[0099] A figura 40 ilustra a colocação dos extratores de energia em uma ou mais linhas de transmissão. Naturalmente, a magnitude da energia que pode ser transferida através dos extratores de energia 1, 2, e 3 nA figura 40 é bem maior que a que pode ser transferida no circuito integrado das Figuras 32-34.[0099] Figure 40 illustrates the placement of energy extractors on one or more transmission lines. Naturally, the magnitude of the energy that can be transferred through the energy extractors 1, 2, and 3 in Figure 40 is much greater than that which can be transferred in the integrated circuit of Figures 32-34.
[00100] O extrator de energia da invenção pode ser usado em associação a diferentes tipos de dispositivos. Por exemplo, A figura 41 ilustra o uso de um extrator de energia 358 em um dispositivo 350, como um marca passo. Um dispositivo de marca passo é usado neste exemplo a título exclusivo de ilustração; outros tipos de dispositivos podem ser usados de modo similar em outras modalidades. O extrator de energia 358 extrai energia da bateria ou baterias 354 para a energia de uma carga 312 (por exemplo, o marca passo em si). O extrator de energia 358 inclui um processador/ASIC/ ou outro conjunto de circuitos 360 para determinar o uso da bateria e/ou a vida da bateria no marca passo. A informação pode ser comunicada através de uma antena 366. Com base nessa informação, um médico ou técnico ou qualquer outra pessoa pode enviar a informação de controle ao processador 360 para oscilar o extrator de energia, de modo que a energia da bateria seja conservada, otimizada, etc. no dispositivo 302 conforme desejado. Ou seja, não é necessariamente desejável usar a bateria com a energia máxima, e em lugar disso a conservação de energia pode ser mais desejável. O sinal de oscilação dA figura 25 pode ser útil para auxiliar a conservação da bateria.[00100] The energy extractor of the invention can be used in association with different types of devices. For example, Figure 41 illustrates the use of an energy extractor 358 in a device 350, such as a pacemaker. A pacemaker device is used in this example for illustration only; other types of devices may be used similarly in other embodiments. The energy extractor 358 extracts energy from the battery or batteries 354 for energy from a load 312 (e.g., the pacemaker itself). The power extractor 358 includes a processor/ASIC/ or other circuitry 360 for determining battery usage and/or battery life in the pacemaker. The information can be communicated through an antenna 366. Based on this information, a doctor or technician or any other person can send control information to the processor 360 to oscillate the energy extractor so that battery power is conserved, optimized, etc. on device 302 as desired. That is, it is not necessarily desirable to use the battery at maximum power, and energy conservation may be more desirable instead. The oscillation signal in figure 25 can be useful to help conserve the battery.
[00101] A figura 42 ilustra o uso de um extrator de energia 388 em outro dispositivo 382, tal como um telefone celular. Novamente, um telefone celular é usado a título de exemplo e ilustração; outros dispo- sitivos podem incorporar um extrator de energia de modo similar. O extrator de energia 388 é incluído no dispositivo 382 para extrair energia de uma fonte de energia 384. Fontes de energia exemplificativas podem incluir energia luminosa (inclusive solar), calor (por exemplo, calor corporal), energia do movimento (por exemplo, caminhar, correr, movimento do corpo em geral, etc.), vento, bateria, conversão de infravermelho em energia elétrica, etc. Qualquer energia elétrica que pode ser gerada pela fonte de energia 384 pode ser extraída pelo extrator de energia 388 e transferido à carga 392 para alimentar o dispositivo 382. O processador 390 pode ser usado para controlar um modo desejado, por exemplo, obter a energia máxima da célula solar ou da fonte de energia do par térmico, ou tentar converter a energia da bateria quando a bateria ficar baixa. O dispositivo pode ter uma combinação de fontes de energia. Assim, em algumas modalidades, o extrator de energia 388 pode ser usado para carregar, seja parcial ou totalmente, uma bateria de telefone celular bateria sem ter que encaixar o dispositivo 382 em uma tomada elétrica tradicional.[00101] Figure 42 illustrates the use of an energy extractor 388 on another device 382, such as a cell phone. Again, a cell phone is used as an example and illustration; other devices may incorporate an energy extractor in a similar way. Energy extractor 388 is included in device 382 for extracting energy from a power source 384. Exemplary energy sources may include light energy (including solar), heat (e.g., body heat), energy from movement (e.g., walking , running, general body movement, etc.), wind, battery, conversion of infrared to electrical energy, etc. Any electrical energy that can be generated by power source 384 can be extracted by power extractor 388 and transferred to load 392 to power device 382. Processor 390 can be used to control a desired mode, e.g., obtaining maximum power from the solar cell or thermal couple power source, or attempt to convert battery power when the battery runs low. The device may have a combination of power sources. Thus, in some embodiments, the power extractor 388 can be used to charge, either partially or fully, a cell phone battery without having to plug the device 382 into a traditional electrical outlet.
[00102] Como outro exemplo, A figura 43 ilustra uma roda de veículo 404 com um gerador de freio regenerativo 408 que fornece energia ao extrator de energia 418 para carregar uma bateria 418. O extrator de energia 418 pode obter a energia máxima do gerador 408.[00102] As another example, Figure 43 illustrates a vehicle wheel 404 with a regenerative brake generator 408 that supplies energy to the energy extractor 418 to charge a battery 418. The energy extractor 418 can obtain the maximum energy from the generator 408 .
[00103] A figura 44 ilustra grampos de transformador 512-1, 512-2, 512-3, e 512-4 que podem ser usados para fornecer resfriamento aos dispositivos indutivos planares, como bobinas de indução planares ou transformadores planares, inclusive os núcleos-I 514-1, 514-2, 514-3 e 514-4 e os núcleos-E 518-1, 518-2, 518-3, e 518-4 sustentados por uma fabricação de uma placa de circuito (PCB) impresso 520 colocada em um chassi 522. O chassi 522 pode ser fixado à parte traseira da célula solar, painel solar, ou outra fonte de energia. Os grampos 512 podem ser feitos de alumínio, cobre, ou algum outro material termica- mente condutor. Uma massa de calor térmica ou outro condutor de calor pode ser usado para auxiliar na condução de calor. Naturalmente, o sistema dA figura 44 não é usado em muitas modalidades.[00103] Figure 44 illustrates transformer clamps 512-1, 512-2, 512-3, and 512-4 that can be used to provide cooling to planar inductive devices, such as planar induction coils or planar transformers, including the cores -I 514-1, 514-2, 514-3, and 514-4 and the E-cores 518-1, 518-2, 518-3, and 518-4 supported by a circuit board (PCB) fabrication printed 520 placed on a chassis 522. The chassis 522 may be attached to the back of the solar cell, solar panel, or other power source. The 512 clamps may be made of aluminum, copper, or some other thermally conductive material. A thermal heat mass or other heat conductor can be used to aid heat conduction. Naturally, the system of Figure 44 is not used in many embodiments.
[00104] A figura 45 é similar à FIGURA 2 exceto que um processador 484 comunica com os extratores de energia 42, 44, e 46. A comunicação pode ser em uma direção apenas ou em ambas as direções. Exemplos dos dados ou outras informações comunicadas são fornecidos em associação à FIGURA 46. A memória 488 pode reter dados para análise futura.[00104] Figure 45 is similar to FIGURE 2 except that a processor 484 communicates with energy extractors 42, 44, and 46. Communication can be in one direction only or in both directions. Examples of the data or other information communicated are provided in connection with FIGURE 46. Memory 488 may retain data for future analysis.
[00105] A figura 46 ilustra um sistema com uma fonte de energia 550 para fornecer energia a um conversor de comutação de extrator de energia (PESC) 552, que pode ser o mesmo extrator de energia 42. Além de controlar as funções PESC, um processador (como um microprocessador ou processador de sinal digital) no PESC 552 pode coletar informações estatísticas sobre todos os estágios de conversão de energia e comunicar a telemetria em tempo real, dados estatísticos da energia, e dados estatísticos de alimentação para uma estação central e também receber algoritmos de controle de energia dos dados em tempo real, informações administrativas, comandos de administração de sensor e novas imagens de software a partir da estação central. A informação reunida (incluindo uma ou mais das seguintes: situação, estatística, configuração do extrator de energia, GPS (sistema de posicionamento global) informação e informação ambiental) é fornecida pelo processador no PESC 552 para um processador em uma estação central 564 através de comunicação com ou sem fio (560). O processador 484 e a memória 488 dA figura 45 são exemplos de componentes da estação central 564. Um subsistema de comunicação (por exemplo, Ethernet) permite a comunicação entre o processador e a estação central 564. O processador no PESC 552 pode incluir sensores de corrente e a tensão DC do lado da linha de entrada, sensores de corrente e a tensão de saída do estágio da energia, a detecção do sinal DC do lado da saída e os sensores DC do lado da linha de saída.[00105] Figure 46 illustrates a system with a power source 550 for supplying power to a power extractor switching converter (PESC) 552, which may be the same power extractor 42. In addition to controlling the PESC functions, a processor (such as a microprocessor or digital signal processor) in the PESC 552 can collect statistical information about all stages of power conversion and communicate real-time telemetry, power statistical data, and power statistical data to a central station and also receive real-time data power control algorithms, administrative information, sensor administration commands and new software images from the central station. The gathered information (including one or more of the following: situation, statistics, energy extractor configuration, GPS (global positioning system) information, and environmental information) is provided by the processor in the PESC 552 to a processor at a central station 564 through wired or wireless communication (560). The processor 484 and memory 488 in Figure 45 are examples of components of the central station 564. A communications subsystem (e.g., Ethernet) allows communication between the processor and the central station 564. The processor in the PESC 552 may include sensors for DC current and voltage on the input line side, current sensors and the output voltage on the power stage, DC signal detection on the output side and DC sensors on the output line side.
[00106] Diversos componentes adicionais podem ser usados nos componentes ilustrados acima. Por exemplo, um fusível e um diodo de bloqueio podem ser colocados em paralelo com a carga. Se o fusível for queimado porque o diodo é oscilado para adiante, pode ser usado para fornecer a informação de que havia corrente ou tensão excessivas. A informação pode ser de uso imediato para colocar o sistema no modo de proteção ou pode ser de uso para uma informação de diagnóstico tardio. Um fusível pode estar em série entre o extrator e a carga.[00106] Several additional components can be used in the components illustrated above. For example, a fuse and a blocking diode can be placed in parallel with the load. If the fuse is blown because the diode is swung forward, it can be used to provide information that there was excessive current or voltage. The information may be of immediate use to place the system in protection mode or may be of use for delayed diagnostic information. A fuse may be in series between the extractor and the load.
[00107] Em algumas modalidades, o conjunto de circuitos, como um dispositivo de par térmico pode ser usado para recapturar o calor do extrator de energia e gerar energia a partir dele.[00107] In some embodiments, the circuitry such as a thermal couple device can be used to recapture heat from the energy extractor and generate energy from it.
[00108] Em algumas modalidades, a energia pode ser transmitida em pacotes separados.[00108] In some embodiments, energy can be transmitted in separate packets.
[00109] A figura 47 ilustra um sistema com múltiplas fontes de energia, um extrator de energia, e múltiplas cargas de acordo com algumas modalidades. O sistema 600 fornece um cenário no caso de uso geral para o extrator de energia 630. O extrator de energia 630 é um exemplo de um extrator de energia, de acordo com qualquer modalidade aqui descrita. Pode haver apenas uma ou mais fontes de energia 612-614 acopladas ao extrator de energia 630. Observe que diferentes fontes de energia podem requerer diferentes hardwares de acoplamento. O hardware de acoplamento de entrada 620 inclui circuitos de interface que acoplam as fontes de energia de entrada ao extrator de energia 630. Em algumas modalidades, o circuito de interface 622 é diferente do circuito de interface 624. Entretanto, eles podem ser os mesmos.[00109] Figure 47 illustrates a system with multiple energy sources, an energy extractor, and multiple loads according to some embodiments. System 600 provides a general use case scenario for energy extractor 630. Energy extractor 630 is an example of an energy extractor, in accordance with any embodiment described herein. There may be only one or more power sources 612-614 coupled to the power extractor 630. Note that different power sources may require different coupling hardware. Input coupling hardware 620 includes interface circuitry that couples input power sources to power extractor 630. In some embodiments, interface circuitry 622 is different from interface circuitry 624. However, they may be the same.
[00110] As fontes de energia 612-614 podem ser qualquer tipo de fonte de energia DC (mencionadas como uma fonte de energia ou uma fonte de alimentação). Exemplos de fontes de energia DC que podem ser usadas de acordo com as modalidades da invenção incluem, sem caráter restritivo, células ou painéis fotovoltaicos, uma bateria ou baterias, e fontes que derivam energia através de vento, água (por exemplo, hidroelétrica), forças das marés, calor (por exemplo, par térmico), geração de energia de hidrogênio, geração de energia a gás, radioativa, deformação mecânica, piezoelétrica, e movimento (por exemplo, movimento humano, como caminhar, correr, etc.). As fontes de energia podem incluir as fontes de energia natural e as fontes de energia produzidas pelo homem, podendo ser estáveis (fornecendo uma energia constante, porém de magnitude variável) e instáveis (fornecendo energia que varia ao longo do tempo. Hardware de acoplamento de entra-da 620 pode ser considerado para incluir toda a interface (por exemplo, a partir do cabo/fio/traço para o conector/pino para o conjunto de circuitos), ou simplesmente incluem o conjunto de circuitos da interface. O conjunto de circuitos da interface pode incluir qualquer tipo de componentes separados (por exemplo, resistores, capacitores, induto- res/transformadores, diodos, etc.) conforme descrito no presente, e em outra forma conhecida na técnica.[00110] Power sources 612-614 can be any type of DC power source (referred to as a power source or a power supply). Examples of DC power sources that may be used in accordance with embodiments of the invention include, without limitation, photovoltaic cells or panels, a battery or batteries, and sources that derive energy through wind, water (e.g., hydroelectric), tidal forces, heat (e.g. thermal couple), hydrogen power generation, gas power generation, radioactive, mechanical deformation, piezoelectric, and movement (e.g. human movement such as walking, running, etc.). Energy sources may include natural energy sources and man-made energy sources, and may be stable (providing constant energy but of varying magnitude) and unstable (providing energy that varies over time. Power coupling hardware input 620 may be considered to include the entire interface (e.g., from the cable/wire/trace to the connector/pin to the circuitry), or simply include the circuitry of the interface. The interface may include any type of separate components (e.g., resistors, capacitors, inductors/transformers, diodes, etc.) as described herein, and in another manner known in the art.
[00111] Além disso, em algumas modalidades, o hardware de acoplamento de entrada 620 inclui comutadores (por exemplo, transistores de efeito de campo energético (FETs)) ou outros mecanismos similares que permitem que uma ou mais fontes de energia sejam seletivamente desconectadas ou desacopladas do extrator de energia 630. O acoplamento e o desacoplamento das fontes de energia podem ser executados, por exemplo, via sinais de controle a partir de uma porção de gerenciamento do extrator de energia.[00111] Additionally, in some embodiments, input coupling hardware 620 includes switches (e.g., energy field effect transistors (FETs)) or other similar mechanisms that allow one or more power sources to be selectively disconnected or decoupled from the energy extractor 630. Coupling and decoupling of energy sources can be performed, for example, via control signals from a management portion of the energy extractor.
[00112] Similar ao lado de entrada, o extrator de energia 630 inclui, ou é ainda acoplado ao extrator de energia 630 no sistema 600, o hardware de acoplamento de saída 640. Hardware de acoplamento de saída 640 inclui elementos de interface 642-644. Pode haver uma relação de um-para-um entre os elementos de interface 642-644 e as cargas 652-654, mas a dita relação é não é estritamente necessária. Uma ou mais cargas podem ser acopladas via o mesmo hardware de acoplamento de saída. Uma configuração similar pode existir no hardware de acoplamento de entrada 620 - a relação dos elementos em relação às fontes pode ser de um-para-um, ou alguma outra razão. Com uma razão distinta de um-para-um, pode haver restrições em se colocar as fontes ou cargas individuais conectadas e desconectadas. Essas restrições poderiam resultar na redução da eficiência (a partir de um ideal de outra forma potencialmente adquirível) no casamento de impedância, muito embora o casamento do grupo possa não ser menos eficiente. Assim, as cargas e/ou fontes podem ser manipuladas em grupos, o que pode ser colocado em conexão ou desconexão como um grupo, e a impedância casada como um grupo.[00112] Similar to the input side, the energy extractor 630 includes, or is further coupled to the energy extractor 630 in the system 600, the output coupling hardware 640. Output coupling hardware 640 includes interface elements 642-644 . There may be a one-to-one relationship between interface elements 642-644 and loads 652-654, but said relationship is not strictly necessary. One or more loads can be coupled via the same output coupling hardware. A similar configuration may exist in input coupling hardware 620 - the relationship of elements to sources may be one-to-one, or some other ratio. With a ratio other than one-to-one, there may be restrictions on placing individual sources or loads connected and disconnected. These constraints could result in reduced efficiency (from an otherwise potentially achievable ideal) in impedance matching, even though group matching may not be less efficient. Thus, loads and/or sources can be manipulated in groups, which can be connected or disconnected as a group, and impedance matched as a group.
[00113] As cargas 652-654 também podem ser seletivamente acopladas ao extrator de energia 630 via hardware de acoplamento de saída 640. Uma ou mais cargas podem ser acopladas ou desacopla- das via um sinal de controle, de acordo com uma estratégia de gerenciamento. O gerenciador de transferência de energia 634 em geral representa qualquer tipo de circuito de gerenciamento de transferência de energia, e pode incluir um ou mais elementos do conjunto de circuitos de processamento, tais como microprocessadores, matriz de porta programável em campos (FPGA), circuitos integrados de aplicação específica (ASIC), matrizes lógicas programáveis (PLAs), microcontro- ladores, etc. O gerenciamento da transferência de energia é executado por um gerenciador de transferência de energia 634, o que pode ser considerado para operar de acordo com a estratégia de gerenciamento da transferência de energia. A dita a estratégia controla como a energia será transferida, ou como o gerenciador de transferência de ener gia 634 irá operar para gerenciar a transferência de energia. A operação para gerenciar a transferência de energia pode incluir o ajuste das linhas de saída para um estado ativo ou inativo (por exemplo, articulando um pino I/O do microprocessador), ou de forma outra enviando controles de configuração para outros circuitos.[00113] Loads 652-654 can also be selectively coupled to the energy extractor 630 via output coupling hardware 640. One or more loads can be coupled or uncoupled via a control signal, according to a management strategy. . Power transfer manager 634 generally represents any type of power transfer management circuit, and may include one or more processing circuitry elements, such as microprocessors, field programmable gate array (FPGA), circuits application-specific integrated devices (ASIC), programmable logic matrices (PLAs), microcontrollers, etc. Power transfer management is performed by a power transfer manager 634, which can be considered to operate in accordance with the power transfer management strategy. Said strategy controls how energy will be transferred, or how the energy transfer manager 634 will operate to manage the energy transfer. The operation to manage power transfer may include adjusting the output lines to an active or inactive state (for example, by pivoting a microprocessor I/O pin), or otherwise sending configuration controls to other circuits.
[00114] O gerenciador de transferência de energia 634 monitora a energia de entrada para variações de energia para determinar como controlar a operação do conjunto de circuitos de transferência de energia 632. O conjunto de circuitos de transferência de energia 632 é descrito acima, e em geral permite ao extrator de energia 630 converter energia das fontes em energia para transmitir às cargas. Observe que a capacidade de acoplar e desacoplar de forma seletiva as fontes e cargas, gerenciador de transferência de energia 634 pode incluir lógica para ajustar a transferência de energia de acordo com uma série de cenários de transferência de energia. A dita capacidade permite variações da configuração do sistema dinâmico, enquanto o extrator de energia 630 mantém a eficiência de transmissão. O gerenciador de transferência de energia 634 e o extrator de energia 630 podem se ajustar de forma dinâmica e contínua às configurações do sistema, assim como monitorar de forma contínua as curvas de energia de entrada e/ou saída. A lógica será responsável pelas necessidades de car- ga(s), e pela entrada da fonte(s). Em algumas modalidades, as necessidades de carga podem ser determinadas monitorando o hardware. Um método mais simples é incluir perfis de energia das cargas pretendidas, os quais informam ao gerenciador de transferência de energia 634 como controlar a saída para cargas particulares. O gerenciador de transferência de energia 634 pode identificar quais cargas estão pre-sentes e, portanto, quais perfis são aplicáveis, com base na detec- ção/monitoramento da carga, e/ou via indicação de uma carga por uma fonte externa (por exemplo, a própria carga envia um sinal como um acionamento de um pino de carga em um microprocessador, ou uma entidade de gerenciamento do sistema indica que cargas estão presentes, etc.).[00114] The power transfer manager 634 monitors input power for power variations to determine how to control the operation of the power transfer circuitry 632. The power transfer circuitry 632 is described above, and in general allows the energy extractor 630 to convert energy from sources into energy to transmit to loads. Note that the ability to selectively couple and decouple sources and loads, power transfer manager 634 may include logic to adjust power transfer according to a range of power transfer scenarios. Said capability allows variations of the dynamic system configuration, while the energy extractor 630 maintains transmission efficiency. The power transfer manager 634 and power extractor 630 can dynamically and continuously adjust to system settings, as well as continuously monitor input and/or output power curves. The logic will be responsible for the load(s) needs and the source(s) input. In some embodiments, load needs can be determined by monitoring the hardware. A simpler method is to include power profiles of the intended loads, which tell the power transfer manager 634 how to control the output for particular loads. The power transfer manager 634 can identify which loads are present, and therefore which profiles are applicable, based on load detection/monitoring, and/or via indication of a load by an external source (e.g. , the load itself sends a signal such as a push of a load pin on a microprocessor, or a system management entity indicates that loads are present, etc.).
[00115] Uma ineficiência dos sistemas tradicionais é o aspecto "sempre no" para os suprimentos de comutação. Ou seja, a tecnologia de transferência de energia consumiu energia mesmo quando as cargas não requeriam energia, e/ou mesmo quando uma fonte não estava disponível. Ou seja, alguma parte do conjunto de circuitos de transfe-rência de energia estava sempre consumindo energia. Em algumas modalidades, gerenciador de transferência de energia 634 pode ligar e desligar automaticamente o extrator de energia 630 baseado na presença de energia e/ou carga. Ou seja, por exemplo, o gerenciador de transferência de energia 634 pode entrar automaticamente em estado descanso se a energia de entrada cair abaixo de um limiar (por exemplo, 1,0mA em 5V). Quando a energia está acima do limiar, o gerenciador de transferência de energia 634 pode determinar se quaisquer cargas estão ou deveriam estar conectadas. Na ausência da fonte e/ou carga, o gerenciador de transferência de energia 634 pode não fornecer os sinais de controle, o que resulta na não transferência de energia, ou pode produzir sinais para desativar o conjunto de circuitos ativos. O gerenciador de transferência de energia 634 pode ser sofisticado e ainda, ou alternativamente, incluir um mecanismo de cronômetro que permite ao sistema sair do repouso após um período de tempo (por exemplo, 5 minutos) para verificar novamente a condição do sistema.[00115] An inefficiency of traditional systems is the "always on" aspect to switching supplies. That is, the energy transfer technology consumed energy even when the loads did not require energy, and/or even when a source was not available. In other words, some part of the set of energy transfer circuits was always consuming energy. In some embodiments, energy transfer manager 634 may automatically turn on and off the energy extractor 630 based on the presence of energy and/or load. That is, for example, the power transfer manager 634 may automatically enter a sleep state if the input power drops below a threshold (e.g., 1.0mA at 5V). When the power is above the threshold, the power transfer manager 634 can determine whether any loads are or should be connected. In the absence of the source and/or load, the power transfer manager 634 may not provide control signals, which results in no power transfer, or may produce signals to disable the active circuitry. The power transfer manager 634 may be sophisticated and further, or alternatively, include a timer mechanism that allows the system to wake up after a period of time (e.g., 5 minutes) to recheck the condition of the system.
[00116] Em algumas modalidades, os conceitos de gerenciamento de energia conforme incorporado pelo gerenciador de transferência de energia 634 pode ser considerado para incluir múltiplos aspectos. Por exemplo, o gerenciamento de energia pode incluir normas e controle da atividade, onde cada norma pode controlar um aspecto diferente do controle de energia, ou controlar o mesmo aspecto de controle da energia de forma diferente. Normas de atividade e controle podem ser implantadas como hardware, software, ou alguma combinação. As normas de atividade podem ser desmembradas em normas de planejamento, as quais são normas estratégicas que podem observar o casamento de impedância ou monitorar a curva de energia. Normas organizacionais podem ser normas táticas que determinam como lidar com as múltiplas entradas e saídas. As normas podem fornecer e/ou implantar parâmetros que fornecem a funcionalidade particular do extrator de energia 630. O controle pode implantar ações ou efetivar as normas da atividade. Por exemplo, em algumas modalidades, o casa-mento de impedância pode casar apenas uma única fonte de energia. O casamento seletivo seria executado para a fonte de entrada que produz mais sentido para o casamento.[00116] In some embodiments, power management concepts as embodied by power transfer manager 634 may be considered to include multiple aspects. For example, energy management may include standards and activity control, where each standard may control a different aspect of energy control, or control the same aspect of energy control differently. Activity and control standards can be implemented as hardware, software, or some combination. Activity standards can be broken down into planning standards, which are strategic standards that can observe impedance matching or monitor the power curve. Organizational norms can be tactical norms that determine how to deal with multiple inputs and outputs. The standards may provide and/or implement parameters that provide the particular functionality of the energy extractor 630. The control may implement actions or effect the standards of the activity. For example, in some embodiments, impedance matching may match only a single power source. Selective matching would be performed for the input source that produces the most sense for the match.
[00117] Em algumas modalidades, determinar como transferir energia às cargas ou determinar uma estratégia de transferência de energia inclui determinar ou identificar e selecionar as normas de distribuição de energia. A transferência de energia então ocorre de acordo com a norma de distribuição de energia selecionada. As normas de distribuição de energia podem ser simples ou complexas, e em geral podem ser classificadas como adiante.[00117] In some embodiments, determining how to transfer power to loads or determining a power transfer strategy includes determining or identifying and selecting power distribution norms. Energy transfer then occurs according to the selected energy distribution standard. Energy distribution standards can be simple or complex, and can generally be classified as follows.
[00118] As normas hierárquicas resultam em uma precedência simples de uma carga sobre a outra. Na medida em que a energia da fonte flutua para cima e para baixo, a energia transferida às cargas pode servir para dar tratamento preferencial a uma carga sobre a outra. Um exemplo pode ser favorecer o conjunto de circuitos operacional do dispositivo crítico da missão, ao mesmo tempo em que dá preferência mais baixa ao recarregamento de uma das baterias reservas.[00118] Hierarchical norms result in a simple precedence of one load over another. As the source energy fluctuates up and down, the energy transferred to the loads can serve to give preferential treatment to one load over another. An example might be favoring the operational circuitry of the mission-critical device while giving lower preference to recharging one of the backup batteries.
[00119] As normas de ligação de lista instituem um cronograma para distribuição de energia. Por exemplo, a energia pode ser distribuída para uma carga por um período de tempo, em seguida para outro, em seguida para outro. Assim, todas as cargas receberiam alguma porção da energia distribuída em um dado período de tempo. As normas baseadas em alocação podem instituir alocações fixas para cada carga. Por exemplo, um sistema pode alocar 80% da energia distribuída para carregar uma bateria principal, deixando 20% para uma ou mais outras cargas.[00119] List connection standards establish a schedule for power distribution. For example, power may be distributed to one load for one period of time, then to another, then to another. Thus, all loads would receive some portion of the energy distributed in a given period of time. Allocation-based standards may institute fixed allocations for each load. For example, a system might allocate 80% of the distributed power to charging a main battery, leaving 20% for one or more other loads.
[00120] As normas baseadas em tempo permitem uma distribuição de energia a ser baseada na hora do dia, ou época da semana. Por exemplo, um sistema pode ser programado com um cronograma de amanhecer/pôr do sol e ter lógica para determinar as horas do pico solar. Assim, pode-se esperar que a energia esteja no pico de um painel solar em horários particulares do dia. Com base na hora do dia, o sistema pode distribuir a energia de acordo com uma estratégia ou outra. Em outro cenário, um sistema pode ter dados históricos que indiquem o uso da carga do pico. A energia pode ser distribuída em certas horas do dia, de acordo com o uso pretendido. Observe que, conforme descrito abaixo, a energia de entrada do pico e a carga do pico podem ser ativamente determinadas e dinamicamente responsabilizadas. As normas baseadas no tempo podem então agir como um esqueleto para outras normas a serem aplicadas. Por exemplo, durante certas horas do dia, a ligação de lista pode ser usada, enquanto uma demanda baseada na estratégia é empregada nas outras horas do dia.[00120] Time-based standards allow energy distribution to be based on the time of day, or time of week. For example, a system could be programmed with a sunrise/sunset schedule and have logic to determine solar peak hours. Thus, power can be expected to be at peak from a solar panel at particular times of the day. Based on the time of day, the system can distribute energy according to one strategy or another. In another scenario, a system may have historical data that indicates peak load usage. Energy can be distributed at certain times of the day, according to intended use. Note that, as described below, peak input power and peak load can be actively determined and dynamically accounted for. Time-based norms can then act as a skeleton for other norms to be applied. For example, during certain hours of the day, list calling may be used, while a demand-based strategy is employed at other times of the day.
[00121] As normas baseadas na funcionalidade permitem ao sistema alocar energia de acordo com a funcionalidade da carga ou com a finalidade no sistema. Por exemplo, em um marca passo, o conjunto de circuitos funcional pode ser prioritário sobre o carregamento da bateria. De modo similar, o equipamento navegacional pode ter um tratamento preferencial sobre as luzes da cabine em uma aeronave. As normas baseadas em demanda podem ajustar a transferência de energia a ser comensurada para a demanda das cargas. As normas baseadas em demanda podem requerer a adição do conjunto de circuitos de detecção (não mostrado) no hardware de acoplamento de saída 640. Em algumas modalidades, o extrator de energia 630 inclui a lógica de balanceamento da carga (hardware e/ou software) para implantar as normas baseadas em demanda. Em algumas modalidades, as normas baseadas em comando também podem ser aplicadas. Ou seja, a estação central ou outra entidade de controle pode fornecer uma norma para como a energia deveria ser distribuída, o que pode cancelar quaisquer outras normas no sistema.[00121] Functionality-based standards allow the system to allocate energy according to the functionality of the load or the purpose in the system. For example, in a pacemaker, the functional circuitry may take priority over charging the battery. Similarly, navigational equipment may have preferential treatment over cabin lights on an aircraft. Demand-based standards can adjust energy transfer to be commensurate with load demand. Demand-based standards may require the addition of sensing circuitry (not shown) to output coupling hardware 640. In some embodiments, power extractor 630 includes load balancing logic (hardware and/or software). to implement demand-based standards. In some embodiments, command-based standards may also be applied. That is, the central station or other controlling entity may provide a standard for how power should be distributed, which may override any other standards in the system.
[00122] Como já sugerido, as normas de distribuição de energia podem ser aplicadas consistentemente, ou podem ser ajustadas para qualquer número de cenários (alteração de demanda, hora do dia, número/resistência das fontes de energia, etc.).[00122] As already suggested, power distribution standards can be applied consistently, or can be adjusted for any number of scenarios (change in demand, time of day, number/resistance of power sources, etc.).
[00123] O gerenciador de transferência de energia 634 pode incluir ou ter um controle de impedância 635 associado. O controle de impe- dância 635pode se referir a um hardware e software que case a impe- dância do hardware de acoplamento de entrada 620 e/ou hardware de acoplamento de saída 640 com as fontes ou cargas associadas, respectivamente. Técnicas para o casamento de impedância estão descritas acima, e não serão repetidas aqui.[00123] The power transfer manager 634 may include or have an associated impedance control 635. Impedance control 635 may refer to hardware and software that matches the impedance of the input coupling hardware 620 and/or output coupling hardware 640 to the associated sources or loads, respectively. Techniques for impedance matching are described above, and will not be repeated here.
[00124] Em algumas modalidades, extrator de energia 630 inclui a lógica de apresentação 636. Lógica de apresentação 636 pode incluir hardware e software para gerar funcionalidade da interface potencialmente do usuário e produção da condição para o extrator de energia 630 ou sistema 600. Em algumas modalidades, a lógica de apresentação 636 é acoplada ao extrator de energia 630, e não é necessariamente parte do extrator de energia 630. Nas ditas implantações, a lógica de apresentação do bloco 636 pode representar os componentes de acoplamento para conectar o extrator de energia 630 à lógica de apresentação. Lógica de apresentação 636 pode fornecer a condição operacional 662 a uma entidade externa ao extrator de energia 630. Exemplos incluem um sinal da batida do coração, ou informação mais detalhada sobre os parâmetros e operações passadas ao outro hardware. Lógica de apresentação 636 pode incluir capacidades de controle de exibição que permitem ao sistema 600 gerar representações textuais e/ou gráficas para apresentar a um usuário. Em algumas modalidades, lógica de apresentação 636 pode incluir mensagens que indicam informação sobre como operar o sistema. Por exemplo, em um sistema dependente de fontes de energia solar, a lógica de apresentação 636 pode indicar que o usuário deveria descobrir uma fonte luminosa para impedir a paralisação da máquina devido à perda de energia. O leitor versado na técnica entenderá que muitas outras aplicações similares são possíveis.[00124] In some embodiments, energy extractor 630 includes presentation logic 636. Presentation logic 636 may include hardware and software to generate potentially user interface functionality and condition production for the energy extractor 630 or system 600. In In some embodiments, presentation logic 636 is coupled to power extractor 630, and is not necessarily part of power extractor 630. In said implementations, presentation logic block 636 may represent the coupling components for connecting the power extractor. 630 to presentation logic. Presentation logic 636 may provide operational condition 662 to an entity external to energy extractor 630. Examples include a heartbeat signal, or more detailed information about parameters and operations passed to other hardware. Presentation logic 636 may include display control capabilities that allow system 600 to generate textual and/or graphical representations to present to a user. In some embodiments, presentation logic 636 may include messages that indicate information about how to operate the system. For example, in a system dependent on solar energy sources, presentation logic 636 may indicate that the user should discover a light source to prevent the machine from stopping due to loss of power. The reader skilled in the art will understand that many other similar applications are possible.
[00125] Em algumas modalidades, a informação é trocada com uma entidade que está separada do sistema 600. A dita entidade pode ser uma entidade gerenciadora ou estação central, ou alguma outra entidade. Transceptor 638 fornece ao extrator de energia 630 a habilidade de transmitir e receber informação. Transceptor 638 pode transmitir telemetria, o que indica uma condição operacional 662, tal como onde se localiza o sistema 600, qual a versão de hardware/software que está presente, que memória está disponível, qual a configuração atualmente no sistema, quanto resta da energia da bateria, etc. O transcep- tor 638 pode receber algoritmos, parâmetros de configuração, perfis de energia, firmware atualizado, ou outra informação de controle. O trans- ceptor 638 pode se comunicar através de enlaces com e sem fio, ao longo de redes ou a dispositivos únicos, e fornecer potencialmente uma comunicação segura.[00125] In some embodiments, information is exchanged with an entity that is separate from system 600. Said entity may be a managing entity or central station, or some other entity. Transceiver 638 provides power extractor 630 with the ability to transmit and receive information. Transceiver 638 can transmit telemetry, which indicates an operational condition 662, such as where the system 600 is located, what hardware/software version is present, what memory is available, what the configuration is currently on the system, how much power is left. battery, etc. The 638 transceiver may receive algorithms, configuration parameters, power profiles, updated firmware, or other control information. The 638 transceiver can communicate over wired and wireless links, over networks or to single devices, and potentially provide secure communication.
[00126] Interface 660 pretende representar uma interface padrão que pode acoplar o extrator de energia 630 com qualquer tipo de con- junto de circuitos local, mecanismos de entrada do usuário ou outra interface não explicitamente discutida no presente.[00126] Interface 660 is intended to represent a standard interface that can couple the energy extractor 630 with any type of local circuitry, user input mechanisms or other interface not explicitly discussed herein.
[00127] A figura 48 ilustra a sistema de relógio de pulso com múltiplas fontes de energia, um extrator de energia, e múltiplas cargas de acordo com algumas modalidades. O relógio 700 representa um relógio de pulso que possui duas fontes de energia, fonte solar 712 e fonte térmica 714. Fonte solar 712 pode incluir painéis solares na face ou no corpo do relógio. Quando usado, as células solares fornecerão energia proveniente da luz ambiente. A fonte térmica 714 pode estar localizada na lateral distal do relógio. Assim, quando usado, a fonte térmica estará próxima ao braço do portador e pode gerar energia a partir do calor emitido pelo portador. Nenhuma fonte é uma fonte de energia estável. Nem sempre haverá luz presente, e o portador pode tirar o relógio e assim remover a fonte de calor (presumindo que o calor da "temperatura ambiente" não é uma fonte de calor suficiente).[00127] Figure 48 illustrates a wristwatch system with multiple energy sources, an energy extractor, and multiple loads according to some embodiments. Watch 700 represents a wristwatch that has two power sources, solar source 712 and thermal source 714. Solar source 712 may include solar panels on the face or body of the watch. When used, solar cells will provide energy from ambient light. The thermal source 714 may be located on the distal side of the watch. Thus, when used, the thermal source will be close to the wearer's arm and can generate energy from the heat emitted by the wearer. No source is a stable source of energy. There will not always be light present, and the wearer may take off the watch and thus remove the heat source (assuming "room temperature" heat is not a sufficient heat source).
[00128] O extrator de energia 720 recebe energia de ambas as fontes 712 e 714, que pode ser transferida para múltiplas cargas. No relógio 700, uma carga é o mecanismo do relógio 730. A outra carga é a bateria 740. O mecanismo do relógio 730 representa os mecanismos internos que permitem ao relógio manter o tempo, calcular datas, executar funções de cronômetro, armazenar dados, gerar um visor, mover as mãos ou qualquer outra funcionalidade está disponível a partir do relógio 700. A bateria 740 é uma bateria recarregável, e, portanto, é uma carga. O extrator de energia 720 fornece energia ao mecanismo do relógio 730 a partir de uma ou de ambas as fontes de energia, quando as fontes de energia estão disponíveis. Nos momentos quando nem a fonte de energia 712 ou 714 está disponível, a bateria 740 alimenta o mecanismo do relógio 730.[00128] Energy extractor 720 receives energy from both sources 712 and 714, which can be transferred to multiple loads. In the clock 700, one load is the clock mechanism 730. The other load is the battery 740. The clock mechanism 730 represents the internal mechanisms that allow the clock to keep time, calculate dates, perform stopwatch functions, store data, generate a display, moving hands or any other functionality is available from the watch 700. The battery 740 is a rechargeable battery, and therefore is a charge. The power extractor 720 provides power to the clock mechanism 730 from one or both of the power sources when the power sources are available. At times when neither the power source 712 nor 714 is available, the battery 740 powers the clock mechanism 730.
[00129] Em algumas modalidades, o mecanismo do relógio 730 é uma carga de prioridade mais elevada que a bateria 740. Ou seja, o extrator de energia 720 primeiro fornece energia ao mecanismo do relógio 730 antes de carregar a bateria 740. Em certas condições operacionais, a fontes de energia 712-714 fornecerá mais energia que a necessária para operar o mecanismo do relógio 730, e extrator de energia 720 carregará a bateria 740. Em uma implantação onde o casa-mento de impedância é executado, o extrator de energia 720 pode selecionar casar a impedância para apenas uma única carga. Em algumas modalidades, a carga de prioridade mais elevada disponível será casada com a impedância, e outras cargas não serão casadas.[00129] In some embodiments, the clock mechanism 730 is a higher priority load than the battery 740. That is, the energy extractor 720 first supplies power to the clock mechanism 730 before charging the battery 740. In certain conditions operational, the power sources 712-714 will provide more power than is needed to operate the clock mechanism 730, and power extractor 720 will charge the battery 740. In a deployment where impedance matching is performed, the power extractor 720 can select impedance matching for just a single load. In some embodiments, the highest priority load available will be impedance matched, and other loads will not be matched.
[00130] Em algumas modalidades, o extrator de energia 720 casa a impedância para as fontes de energia 712-714. O extrator de energia 720 pode casar apenas uma única fonte. Na dita implantação, o extrator de energia 720 pode selecionar casar a impedância para a fonte com a maior entrada de energia.[00130] In some embodiments, the power extractor 720 matches the impedance to the power sources 712-714. The 720 power extractor can match only a single source. In said deployment, the power extractor 720 may select to match the impedance to the source with the highest power input.
[00131] A bateria 740 e o mecanismo do relógio 730 terão perfis energéticos associados. Ao longo de uma linha similar, ambas, fonte solar 712 e fonte térmica 714, terão capacidade de energia de entrada. Considere que a fonte solar 712 fornece 0,3W de energia em boas condições de luminosidade, e a fonte térmica 714 fornece 0,1W para um total de 0,4W. Se o mecanismo do relógio 730 requerer apenas 0,3W de energia, o extrator de energia 720 pode optar por desligar a conexão com a fonte térmica 714 quando a bateria 740 não necessitar de carregamento (por exemplo, seu nível de energia é maior que um limiar). Em níveis de luminosidade mais baixa, talvez a fonte solar 712 caia para 0,25W. Portanto, o extrator de energia 720 conectará a fonte térmica 714 para compensar a diferença. Se as fontes combinadas não atenderem as necessidades do mecanismo do relógio, o extrator de energia pode optar por fazer com que a bateria opere o mecanismo do relógio, e canalizar toda a energia de entrada para o carregamento da bateria. A flexibilidade do extrator de energia 720 fornece a habili- dade de aplicar energia a uma série de diferentes cenários.[00131] The battery 740 and the clock mechanism 730 will have associated energy profiles. Along similar lines, both solar source 712 and thermal source 714 will have input power capability. Consider that the solar source 712 provides 0.3W of power in good lighting conditions, and the thermal source 714 provides 0.1W for a total of 0.4W. If the clock mechanism 730 requires only 0.3 W of power, the energy extractor 720 may choose to disconnect the connection to the thermal source 714 when the battery 740 does not require charging (e.g., its energy level is greater than a threshold). At lower light levels, the 712 solar source may drop to 0.25W. Therefore, the energy extractor 720 will connect the thermal source 714 to compensate for the difference. If the combined sources do not meet the needs of the clockwork, the power extractor may choose to have the battery operate the clockwork, and channel all incoming power to charge the battery. The flexibility of the 720 Energy Extractor provides the ability to apply energy to a number of different scenarios.
[00132] Em continuidade à discussão das normas acima, em algumas modalidades, o relógio 700 inclui uma estratégia de distribuição de energia dinâmica. Por exemplo, é possível usar uma hierarquia dinâmica. A dita implantação poderia operar da seguinte forma: quando nem a fonte 712, nem a fonte 714 estão disponíveis, desligar o relógio da bateria 740; quando a fonte térmica está disponível, desligar o mecanismo do relógio 730 da fonte térmica 714; quando a fonte solar 712 e fonte térmica 714 estão ambas ativas, desligar o mecanismo do relógio 730 da fonte térmica, e carregar a bateria 740 com a fonte solar 712. Outros cenários poderiam ser empregados.[00132] Continuing the discussion of the standards above, in some embodiments, the clock 700 includes a dynamic power distribution strategy. For example, you can use a dynamic hierarchy. Said implementation could operate as follows: when neither the source 712 nor the source 714 are available, turn off the battery clock 740; when the thermal source is available, disconnecting the clock mechanism 730 from the thermal source 714; when the solar source 712 and thermal source 714 are both active, disconnect the clock mechanism 730 from the thermal source, and charge the battery 740 with the solar source 712. Other scenarios could be employed.
[00133] A figura 49 ilustra um sistema se roteador sem fio com múltiplas fontes de energia, um extrator de energia, e múltiplas cargas, de acordo com algumas modalidades. O sistema 800 ilustra o roteador sem fio 810 com o extrator de energia 812 acoplado a duas fontes de energia, turbina eólica 832, e painel solar 834. O extrator de energia 812 transfere seletivamente energia das fontes de energia 832-834 para o conjunto de circuitos da rota sem fio 810, como o conjunto de circuitos de roteamento 814, e para a bateria 816. O conjunto de circuitos de roteamento representa o conjunto de circuitos funcional do roteador sem fio 810. O conjunto de circuitos funcional converte energia em trabalho útil. Especificamente, o roteador sem fio 810 fornece a funcionalidade de comunicação inter-rede para os dispositivos de comunicação sem fio.[00133] Figure 49 illustrates a wireless router system with multiple power sources, an energy extractor, and multiple loads, according to some embodiments. System 800 illustrates wireless router 810 with power extractor 812 coupled to two power sources, wind turbine 832, and solar panel 834. Power extractor 812 selectively transfers power from power sources 832-834 to the array of wireless route circuitry 810, such as routing circuitry 814, and for battery 816. The routing circuitry represents the functional circuitry of the wireless router 810. The functional circuitry converts energy into useful work . Specifically, the wireless router 810 provides inter-network communication functionality for wireless communication devices.
[00134] Considere que o extrator de energia 812 inclui um perfil energético para o conjunto de circuitos de roteamento 814. Um perfil energético conforme aqui descrito pode ser um perfil dinâmico. Ou seja, o perfil energético pode depender de certas condições. Por exemplo, o roteador sem fio 810 pode ser mais frequentemente acessado nas horas do dia de pico, ou nas noites, por exemplo. Durante o meio da noite ou no meio do dia, pode haver muito menos demanda para os serviços de roteamento. Desse modo, o perfil pode especificar o uso de normas de atividades que variam com a hora do dia e/ou a atividade do dispositivo. Em uma implantação onde as prioridades da carga são estabelecidas, as prioridades podem ser comutadas sob certas circunstâncias.[00134] Consider that the energy extractor 812 includes an energy profile for the routing circuitry 814. An energy profile as described herein may be a dynamic profile. In other words, the energy profile may depend on certain conditions. For example, the wireless router 810 may be accessed more frequently during peak daytime hours, or in the evenings, for example. During the middle of the night or the middle of the day, there may be much less demand for routing services. In this way, the profile can specify the use of activity norms that vary with the time of day and/or device activity. In a deployment where load priorities are established, priorities can be switched under certain circumstances.
[00135] Por exemplo, se o roteador sem fio 810 experimentar menos tráfego durante as horas de elevada luminosidade solar, quando o uso mais eficiente do painel solar 834 poderia ocorrer, a prioridade pode ser usar o painel solar 834 para carregar a bateria 816. Em algumas modalidades, a bateria 816 inclui múltiplas tecnologias de bateria. Um perfil energético para a bateria 816 pode incluir normas que indiquem como o extrator de energia deveria transferir energia aos componentes da bateria, o que pode ser considerado cargas separadas. Por exemplo, as horas de pico do sol podem ser melhores para carregar uma bateria chumbo-ácido (por exemplo, uma bateria principal), e as horas fora do pico seriam melhores para carregar uma bateria de Ni-Cad (por exemplo, uma bateria reserva).[00135] For example, if the wireless router 810 experiences less traffic during hours of high sunlight when more efficient use of the solar panel 834 could occur, the priority may be to use the solar panel 834 to charge the battery 816. In some embodiments, battery 816 includes multiple battery technologies. An energy profile for battery 816 may include standards that indicate how the energy extractor should transfer energy to battery components, which may be considered separate loads. For example, peak sun hours might be best for charging a lead-acid battery (e.g., a main battery), and off-peak hours would be best for charging a Ni-Cad battery (e.g., a battery). reservation).
[00136] O sistema 800 ilustra o uso de várias fontes e várias cargas. Ao menos uma das cargas pode ser complexa, ou consistir em múltiplas cargas. Também é ilustrado o conceito de perfis energéticos complexos. Adicionalmente, em algumas modalidades, o roteador sem fio 810 inclui telemetria 818, que representa os dados sobre a condição operacional do roteador sem fio 810. O controlador de comunicação 820 pode ser empregado para comunicar a telemetria 818 para uma entidade remota ou separada. O controlador de comunicação 820 também pode receber dados da entidade separada. O controlador de comunicação 820 pode operar via transceptor sem fio 822 e/ou conexão com fio 824. As tecnologias de comunicação com e sem fio são comuns, e compreendidas pelos indivíduos versados na técnica. Qualquer tecnologia e meio de comunicação adequado pode ser empregado.[00136] System 800 illustrates the use of multiple sources and multiple loads. At least one of the loads may be complex, or consist of multiple loads. The concept of complex energy profiles is also illustrated. Additionally, in some embodiments, the wireless router 810 includes telemetry 818, which represents data about the operational condition of the wireless router 810. The communication controller 820 may be employed to communicate the telemetry 818 to a remote or separate entity. The communication controller 820 may also receive data from the separate entity. Communication controller 820 may operate via wireless transceiver 822 and/or wired connection 824. Wired and wireless communication technologies are common, and understood by those skilled in the art. Any suitable technology and means of communication can be employed.
[00137] A figura 50 ilustra um sistema de com múltiplas fontes de energia, um extrator de energia, e uma carga de acordo com algumas modalidades. O marca passo 910 ilustra um sistema com múltiplas fontes de energia e uma única carga. Qualquer combinação de números de fontes e cargas pode ser usada, dependendo do que fizer sentido para uma dada aplicação.[00137] Figure 50 illustrates a system with multiple energy sources, an energy extractor, and a load according to some embodiments. The 910 pacemaker illustrates a system with multiple energy sources and a single load. Any combination of numbers of sources and loads can be used, depending on what makes sense for a given application.
[00138] O marca passo 910 inclui extrator de energia 912, acoplado a duas fontes de energia, a bateria 922 e o acoplamento térmico 924. As normas de atividade podem indicar o uso do acoplamento térmico 924 o máximo possível, ou usá-lo constantemente para esgotar a bateria da carga 922 constantemente, ou algum outro cenário. O extrator de energia 912 transfere energia de uma ou mais fontes para o conjunto de circuitos operacional 914, que executa a funcionalidade do marca passo 910.[00138] The pacemaker 910 includes an energy extractor 912, coupled to two energy sources, the battery 922 and the thermal coupling 924. Activity norms may indicate the use of the thermal coupling 924 as much as possible, or use it constantly to drain the charge 922 battery constantly, or some other scenario. The energy extractor 912 transfers energy from one or more sources to the operating circuitry 914, which performs the functionality of the pacemaker 910.
[00139] O marca passo 910 inclui parâmetros operacionais 916, que representam dados indicativos do estado do marca passo, o que pode incluir informação crítica sobre como a máquina está operando, e se é eficiente, se precisa de reparo, etc. Os parâmetros operacionais 916 também podem incluir informações (por exemplo, normas de con-figuração) relacionadas à operação do extrator de energia 912. Portanto, o extrator de energia 912 pode obter dados dos parâmetros operacionais 916 para execução. Em algumas modalidades, essa informação é transmitida ou recebida via um sistema de comunicações sem fio passivo (por exemplo, tecnologia de identificador de radio frequência (RFID)).[00139] The pacemaker 910 includes operational parameters 916, which represent data indicative of the state of the pacemaker, which may include critical information about how the machine is operating, and whether it is efficient, whether it needs repair, etc. The operating parameters 916 may also include information (e.g., configuration standards) related to the operation of the energy extractor 912. Therefore, the energy extractor 912 may obtain data from the operating parameters 916 for execution. In some embodiments, this information is transmitted or received via a passive wireless communications system (e.g., radio frequency identifier (RFID) technology).
[00140] O marca passo 910 inclui circuito integrado de comunica ção RFID (comm IC) 930. O IC 930 controla a antena 932, inclusive gerando mensagens a serem enviadas via uma antena 932, e recebendo e processando sinais recebidos via antena 932. A típica opera- ção de um circuito como o mostrado com o IC da comunicação RFID 930 e antena 932 seria o que se segue. Uma onda eletromagnética (EM) é gerada próxima ao marca passo 910 (por exemplo, milímetros ou centímetros). A onda EM colide com a antena 932, o que em seguida gera uma carga e cria potencial de energia. O IC 930 armazena o potencial de energia (por exemplo, em um capacitor) e se beneficia do potencial para alimentar o IC. O IC em seguida gera uma mensagem a partir dos parâmetros operacionais 916 e transmite a mensagem. No caso de recebimento, o IC 930 recebe processa a mensagem e armazena um ou mais itens nos parâmetros operacionais 916 para uso pelo extrator de energia 912.[00140] The pacemaker 910 includes an integrated RFID communication circuit (comm IC) 930. The IC 930 controls the antenna 932, including generating messages to be sent via an antenna 932, and receiving and processing signals received via antenna 932. Typical operation of a circuit such as that shown with the RFID communication IC 930 and antenna 932 would be as follows. An electromagnetic (EM) wave is generated close to the 910 pacemaker (e.g., millimeters or centimeters). The EM wave collides with the 932 antenna, which then generates a charge and creates energy potential. The IC 930 stores the energy potential (e.g. in a capacitor) and benefits from the potential to power the IC. The IC then generates a message from operating parameters 916 and transmits the message. In the case of receipt, the receiving IC 930 processes the message and stores one or more items in operational parameters 916 for use by the energy extractor 912.
[00141] A figura 51 ilustra um sistema com múltiplas fontes de energia, um extrator de energia, e múltiplas cargas AC de acordo com algumas modalidades. O sistema 1000 representa um sistema de transferência de energia dotado de um inversor. Como entendido na técnica, um inversor é um dispositivo ou sistema eletrônico que produz corrente alternada (AC) a partir da corrente direta (DC). Em geral, a conversão de DC para AC é realizada como uma conversão da corrente DC de onda quadrada para a corrente AC senoidal. O inversor é em geral o componente crítico no sistema de energia fotovoltaica tradicional (PV) e nos outros sistemas de energia renovável, pois é responsável pelo fluxo de eletricidade entre estes sistemas de energia e diversas cargas elétricas. O inversor executa a conversão da fonte DISCO DE CÓDIGO variável em uma corrente alternada (AC) limpa senoidal de 50-60 Hz. Os inversores também executam o rastreamento do ponto de energia máxima (MPPT) ostensivamente para manter a geração de energia o mais eficiente possível. Um inversor conforme aqui des-crito também pode ter uma interface de comunicação para uma estação central para a transmissão de estatísticas e alertas.[00141] Figure 51 illustrates a system with multiple energy sources, an energy extractor, and multiple AC loads according to some embodiments. System 1000 represents a power transfer system provided with an inverter. As understood in the art, an inverter is an electronic device or system that produces alternating current (AC) from direct current (DC). In general, the DC to AC conversion is performed as a conversion from square wave DC current to sinusoidal AC current. The inverter is generally the critical component in traditional photovoltaic (PV) power systems and other renewable energy systems, as it is responsible for the flow of electricity between these power systems and various electrical loads. The inverter performs conversion of the variable CODE DISK source into a clean 50-60 Hz sinusoidal alternating current (AC). The inverters also perform maximum power point tracking (MPPT) ostensibly to keep power generation as efficient as possible. possible. An inverter as described herein may also have a communication interface to a central station for transmitting statistics and alerts.
[00142] Conforme ilustrado, o extrator de energia 1022 pode ser um componente do inversor 1020. Ou seja, o sistema do inversor pode incluir um extrator de energia como um elemento de transferência de energia. O sistema 1000 inclui uma ou mais fontes DC 1012-1014, que podem ser dinamicamente acopladas e desacopladas ao extrator de energia 1022 para fornecer corrente DC. A operação do extrator de energia 1022 pode ser idêntica às modalidades já descritas aqui. A diferença no sistema 1000 em relação ao já previamente descrito é que o consumidor da produção do extrator de energia 1022 é conjunto de circuitos de inversão 1024. Uma ou múltiplas cargas AC 1042-1044 podem ser seletiva, dinamicamente acopladas e desacopladas do in- versor 1020 para receber energia do conjunto de circuitos de inversão 1024.[00142] As illustrated, the energy extractor 1022 may be a component of the inverter 1020. That is, the inverter system may include an energy extractor as an energy transfer element. System 1000 includes one or more DC sources 1012-1014, which can be dynamically coupled and uncoupled to power extractor 1022 to provide DC current. The operation of the energy extractor 1022 may be identical to the embodiments already described here. The difference in the system 1000 in relation to the one previously described is that the consumer of the production of the energy extractor 1022 is a set of inversion circuits 1024. One or multiple AC loads 1042-1044 can be selectively, dynamically coupled and uncoupled from the inverter. 1020 to receive power from the inverting circuitry 1024.
[00143] O conjunto de circuitos de inversão1024 em geral converte a energia de saída transferida eficientemente do extrator de energia 1022 e converte e filtra a energia de modo eficiente. O resultado é um inversor de eficiência muito mais elevada que os sistemas implantados com tecnologias tradicionais. As discussões acima com relação à estratégia de distribuição de energia, distribuição de energia para uma ou mais cargas, etc., se aplica igualmente ao sistema 1000 assim como para as modalidades mencionadas acima. A diferença é que as cargas consomem energia AC em lugar de energia DC. Questões similares de monitoramento da energia de saída serão aplicadas no conjunto de circuitos de inversão1024 assim como realizado no extrator de energia 1022. Os mecanismos para monitoramento da produção de energia podem ser diferentes no conjunto de circuitos de inversão1024 do que os do extrator de energia 1022.[00143] The inversion circuitry 1024 generally converts the output energy transferred efficiently from the energy extractor 1022 and converts and filters the energy efficiently. The result is an inverter with much higher efficiency than systems implemented with traditional technologies. The above discussions regarding power distribution strategy, power distribution to one or more loads, etc., apply equally to system 1000 as well as to the above-mentioned embodiments. The difference is that the loads consume AC power instead of DC power. Similar issues of monitoring output power will be applied in the inversion circuitry 1024 as performed in the power extractor 1022. The mechanisms for monitoring power output may be different in the inversion circuitry 1024 than those in the power extractor 1022 .
[00144] O conjunto de circuitos de inversão1024 é um conversor de energia de modo de corrente não linear operado algoritmicamente. O inversor 1020, via conjunto de circuitos de inversão 1024, usa uma estrutura geométrica ou topologia para executar sua comutação de cor- rente a partir da produção fornecida pelo extrator de energia 1022. A tecnologia de topologia de comutação de corrente converte a energia DC em energia AC sob o microcontrole do processador. O microprocessador pode ser um microprocessador separado daquele que pode ser empregado no extrator de energia 1022. As exigências de carga das cargas AC 1042-1044 para tensão, frequência, e/ou fase podem ser detectadas sob o controle de software e, desta forma, implantadas para uma tensão, frequência, e/ou fase desejadas. Como alternativa, ou adicionalmente (por exemplo, como um cancelamento), as exigências de carga para tensão, frequência, e/ou fase podem ser controladas por configuração.[00144] Inversion circuitry 1024 is an algorithmically operated nonlinear current mode power converter. The inverter 1020, via the inversion circuitry 1024, uses a geometric structure or topology to perform its current switching from the output provided by the power extractor 1022. The current switching topology technology converts DC power into AC power under the processor microcontrol. The microprocessor may be a separate microprocessor from that which may be employed in the power extractor 1022. The load requirements of the AC loads 1042-1044 for voltage, frequency, and/or phase may be detected under software control and thereby deployed for a desired voltage, frequency, and/or phase. Alternatively, or additionally (e.g., as a cancellation), the load requirements for voltage, frequency, and/or phase can be controlled by configuration.
[00145] O monitor da carga 1026 representa um ou mais componentes, seja hardware, software, ou uma combinação (por exemplo, hardware com instalação de controle de firmware), que monitora a produção do conjunto de circuitos de inversão1024 para tensão (V), frequência (FREQ), e/ou fase. Com base no que for detectado e/ou com base nas normas ou na entrada externa, o monitor da carga 1026 pode fornecer configuração para o conjunto de circuitos de inversão 1024. Note que mesmo quando o monitor da carga 1026 é implantado em hardware, sua entrada no conjunto de circuitos de inversão1024 pode ser considerada "controle de software" se inserida em um microprocessador do conjunto de circuitos de inversão1024. O monitor da carga 1026 também pode incluir uma conexão de comunicação (não mostrada) a, por exemplo, uma estação central que envia os parâmetros de configuração que são transmitidos ao conjunto de circuitos de inversão1024.[00145] Load monitor 1026 represents one or more components, whether hardware, software, or a combination (e.g., hardware with firmware control facility), that monitors the output of the inversion circuitry 1024 for voltage (V). , frequency (FREQ), and/or phase. Based on what is detected and/or based on standards or external input, the load monitor 1026 may provide configuration for the inverting circuitry 1024. Note that even when the load monitor 1026 is implemented in hardware, its input to the inversion circuitry1024 may be considered "software control" if input to a microprocessor of the inversion circuitry1024. The load monitor 1026 may also include a communications connection (not shown) to, for example, a central station that sends configuration parameters that are transmitted to the inversion circuitry 1024.
[00146] Em adição, ou como alternativa, ao monitor da carga 1026, o inversor 1020 pode incluir mais mecanismos de configuração "manual". Esses mecanismos de configuração podem incluir comutadores (por exemplo, a configuração "DIP" (pacote duplo em linha) comutado- res. Outros comutadores ou mecanismos comparáveis também poderiam ser usados. Os comutadores DIP tipicamente possuem uma fileira de corrediças ou balancins (ou mesmo mecanismos giratórios do tipo parafuso) que podem ser ajustados para uma ou outra posição. Cada posição do comutador pode configurar um item diferente, ou o compósito de todas as posições do comutador são fornecidas como uma entrada de "número" binário para um microprocessador. A seleção da frequência 1032 representa um mecanismo de configuração para ajustar a frequência de saída do inversor 1020. A escolha da tensão 1034 pode ser usada para selecionar a tensão de saída do inversor 1020. A escolha de fase 1036 pode ser usada para selecionar a fase de entrada do inversor 1020. O uso da escolha da frequência 1032, da escolha da tensão 1034, e da escolha da fase 1036 pode permitir que o inver- sor 1020 opere corretamente, mesmo nos casos em que a informação sobre a tensão, frequência, ou fase é fornecida incorretamente a partir de uma grade em que o inversor 1020 opera.[00146] In addition to, or as an alternative to, load monitor 1026, inverter 1020 may include more "manual" configuration mechanisms. Such configuration mechanisms may include switches (for example, "DIP" configuration (double in-line package) switches. Other switches or comparable mechanisms could also be used. DIP switches typically have a row of slides or rockers (or even screw-type rotary mechanisms) that can be adjusted to one position or another. Each switch position can set a different item, or the composite of all switch positions are provided as a binary "number" input to a microprocessor. frequency selection 1032 represents a setting mechanism for adjusting the output frequency of the inverter 1020. The voltage selection 1034 can be used to select the output voltage of the inverter 1020. The phase selection 1036 can be used to select the phase of input of inverter 1020. Use of frequency selection 1032, voltage selection 1034, and phase selection 1036 may allow inverter 1020 to operate correctly, even in cases where information about voltage, frequency, or phase is incorrectly supplied from a grid on which the 1020 inverter operates.
[00147] Em uma modalidade, conforme aqui descrito é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um extrator de energia para transferir energia entre o primeiro e o segundo nós, em que, quando o extrator de energia opera no primeiro modo, o extrator de energia é operado para que a magnitude da energia transferida seja ao menos parcialmente dependente de uma alteração de energia detectada continuamente, e em que a tensão e a corrente no primeiro e segundo nós não são reguladas. A variação de energia detectada pode incluir um desnível de energia instantâneo. A magnitude da energia transferida também pode ser dependente da variação de tensão simultaneamente à variação de energia continuamente detectada.[00147] In one embodiment, as described here is an apparatus comprising: a first node and a second node; and an energy extractor for transferring energy between the first and second nodes, wherein, when the energy extractor operates in the first mode, the energy extractor is operated so that the magnitude of the energy transferred is at least partially dependent on a change of continuously detected energy, and in which the voltage and current at the first and second nodes are not regulated. The detected energy variation may include an instantaneous energy difference. The magnitude of the energy transferred can also be dependent on the voltage variation simultaneously with the continuously detected energy variation.
[00148] Em uma modalidade, o aparelho inclui ainda uma fonte de energia acoplada ao primeiro nó e em que o extrator de energia transfere energia em uma magnitude que faz com que a fonte de energia se aproxime do fornecimento máximo de energia disponível, dadas as condições além do controle do extrator de energia, e a magnitude da energia transferida é parcialmente dependente da energia máxima disponível. Em uma modalidade, o extrator de energia deve transferir o máximo da energia fornecida pela fonte de energia, dadas as inefici-ências do extrator de energia. Em uma modalidade, o extrator de energia pode não obter de modo típico e efetivo uma energia máxima absoluta da fonte de energia, dadas as condições além do controle do extrator de energia, e pode não obter a transferência máxima absoluta da energia fornecida pela fonte de energia em função das ineficiências do extrator de energia.[00148] In one embodiment, the apparatus further includes an energy source coupled to the first node and in which the energy extractor transfers energy in a magnitude that causes the energy source to approach the maximum available energy supply, given the conditions beyond the control of the energy extractor, and the magnitude of energy transferred is partially dependent on the maximum energy available. In one embodiment, the energy extractor must transfer the maximum energy provided by the energy source, given the inefficiencies of the energy extractor. In one embodiment, the energy extractor may not typically and effectively obtain an absolute maximum energy from the energy source, given conditions beyond the control of the energy extractor, and may not obtain the absolute maximum transfer of the energy provided by the energy source. energy due to the inefficiencies of the energy extractor.
[00149] Em uma modalidade, a variação de energia é uma variação da energia dentre uma das seguintes: no primeiro nó, no segundo nó, ou interna ao extrator de energia. Em alguns momentos o extrator de energia pode operar em um segundo modo, que é um modo de proteção em que a transferência de energia é regulada em resposta a pelo menos uma das condições limitantes.[00149] In one embodiment, the energy variation is a variation in energy among one of the following: in the first node, in the second node, or internal to the energy extractor. At times the energy extractor may operate in a second mode, which is a protective mode in which energy transfer is regulated in response to at least one of the limiting conditions.
[00150] Em uma modalidade, sob certas condições, a regulagem envolve impedir a transferência de toda a energia e sob outras condições, a regulagem envolve reduzir a transferência de energia abaixo de uma quantidade disponível de outra forma. Em uma modalidade, ao menos uma condição limitante detectada inclui um ou mais das se-guintes: tensão, energia, ou corrente excessivas no primeiro nó, extrator de energia, ou segundo nó; baixíssima tensão, energia, ou corrente no primeiro nó, extrator de energia, ou segundo nó; e uma condição limitante do dispositivo. Em uma modalidade, o aparelho inclui ainda um sensor de temperatura para detectar a temperatura de uma carga acoplada ao segundo nó, em que uma temperatura excessiva detectada é um exemplo de uma condição limitante do dispositivo.[00150] In one embodiment, under certain conditions, regulation involves preventing the transfer of all energy and under other conditions, regulation involves reducing energy transfer below an otherwise available amount. In one embodiment, at least one detected limiting condition includes one or more of the following: excessive voltage, energy, or current at the first node, energy extractor, or second node; very low voltage, energy, or current at the first node, energy extractor, or second node; and a device limiting condition. In one embodiment, the apparatus further includes a temperature sensor for detecting the temperature of a load coupled to the second node, wherein a detected excessive temperature is an example of a limiting condition of the device.
[00151] Em uma modalidade, quando o extrator de energia opera no primeiro modo, a magnitude de energia transferida é parcialmente dependente de um valor de um sinal de oscilação. Em uma modalidade, o extrator de energia casa adaptativamente as impedâncias entre a fonte de energia e a combinação do extrator de energia e a carga.[00151] In one embodiment, when the energy extractor operates in the first mode, the magnitude of energy transferred is partially dependent on a value of an oscillation signal. In one embodiment, the power extractor adaptively matches the impedances between the power source and the combination of the power extractor and the load.
[00152] Em uma modalidade, o extrator de energia inclui um primeiro circuito de transferência de energia conectado ao primeiro nó para transferir energia continuamente, um segundo circuito de transferência de energia conectado ao segundo nó para transferir energia continuamente, e um circuito de transferência de energia intermediário conectado entre o primeiro e o segundo circuitos de transferência de energia para transferir energia descontinuamente entre o primeiro e o segundo circuitos de transferência de energia. Em uma modalidade, o primeiro e o segundo circuitos de transferência de energia podem ser circuitos de transferência de energia de bissetor multifase para promover a transferência de energia de bissetor multifase e para promover a interface com o circuito de transferência de energia intermediário descontínuo. Em uma modalidade, o extrator de energia inclui conjunto de circuitos para modular as tensões em um terceiro nó entre o primeiro circuito de transferência de energia e o intermediário, e em um nó entre o segundo circuito de transferência de energia e o intermediário. Em uma modalidade, a frequência de operação do conjunto de circuitos pode ser ajustada dinamicamente para maximizar a eficiência da transferência de energia entre o primeiro e segundo nós. Em uma modalidade, o primeiro e o segundo circuitos de transferência de energia individualmente incluem um indutor, e o circuito de transferência de energia intermediário pode incluir capacitores. Em uma modalidade, o primeiro, segundo, e o circuito de transferência de energia intermediário individualmente incluem ao menos um capacitor.[00152] In one embodiment, the energy extractor includes a first energy transfer circuit connected to the first node to continuously transfer energy, a second energy transfer circuit connected to the second node to continuously transfer energy, and a power transfer circuit energy intermediate connected between the first and second energy transfer circuits to discontinuously transfer energy between the first and second energy transfer circuits. In one embodiment, the first and second power transfer circuits may be multiphase bisector power transfer circuits to promote multiphase bisector power transfer and to promote interfacing with the intermediate discontinuous power transfer circuit. In one embodiment, the power extractor includes circuitry for modulating voltages at a third node between the first power transfer circuit and the intermediate, and at a node between the second power transfer circuit and the intermediate. In one embodiment, the operating frequency of the circuitry may be dynamically adjusted to maximize the efficiency of power transfer between the first and second nodes. In one embodiment, the first and second power transfer circuits individually include an inductor, and the intermediate power transfer circuit may include capacitors. In one embodiment, the first, second, and intermediate power transfer circuit individually include at least one capacitor.
[00153] Em uma modalidade, o extrator de energia inclui um conjunto de circuitos com um ciclo de trabalho que é ao menos parcial- mente dependente da variação de energia detectada e a magnitude da energia transferida é ao menos parcialmente dependente do ciclo de trabalho.[00153] In one embodiment, the energy extractor includes a set of circuits with a duty cycle that is at least partially dependent on the detected energy variation and the magnitude of the energy transferred is at least partially dependent on the duty cycle.
[00154] Em uma modalidade, o extrator de energia inclui: um conjunto de circuitos de transferência de energia para transferir energia entre o primeiro e segundo nós; conjunto de circuitos de análise para promover um sinal de controle de comutação; e conjunto de circuitos para controlar a magnitude da energia transferida em resposta ao sinal de controle de comutação. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de análise inclui um conjunto de circuitos de detecção de variação de energia para determinar continuamente a variação de energia e fornecer um sinal indicativo da variação de energia indicativa da variação de energia, e o sinal de controle de comutação é o mesmo que o sinal indicativo da variação de energia.[00154] In one embodiment, the energy extractor includes: a set of energy transfer circuits for transferring energy between the first and second nodes; set of analysis circuits to promote a switching control signal; and assembly of circuitry for controlling the magnitude of energy transferred in response to the switching control signal. In one embodiment, the analysis circuitry includes a set of power variation detection circuits for continuously determining the power variation and providing a signal indicative of the power variation indicative of the power variation, and the switching control signal is the same as the sign indicating the energy variation.
[00155] Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de análise inclui ainda: conjunto de circuitos de detecção de variação de energia para determinar a variação de energia e fornecer um sinal indicativo da variação de energia indicativa da variação de energia; conjunto de circuitos de processamento para criar um sinal de oscilação em ao menos um modo de operação; conjunto de circuitos de escalonamento para escalonar o sinal de oscilação; e conjunto de circuitos de combinação para combinar o sinal de oscilação escalonado com o sinal indicativo da variação de energia para gerar um sinal de controle de comutação em ao menos um modo de operação.[00155] In one embodiment, the set of analysis circuits further includes: set of energy variation detection circuits for determining the energy variation and providing a signal indicative of the energy variation indicative of the energy variation; set of processing circuits for creating an oscillation signal in at least one mode of operation; set of scaling circuits for scaling the oscillation signal; and combination circuitry for combining the scaled oscillation signal with the signal indicating the power variation to generate a switching control signal in at least one mode of operation.
[00156] Em uma modalidade, o extrator de energia é um conversor de comutação. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui uma fonte de energia acoplada ao primeiro nó, em que a fonte de energia inclui ao menos um dos seguintes tipos de fontes de energia: fotovoltaica, energia eólica, um gerador de energia de hidrogênio, uma bateria, piezoelétrica, hidroelétrica, par térmico, deformação mecânica, e outras fontes de energia estáveis, e instáveis[00156] In one embodiment, the energy extractor is a switching converter. In one embodiment, the apparatus further includes a power source coupled to the first node, wherein the power source includes at least one of the following types of power sources: photovoltaic, wind power, a hydrogen power generator, a battery, piezoelectric, hydroelectric, thermal couple, mechanical deformation, and other stable and unstable energy sources
[00157] Em uma modalidade, conforme aqui descrito é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um extrator de energia para transferir energia entre o primeiro e segundo nós, em que o extrator de energia serve para transferir energia entre o primeiro e segundo nós, porém não regula a tensão de entrada ou a corrente de entrada no primeiro nó e não regula a tensão de saída ou corrente de saída no segundo nó, em que o extrator de energia inclui conjunto de circuitos de proteção para regular a transferência de energia entre o primeiro e segundo nó em resposta a uma indicação da condição limi- tante.[00157] In one embodiment, as described here is an apparatus comprising: a first node and a second node; and a power extractor for transferring energy between the first and second nodes, wherein the energy extractor serves to transfer energy between the first and second nodes, but does not regulate the input voltage or input current at the first node and does not regulate the output voltage or output current at the second node, wherein the energy extractor includes a set of protection circuits to regulate the transfer of energy between the first and second node in response to an indication of the limiting condition.
[00158] Em uma modalidade, o extrator de energia inclui conjunto de circuitos de detecção de variação de energia para variações de energia e uma magnitude da energia transferida pode ser ao menos parcialmente dependente das variações de energia detectadas. Em uma modalidade, a magnitude da energia transferida também pode ser dependente das variações de tensão simultaneamente às continuamente detectadas variações de energia. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui uma fonte de energia acoplada ao primeiro nó, onde o extrator de energia é para transferir energia em uma magnitude que faz com que a fonte de energia se aproxime do fornecimento de uma energia máxima disponível, dadas as condições além do controle do extrator de energia, e a magnitude da energia transferida é parcialmente dependente da energia máxima disponível. Em uma modalidade, o extrator de energia opera para transferir um máximo da energia fornecida pela fonte de energia, dadas as ineficiências do extrator de energia, onde o extrator de tipicamente não obtém uma energia máxima da fonte de energia, dadas as condições além do controle do extrator de energia, e tipicamente não obtém a transferência absoluta máxima de energia fornecida pela fonte de energia, dadas as ineficiências do extrator de energia. Em uma modalidade, o extrator de energia opera em diferentes modos, onde em um primeiro modo que o extrator de energia se destina a transferir a energia máxima disponível, porém não regula a tensão de entrada ou a corrente de entrada no primeiro nó e não regula a tensão de saída ou corrente de saída no segundo nó, e em um segundo modo que é um modo de proteção em que a transferência de energia é regulada em resposta a ao menos uma condição limitante detectada e um ou mais dentre a tensão de entrada, corrente de entrada, tensão de saída, ou corrente de saída pode ser regulada.[00158] In one embodiment, the energy extractor includes a set of energy variation detection circuits for energy variations and a magnitude of the transferred energy may be at least partially dependent on the detected energy variations. In one embodiment, the magnitude of the energy transferred may also be dependent on voltage variations simultaneously with continuously detected energy variations. In one embodiment, the apparatus further includes a power source coupled to the first node, where the power extractor is to transfer power in a magnitude that causes the power source to approximate providing a maximum available power, given the conditions. beyond the control of the energy extractor, and the magnitude of energy transferred is partially dependent on the maximum energy available. In one embodiment, the energy extractor operates to transfer a maximum of the energy supplied by the energy source, given inefficiencies of the energy extractor, where the extractor typically does not obtain a maximum energy from the energy source, given conditions beyond control. of the energy extractor, and typically does not obtain the maximum absolute energy transfer provided by the energy source, given the inefficiencies of the energy extractor. In one embodiment, the energy extractor operates in different modes, where in a first mode the energy extractor is intended to transfer the maximum available energy, but does not regulate the input voltage or input current at the first node and does not regulate the output voltage or output current at the second node, and in a second mode which is a protection mode in which power transfer is regulated in response to at least one detected limiting condition and one or more of the input voltage, Input current, output voltage, or output current can be regulated.
[00159] Em uma modalidade, conforme aqui descrito é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um conversor de comutação para transferir energia entre o primeiro e segundo nós, em que o conversor de comutação é sensível às variações de energia na medida em que é transferido entre o primeiro e segundo nós, e o conversor de comutação continuamente opera para buscar uma energia máxima através de detecção dos desníveis de energia e da variação da energia transferida de modo que o desnível de energia se aproxima de zero.[00159] In one embodiment, as described here is an apparatus comprising: a first node and a second node; and a switching converter for transferring power between the first and second nodes, wherein the switching converter is sensitive to variations in power as it is transferred between the first and second nodes, and the switching converter continually operates to seek a maximum energy by detecting energy gaps and varying the energy transferred so that the energy gap approaches zero.
[00160] Em uma modalidade, a magnitude da energia transferida é ao menos parcialmente dependente dos desníveis de energia detectados e das variações de tensão simultaneamente aos desníveis de energia detectados. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui uma fonte de energia acoplada ao primeiro nó, onde o conversor de comu-tação é um extrator de energia para transferir energia em uma magnitude que faz com que a fonte de energia se aproxime de fornecer uma energia máxima disponível, dadas as condições além do controle do conversor de comutação, e a magnitude da energia transferida é parcialmente dependente da energia máxima disponível. Em uma modali-dade, o conversor de comutação opera em diferentes modos, e onde em um primeiro modo, que o conversor de comutação se destina a aproximar a transferência da energia máxima disponível, porém não regula a tensão de entrada ou a corrente de entrada no primeiro nó e não regula a tensão de saída ou corrente de saída no segundo nó, e em um segundo modo, que é um modo de proteção em que a transferência de energia é regulada em resposta a ao menos uma condição limitante detectada e um ou mais dentre a tensão de entrada, corrente de entrada, tensão de saída, ou corrente de saída pode ser regulada.[00160] In one embodiment, the magnitude of the energy transferred is at least partially dependent on the detected energy differences and voltage variations simultaneously with the detected energy differences. In one embodiment, the apparatus further includes a power source coupled to the first node, where the switching converter is a power extractor to transfer power in a magnitude that brings the power source closer to providing a maximum power. available given conditions beyond the control of the switching converter, and the magnitude of energy transferred is partially dependent on the maximum energy available. In one embodiment, the switching converter operates in different modes, and where in a first mode, the switching converter is intended to approximate maximum available power transfer, but does not regulate the input voltage or input current. at the first node and does not regulate the output voltage or output current at the second node, and in a second mode, which is a protection mode in which power transfer is regulated in response to at least one detected limiting condition and one or more Most of the input voltage, input current, output voltage, or output current can be regulated.
[00161] Em uma modalidade, como aqui descrito é um sistema que compreende: uma fonte de energia acoplada a um primeiro nó; uma carga acoplada a um segundo nó; um extrator de energia para transferir energia entre o primeiro e segundo nós, em que, quando o extrator de energia opera em um primeiro modo, o extrator de energia é operado de modo que a magnitude da energia transferida é ao menos parcialmente dependente das variações de energia continuamente detectadas, e em que a tensão e a corrente no primeiro e segundo nós são desreguladas.[00161] In one embodiment, as described here is a system comprising: a power source coupled to a first node; a load coupled to a second node; an energy extractor for transferring energy between the first and second nodes, wherein, when the energy extractor operates in a first mode, the energy extractor is operated such that the magnitude of the energy transferred is at least partially dependent on variations in energy continuously detected, and in which the voltage and current at the first and second nodes are unregulated.
[00162] Em uma modalidade, o extrator de energia pode incluir um processador para detectar as variações e para realizar a análise estatística dos dados reunidos. Em uma modalidade, a fonte de energia inclui subfontes de energia e a carga inclui subcargas. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui fontes de energia e extratores de energia adicionais, e pode ainda incluir uma estação central para receber informação dos extratores de energia.[00162] In one embodiment, the energy extractor may include a processor to detect variations and to perform statistical analysis of the gathered data. In one embodiment, the power source includes subpower sources and the load includes subloads. In one embodiment, the system further includes additional energy sources and energy extractors, and may further include a central station for receiving information from the energy extractors.
[00163] Em uma modalidade, como aqui descrito é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um extrator de energia que inclui: conjunto de circuitos; a malha de controle para controlar a comutação do conjunto de circuitos; e conjunto de circuitos de transferência de energia para transferir energia entre o primeiro e segundo nós sob controle do conjunto de circuitos, e em que, quando o extrator de energia opera em um primeiro modo, a malha de controle controla o conjunto de circuitos para fazer com que o conjunto de circuitos de transferência de energia transfira energia em uma magnitude para fazer com que a fonte de energia se aproxime para fornecer uma energia máxima disponível, dadas as condições além do controle do extrator de energia.[00163] In one embodiment, as described here is an apparatus comprising: a first node and a second node; and an energy extractor that includes: set of circuits; the control loop to control the switching of the circuit set; and set of energy transfer circuits for transferring energy between the first and second nodes under control of the set of circuits, and wherein, when the energy extractor operates in a first mode, the control loop controls the set of circuits to make cause the energy transfer circuitry to transfer energy of a magnitude to bring the energy source closer to providing a maximum available energy, given conditions beyond the control of the energy extractor.
[00164] Em uma modalidade, a malha de controle inclui o conjunto de circuitos de análise de variação de energia para detectar variações de energia e fornecer sinais de controle de comutação em resposta às mesmas, e no primeiro modo, a malha de controle controla o conjunto de circuitos em resposta ao sinal de controle de comutação. Em uma modalidade, a malha de controle ainda inclui o conjunto de circuitos comparativo para comparar o sinal de controle de comutação com a tensão de referência e para fornecer um sinal de comutação para controlar um ciclo de trabalho de comutação em resposta ao mesmo. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de análise de variação de energia inclui o conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia para detectar um desnível de energia das variações de energia. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia ainda detecta um desnível de energia instantâneo. Em uma modalidade, a malha de controle inclui o conjunto de circuitos para detectar variações de tensão correspondentes às variações de energia e a malha de controle considera ambas, as variações de energia e as variações de tensão na determinação do sinal de controle de comutação. Em uma modalidade, as variações de energia podem ser uma das seguintes variações de energia: o primeiro nó, o segundo nó, ou interna ao extrator de energia.[00164] In one embodiment, the control loop includes the set of power variation analysis circuits to detect power variations and provide switching control signals in response thereto, and in the first mode, the control loop controls the set of circuits in response to the switching control signal. In one embodiment, the control loop further includes comparative circuitry for comparing the switching control signal to the reference voltage and for providing a switching signal for controlling a switching duty cycle in response thereto. In one embodiment, the power variance analysis circuitry includes the power gap detection circuitry for detecting a power gap from the power variances. In one embodiment, the power gap detection circuitry further detects an instantaneous power gap. In one embodiment, the control loop includes circuitry for detecting voltage variations corresponding to power variations, and the control loop considers both power variations and voltage variations in determining the switching control signal. In one embodiment, the energy variations may be one of the following energy variations: the first node, the second node, or internal to the energy extractor.
[00165] Em uma modalidade, a malha de controle controla a frequência do conjunto de circuitos e a frequência influencia a eficiência do conjunto de circuitos de transferência de energia. Em uma modalidade, o extrator de energia é um conversor de comutação e a malha de controle controla um ciclo de trabalho do conjunto de circuitos. Em uma modalidade, a fonte de energia é parte do aparelho, e em outra, a fonte de energia está fora do aparelho. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui um primeiro conector e um primeiro nó entre o primeiro nó e o extrator de energia, e um segundo conector e um segundo nó adicional entre o segundo nó e a carga acoplada ao segundo nó. Na modalidade, o extrator de energia se destina a transferir um máximo da energia fornecida pela fonte de energia, dadas as ineficiências do extrator de energia.[00165] In one embodiment, the control loop controls the frequency of the circuitry and the frequency influences the efficiency of the power transfer circuitry. In one embodiment, the power extractor is a switching converter and the control loop controls a duty cycle of the circuitry. In one embodiment, the power source is part of the apparatus, and in another, the power source is outside the apparatus. In one embodiment, the apparatus further includes a first connector and a first node between the first node and the energy extractor, and a second connector and an additional second node between the second node and the load coupled to the second node. In the embodiment, the energy extractor is intended to transfer a maximum of the energy provided by the energy source, given the inefficiencies of the energy extractor.
[00166] Em uma modalidade, algumas vezes o extrator de energia opera em um segundo modo, que é um modo de proteção em que a transferência de energia é regulada em resposta a ao menos uma condição limitante detectada. Em uma modalidade, sob certas condições, a regulagem envolve impedir a transferência de toda a energia e sob outras condições, a regulagem envolve reduzir a transferência de energia abaixa de outra quantidade disponível. Em uma modalidade, a malha de controle pode incluir um processador que gera um sinal de oscilação, e quando o extrator de energia opera no segundo modo, a magnitude da energia transferida é ao menos parcialmente dependente de um valor do sinal de oscilação. Em uma modalidade, a malha de controle inclui um processador que gera um sinal de oscilação, e quando o extrator de energia opera no primeiro modo, a magnitude da energia transferida é parcialmente dependente de um valor do sinal de oscilação.[00166] In one embodiment, the energy extractor sometimes operates in a second mode, which is a protective mode in which energy transfer is regulated in response to at least one detected limiting condition. In one embodiment, under certain conditions, regulation involves preventing the transfer of all energy and under other conditions, regulation involves reducing the transfer of energy below another available amount. In one embodiment, the control loop may include a processor that generates an oscillation signal, and when the energy extractor operates in the second mode, the magnitude of the energy transferred is at least partially dependent on a value of the oscillation signal. In one embodiment, the control loop includes a processor that generates an oscillation signal, and when the energy extractor operates in the first mode, the magnitude of the energy transferred is partially dependent on a value of the oscillation signal.
[00167] Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de transferência de energia inclui um primeiro circuito de transferência de energia conectado ao primeiro nó para transferir energia continuamente, um segundo circuito de transferência de energia conectado ao segundo nó para transferir energia continuamente, e um circuito de transferência de energia intermediário conectado entre o primeiro e o segundo cir- cuito de transferência de energia para transferir energia descontinua- mente entre o primeiro e o segundo circuitos de transferência de energia. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos se destina a modular tensões em um terceiro nó entre o primeiro circuito de transferência de energia e o intermediário, e em um quarto nó entre o circuito de transferência de energia intermediário e o segundo.[00167] In one embodiment, the power transfer circuitry includes a first power transfer circuit connected to the first node to continuously transfer power, a second power transfer circuit connected to the second node to continuously transfer power, and a intermediate energy transfer circuit connected between the first and second energy transfer circuits to transfer energy discontinuously between the first and second energy transfer circuits. In one embodiment, the circuitry is intended to modulate voltages at a third node between the first and intermediate power transfer circuit, and at a fourth node between the intermediate and second power transfer circuit.
[00168] Em uma modalidade, durante o primeiro modo de operação, a magnitude da transferência de energia é tipicamente de modo que a fonte de energia fornece próximo à energia máxima disponível. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos, a malha de controle, e o conjunto de circuitos de transferência de energia são sustentados por uma placa de circuito impresso que é confinada em um alojamento.[00168] In one embodiment, during the first mode of operation, the magnitude of the energy transfer is typically such that the energy source provides close to the maximum energy available. In one embodiment, the circuitry, the control loop, and the power transfer circuitry are supported by a printed circuit board that is confined in a housing.
[00169] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um extrator de energia que inclui: conjunto de circuitos; a malha de controle para controlar a comutação do conjunto de circuitos; e conjunto de circuitos de transferência de energia para transferir energia entre o primeiro e segundo nós sob controle do conjunto de circuitos, e em que, quando o extrator de energia opera em um primeiro modo, a malha de controle controla o conjunto de circuitos para buscar fazer com que o conjunto de circuitos de transferência de energia transfira energia em uma magnitude que faz com que a fonte de energia forneça a energia máxima disponível, dadas as condições além do controle do extrator de energia.[00169] In one embodiment, as described here, it is an apparatus comprising: a first node and a second node; and an energy extractor that includes: set of circuits; the control loop to control the switching of the circuit set; and set of energy transfer circuits for transferring energy between the first and second nodes under control of the set of circuits, and wherein, when the energy extractor operates in a first mode, the control loop controls the set of circuits to seek cause the power transfer circuitry to transfer power in a magnitude that causes the power source to deliver the maximum power available, given conditions beyond the control of the power extractor.
[00170] Em uma modalidade, a malha de controle inclui conjunto de circuitos de análise de variação de energia para detectar as variações de energia e fornece um sinal de controle de comutação em resposta às mesmas, e em que no primeiro modo, a malha de controle controla o conjunto de circuitos em resposta ao sinal de controle de comutação. Em uma modalidade, a malha de controle ainda inclui um conjunto de circuitos comparativo para comparar o sinal de controle de comutação com a tensão de referência e para fornecer um sinal de comutação para controlar um ciclo de trabalho de comutação em resposta ao mesmo. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de análise de variação de energia inclui o conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia para detectar um desnível de energia das variações de energia. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de detecção do desnível de energia se destina a detectar um desnível de energia instantâneo. Em uma modalidade, a malha de controle inclui o conjunto de circuitos para detectar variações de tensão correspondentes às variações de energia, e a malha de controle considera ambas, as variações de energia e as variações de tensão, na determinação do sinal de controle de comutação.[00170] In one embodiment, the control loop includes a set of power variation analysis circuits to detect power variations and provides a switching control signal in response thereto, and wherein in the first mode, the control loop control controls the circuitry in response to the switching control signal. In one embodiment, the control loop further includes a comparative circuitry for comparing the switching control signal with the reference voltage and for providing a switching signal for controlling a switching duty cycle in response thereto. In one embodiment, the power variance analysis circuitry includes the power gap detection circuitry for detecting a power gap from the power variances. In one embodiment, the power gap detection circuitry is intended to detect an instantaneous power gap. In one embodiment, the control loop includes circuitry for detecting voltage variations corresponding to power variations, and the control loop considers both power variations and voltage variations in determining the switching control signal. .
[00171] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um sistema que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; o conjunto de circuitos de transferência de energia para transferir energia entre o primeiro e segundo nós; conjunto de circuitos para controlar a transferência de energia entre o primeiro e segundo nós, e a malha de controle que in-clui o conjunto de circuitos para detectar variações de energia e para controlar um ciclo de trabalho do conjunto de circuitos em resposta às variações de energia detectadas, para, deste modo, controlar o conjunto de circuitos de transferência de energia.[00171] In one embodiment, as described here, it is a system comprising: a first node and a second node; the set of power transfer circuits for transferring power between the first and second nodes; set of circuits for controlling the transfer of energy between the first and second nodes, and the control loop that includes the set of circuits for detecting power variations and for controlling a duty cycle of the set of circuits in response to variations in power. detected energy, in order to control the set of energy transfer circuits.
[00172] Em uma modalidade, o conjunto de circuitos para detectar variações de energia está a uma distância de mais de um metro do conjunto de circuitos de transferência de energia. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de detecção das variações de energia e o conjunto de circuitos de transferência de energia estão em um recipiente comum. Em uma modalidade, as variações de energia são determinadas através da medição dos sinais em ao menos uma das seguintes posições: no primeiro nó, no conjunto de circuitos de transferência de energia, ou no segundo nó. Em uma modalidade, a malha de controle inclui um gerador de sinal para gerar um sinal usado no controle do ciclo de trabalho. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui uma fonte de energia acoplada ao primeiro nó. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui a carga acoplada ao segundo nó. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de transferência de energia inclui um primeiro cir-cuito de transferência de energia conectado ao primeiro nó para continuamente transferir energia, um segundo circuito de transferência de energia conectado ao segundo nó para continuamente transferir energia, e um circuito de transferência de energia intermediário conectado entre o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia para descontinuamente transferir energia entre o primeiro e o segundo cir-cuitos de transferência de energia. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos se destina a modular tensões em um terceiro nó entre o primeiro e intermediário circuito de transferência de energia, e em um quarto nó entre o segundo circuito de transferência de energia e o intermediário.[00172] In one embodiment, the set of circuits for detecting energy variations is at a distance of more than one meter from the set of energy transfer circuits. In one embodiment, the set of energy variation detection circuits and the set of energy transfer circuits are in a common container. In one embodiment, energy variations are determined by measuring signals in at least one of the following positions: at the first node, in the energy transfer circuit set, or at the second node. In one embodiment, the control loop includes a signal generator for generating a signal used in duty cycle control. In one embodiment, the system further includes a power source coupled to the first node. In one embodiment, the system further includes the load coupled to the second node. In one embodiment, the power transfer circuitry includes a first power transfer circuit connected to the first node to continuously transfer power, a second power transfer circuit connected to the second node to continuously transfer power, and a power transfer circuit power transfer intermediate connected between the first and second power transfer circuits to discontinuously transfer power between the first and second power transfer circuits. In one embodiment, the circuitry is intended to modulate voltages at a third node between the first and intermediate power transfer circuit, and at a fourth node between the second and intermediate power transfer circuit.
[00173] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um método que compreende: transferir energia em um primeiro nó através de conjunto de circuitos de transferência de energia para um segundo nó; detectar variações de energia; em um primeiro modo de operação, gerar um sinal de controle de comutação em resposta às variações de energia detectadas; gerar um sinal de comutação para controlar comutadores em resposta ao sinal de controle de comutação; e modular o conjunto de circuitos de transferência de energia através de abertura e fechamento dos comutadores.[00173] In one embodiment, as described herein, it is a method comprising: transferring energy at a first node through a set of energy transfer circuits to a second node; detect energy variations; in a first mode of operation, generating a switching control signal in response to detected power variations; generating a switching signal to control switches in response to the switching control signal; and modulate the set of energy transfer circuits through opening and closing of switches.
[00174] Em uma modalidade, o sinal de comutação é gerando comparando o sinal de controle de comutação com um sinal de referência. Em uma modalidade, o método ainda inclui gerar um sinal de oscilação que é usado na criação do sinal de controle de comutação. Em uma modalidade, o sinal de oscilação é usado na criação do sinal de controle de comutação no primeiro modo e em um modo de proteção. Em uma modalidade, a modulação do conjunto de circuitos de transferência de energia recebe energia de uma fonte de alimentação acoplada ao primeiro nó e se aproxima da quantidade máxima disponível, dadas as condições além do controle do conjunto de circuitos de trans-ferência de energia.[00174] In one embodiment, the switching signal is generated by comparing the switching control signal with a reference signal. In one embodiment, the method further includes generating an oscillation signal that is used in creating the switching control signal. In one embodiment, the oscillation signal is used in creating the switching control signal in the first mode and in a protection mode. In one embodiment, the modulating power transfer circuitry receives power from a power supply coupled to the first node and approaches the maximum amount available given conditions beyond the control of the power transfer circuitry.
[00175] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; uma fonte de energia fotovoltaica; e um extrator de energia para transferir energia a partir de uma fonte de energia fotovoltaica entre o primeiro e segundo nós, em que o extrator de energia, o primeiro nó, a fonte de energia, e o segundo nó são individualmente parte de um único circuito integrado.[00175] In one embodiment, as described here, it is an apparatus comprising: a first node and a second node; a photovoltaic energy source; and a power extractor for transferring power from a photovoltaic power source between the first and second nodes, wherein the power extractor, the first node, the power source, and the second node are individually part of a single circuit integrated.
[00176] Em uma modalidade, o extrator de energia busca casar uma impedância de entrada do extrator de energia com uma impedân- cia de saída da fonte de energia. Em uma modalidade, o extrator de energia é operado para buscar transferir uma magnitude de energia de uma fonte de energia, de modo que a fonte de energia fornece a energia máxima disponível, dadas as condições além do controle do extrator de energia. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui um terceiro nó e um quarto nó; uma segunda fonte de energia fotovoltaica; e um segundo extrator de energia para transferir energia da segunda fonte de energia fotovoltaica entre o terceiro e quarto nós, em que o extrator de energia, o terceiro nó, a fonte de energia, e o quarto nó são individualmente parte de um único circuito integrado, em que o segundo e quarto nós são unidos um ao outro.[00176] In one embodiment, the energy extractor seeks to match an input impedance of the energy extractor with an output impedance of the energy source. In one embodiment, the energy extractor is operated to seek to transfer a magnitude of energy from an energy source such that the energy source provides the maximum energy available given conditions beyond the control of the energy extractor. In one embodiment, the apparatus further includes a third node and a fourth node; a second photovoltaic energy source; and a second energy extractor for transferring energy from the second photovoltaic power source between the third and fourth nodes, wherein the energy extractor, the third node, the energy source, and the fourth node are individually part of a single integrated circuit , in which the second and fourth nodes are joined to each other.
[00177] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: um primeiro nó, um segundo nó, um terceiro nó, e um quarto nó; e um primeiro extrator de energia para transferir a primeira energia entre o primeiro e segundo nós, inclusive fornecer uma primeira corrente para o segundo nó, e em que o primeiro extrator de energia inclui um primeiro conjunto de circuitos de análise de variação de energia para detectar as primeiras variações de energia, e em que o primeiro extrator de energia transfere a primeira energia em magnitudes que são ao menos parcialmente dependentes das primeiras variações de energia; e um segundo extrator de energia para transferir a segunda energia entre o terceiro e quarto nós, inclusive fornecendo uma segunda corrente para o quarto nó, e em que o segundo extrator de energia inclui o segundo conjunto de circuitos de análise de variação de energia para detectar as segundas variações de energia, e em que o segundo extrator de energia transfere a segunda energia em magnitudes que são ao menos parcialmente dependentes das segundas variações de energia detectadas.[00177] In one embodiment, as described here, it is an apparatus comprising: a first node, a second node, a third node, and a fourth node; and a first energy extractor for transferring first energy between the first and second nodes, including providing a first current to the second node, and wherein the first energy extractor includes a first set of energy variation analysis circuitry for detecting the first energy changes, and wherein the first energy extractor transfers the first energy in magnitudes that are at least partially dependent on the first energy changes; and a second energy extractor for transferring the second energy between the third and fourth nodes, including providing a second current to the fourth node, and wherein the second energy extractor includes the second set of energy variation analysis circuitry for detecting the second energy variations, and wherein the second energy extractor transfers the second energy in magnitudes that are at least partially dependent on the detected second energy variations.
[00178] Em uma modalidade, uma primeira carga é acoplada ao segundo nó e o segundo nó é acoplado ao quarto nó. Em uma modalidade, o segundo e quarto nós são conectados um ao outro, e a carga é acoplada ao primeiro e quarto nós. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui uma primeira fonte de energia acoplada ao primeiro nó e uma segunda fonte de energia acoplada ao terceiro nó. Em uma mo-dalidade, o aparelho ainda inclui um quadro para sustentar a primeira e a segunda fontes de energia e o primeiro e o segundo extratores de energia. Em uma modalidade, a primeira fonte de energia é adjacente ao primeiro extrator de energia e a segunda fonte de energia é adjacente ao segundo extrator de energia. Em uma modalidade, o primeiro extrator de energia é operado de modo que em ao menos um modo o primeiro extrator de energia busque casar a impedância com a primeira fonte de energia, o segundo extrator de energia é operado de modo que em ao menos um modo o segundo extrator de energia busque casar a impedância com a segunda fonte de energia.[00178] In one embodiment, a first load is coupled to the second node and the second node is coupled to the fourth node. In one embodiment, the second and fourth nodes are connected to each other, and the load is coupled to the first and fourth nodes. In one embodiment, the apparatus further includes a first power source coupled to the first node and a second power source coupled to the third node. In one embodiment, the apparatus further includes a frame for supporting the first and second energy sources and the first and second energy extractors. In one embodiment, the first energy source is adjacent to the first energy extractor and the second energy source is adjacent to the second energy extractor. In one embodiment, the first energy extractor is operated such that in at least one mode the first energy extractor seeks to match impedance to the first energy source, the second energy extractor is operated such that in at least one mode the second energy extractor seeks to match the impedance with the second energy source.
[00179] Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui uma estação central para obter informação do primeiro e do segundo extratores de energia. Em uma modalidade, a estação central se destina ainda a fornecer informação para o primeiro e o segundo extratores de energia.[00179] In one embodiment, the apparatus further includes a central station for obtaining information from the first and second energy extractors. In one embodiment, the central station is further intended to provide information to the first and second energy extractors.
[00180] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um sistema que compreende: uma primeira fonte de energia e uma segunda fonte de energia; um primeiro nó, um segundo nó, e um terceiro nó; um primeiro extrator de energia acoplado à primeira fonte de energia através do primeiro nó para transferir energia da primeira fonte de energia através do primeiro nó para o segundo nó; e um segundo extrator de energia acoplado à segunda fonte de energia através do terceiro nó para transferir energia da segunda fonte de energia através do terceiro nó para o segundo nó, em que uma primeira corrente proveniente do primeiro extrator de energia é combinada com uma segunda corrente proveniente do segundo extrator de energia no terceiro nó.[00180] In one embodiment, as described herein, it is a system comprising: a first energy source and a second energy source; a first node, a second node, and a third node; a first energy extractor coupled to the first energy source through the first node to transfer energy from the first energy source through the first node to the second node; and a second energy extractor coupled to the second energy source through the third node to transfer energy from the second energy source through the third node to the second node, wherein a first current from the first energy extractor is combined with a second current coming from the second energy extractor at the third node.
[00181] Em uma modalidade, o sistema ainda inclui uma carga no segundo nó para receber a primeira e segunda corrente s combinadas. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui um quadro ao qual a primeira e a segunda fontes de energia são rigidamente acopladas. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui um quadro ao qual a primeira e a segunda fontes de energia e o primeiro e o segundo extratores de energia são rigidamente acoplados.[00181] In one embodiment, the system further includes a load at the second node to receive the combined first and second currents. In one embodiment, the system further includes a frame to which the first and second power sources are rigidly coupled. In one embodiment, the system further includes a frame to which the first and second energy sources and the first and second energy extractors are rigidly coupled.
[00182] Em uma modalidade, o primeiro extrator de energia é posicionado adjacente a uma primeira fonte de energia, e o segundo extrator de energia é posicionado adjacente à segunda fonte de energia. Em uma modalidade, uma quantidade de energia fornecida pelo primeiro extrator de energia depende ao menos em parte das características da primeira fonte de energia, e uma quantidade de energia fornecida pelo segundo extrator de energia depende ao menos em parte das características da segunda fonte de energia. Em uma modalidade, o primeiro e o segundo extratores de energia transferem energia sele- tivamente da primeira e da segunda fontes de energia, e algumas vezes o primeiro e o segundo extratores de energia não transferem energia da primeira e da segunda fontes de energia. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui extratores de energia adicionais para fornecer corrente ao segundo nó a partir das fontes de energia adicionais. Em uma modalidade, a fonte de energia inclui ao menos uma das seguintes fontes de energias: fotovoltaica, energia eólica, gerador de energia de hidrogênio, uma bateria, piezoelétrica, hidrelétrica, par térmico e outras fontes de energia variáveis estáveis e outras fontes de energia instáveis.[00182] In one embodiment, the first energy extractor is positioned adjacent to a first energy source, and the second energy extractor is positioned adjacent to the second energy source. In one embodiment, an amount of energy supplied by the first energy extractor depends at least in part on the characteristics of the first energy source, and an amount of energy supplied by the second energy extractor depends at least in part on the characteristics of the second energy source. . In one embodiment, the first and second energy extractors selectively transfer energy from the first and second energy sources, and sometimes the first and second energy extractors do not transfer energy from the first and second energy sources. In one embodiment, the system further includes additional power extractors to supply current to the second node from the additional power sources. In one embodiment, the energy source includes at least one of the following energy sources: photovoltaic, wind energy, hydrogen power generator, a battery, piezoelectric, hydroelectric, thermal couple and other stable variable energy sources and other energy sources unstable.
[00183] Em uma modalidade, o sistema ainda inclui uma estação central para obter informação do primeiro e do segundo extratores de energia. Em uma modalidade, a estação central também se destina a fornecer informação para o primeiro e o segundo extratores de energia.[00183] In one embodiment, the system further includes a central station to obtain information from the first and second energy extractors. In one embodiment, the central station is also intended to provide information to the first and second energy extractors.
[00184] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um sistema que compreende: um nó; um grupo de fontes de energia dispostas em um quadro e um grupo de extratores de energia para que cada um forneça energia elétrica proveniente de apenas uma das fontes de energia para o nó.[00184] In one embodiment, as described here, it is a system comprising: a node; a group of energy sources arranged in a frame and a group of energy extractors so that each one provides electrical energy from only one of the energy sources to the node.
[00185] Em uma modalidade, os extratores de energia estão individualmente posicionados adjacentes a uma das fontes de energia. Em uma modalidade, as fontes de energia são fontes de energia fotovol- taicas. Em uma modalidade, as fontes de energia fotovoltaicas são painéis que individualmente incluem múltiplas células fotovoltaicas. Em uma modalidade, as fontes de energia fotovoltaicas são individualmente uma única célula fotovoltaica.[00185] In one embodiment, the energy extractors are individually positioned adjacent to one of the energy sources. In one embodiment, the energy sources are photovoltaic energy sources. In one embodiment, the photovoltaic power sources are panels that individually include multiple photovoltaic cells. In one embodiment, the photovoltaic power sources are individually a single photovoltaic cell.
[00186] Em uma modalidade, o sistema ainda inclui fontes de energia adicionais dispostas no quadro, e extratores de energia adicionais eletricamente acoplados entre uma das fontes de energia adicionais, respectivamente, e o nó, em que cada um dos extratores de energia adicionais é posicionado adjacente a uma das fontes de energia adicionais. Em uma modalidade, os extratores de energia e as correspondentes fontes de fontes de energia são separados por uma porção do quadro. Em uma modalidade, os extratores de energia e as correspondentes fontes de energia são unidos entre si. Em uma modalidade, os extratores de energia e as correspondentes fontes de energia são unidos entre si através de um material adesivo.[00186] In one embodiment, the system further includes additional power sources disposed in the frame, and additional power extractors electrically coupled between one of the additional power sources, respectively, and the node, wherein each of the additional energy extractors is positioned adjacent to one of the additional power sources. In one embodiment, the energy extractors and corresponding sources of energy sources are separated by a portion of the frame. In one embodiment, the energy extractors and corresponding energy sources are joined together. In one embodiment, the energy extractors and corresponding energy sources are joined together using an adhesive material.
[00187] Em uma modalidade, o sistema ainda inclui uma estação central para obter informação do primeiro e do segundo extratores de energia. Em uma modalidade, a estação central também se destina a fornecer informação para o primeiro e o segundo extratores de energia.[00187] In one embodiment, the system further includes a central station to obtain information from the first and second energy extractors. In one embodiment, the central station is also intended to provide information to the first and second energy extractors.
[00188] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um sistema que inclui: primeiro, segundo, e terceiro nós; uma fonte de energia para fornecer energia ao primeiro nó; um primeiro extrator de energia para transferir energia do primeiro nó para o segundo nó; e um segundo extrator de energia para transferir energia do segundo nó para o terceiro nó e aumentar a tensão da energia no segundo nó.[00188] In one embodiment, as described herein, it is a system that includes: first, second, and third nodes; a power source for supplying power to the first node; a first energy extractor for transferring energy from the first node to the second node; and a second power extractor to transfer power from the second node to the third node and increase the power voltage at the second node.
[00189] Em uma modalidade, a fonte de energia é uma célula fo- tovoltaica. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui uma linha de transmissão entre o segundo e terceiro nós. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui: quarto e quinto nós; uma segunda fonte de energia para fornecer energia para o quarto nó; um terceiro extrator de energia para transferir energia do quarto nó para o quinto nó; e um quarto extrator de energia para transferir energia do quinto nó para o terceiro nó e aumentar a tensão da energia no quinto nó. Em uma modalidade, o primeiro e o segundo extratores de energia fornecem casamento de impedância. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui a estação central para obter informação do primeiro e do segundo extratores de energia.[00189] In one embodiment, the energy source is a photovoltaic cell. In one embodiment, the system further includes a transmission line between the second and third nodes. In one embodiment, the system further includes: fourth and fifth nodes; a second power source to supply power to the fourth node; a third energy extractor to transfer energy from the fourth node to the fifth node; and a fourth power extractor to transfer power from the fifth node to the third node and increase the power voltage at the fifth node. In one embodiment, the first and second energy extractors provide impedance matching. In one embodiment, the system further includes the central station to obtain information from the first and second energy extractors.
[00190] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um sistema que compreende: uma fonte de alimentação que fornece uma tensão de fonte e uma corrente de fonte desreguladas; uma carga; um extrator de energia para transferir energia entre a fonte de alimentação e a carga, em que o extrator de energia transfere energia com uma magnitude ao menos parcialmente dependente da variação de energia continuamente detectada, e em que a tensão de saída e a corrente de saída do extrator de energia são desreguladas.[00190] In one embodiment, as described herein, it is a system comprising: a power supply that provides an unregulated source voltage and a source current; a load; a power extractor for transferring energy between the power supply and the load, wherein the power extractor transfers energy with a magnitude at least partially dependent on the continuously sensed power variation, and wherein the output voltage and output current of the energy extractor are deregulated.
[00191] Em uma modalidade, a fonte de alimentação inclui ao menos uma dentre a fonte de alimentação estável ou uma fonte de alimentação instável. Em uma modalidade, a fonte de alimentação inclui uma ou mais dentre a fonte solar de energia, uma fonte de energia das marés, uma fonte de energia piezoelétrica, uma fonte de energia eólica, uma fonte de energia mecânica, uma fonte de calor termicamente acoplada, uma célula de combustível, uma bateria, ou um acoplamento de energia cinética.[00191] In one embodiment, the power supply includes at least one of a stable power supply or an unstable power supply. In one embodiment, the power source includes one or more of a solar energy source, a tidal energy source, a piezoelectric energy source, a wind energy source, a mechanical energy source, a thermally coupled heat source, and a thermally coupled heat source. , a fuel cell, a battery, or a kinetic energy coupling.
[00192] Em uma modalidade, a fonte de alimentação é uma primeira fonte de alimentação, e o sistema ainda inclui uma segunda fonte de alimentação que fornece uma tensão de fonte e corrente de fonte. Em uma modalidade, a segunda fonte de alimentação é um tipo diferente de fonte de alimentação da primeira fonte de alimentação. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui lógica para selecionar dinami-camente a transferência de energia de zero ou mais da primeira e da segunda fonte de alimentação. Em uma modalidade, a lógica seleciona dinamicamente transferir energia da primeira e/ou da segunda fonte de alimentação baseado ao menos em parte no perfil energético da carga. Em uma modalidade, a lógica ajusta dinamicamente uma mag-nitude de energia transferida da primeira e/ou da segunda fonte de alimentação com base ao menos em parte em um perfil energético da carga.[00192] In one embodiment, the power supply is a first power supply, and the system further includes a second power supply that provides a source voltage and source current. In one embodiment, the second power supply is a different type of power supply than the first power supply. In one embodiment, the system further includes logic to dynamically select zero or more power transfer from the first and second power supplies. In one embodiment, the logic dynamically selects to transfer power from the first and/or second power supply based at least in part on the energy profile of the load. In one embodiment, the logic dynamically adjusts a magnitude of energy transferred from the first and/or second power supply based at least in part on an energy profile of the load.
[00193] Em uma modalidade, a carga compreende um ou mais de um componente ou elemento de armazenamento de energia que converte energia em trabalho útil. Em uma modalidade, a carga compreende um ou mais baterias. Em uma modalidade, a bateria é uma dentre uma bateria chumbo-ácido, uma bateria híbrida níquel-metal, uma bateria íon-lítio, uma bateria de polímero íon-lítio, ou uma bateria níquel-cádmio. Em uma modalidade, a carga compreende um dentre um capacitor, um supercapacitor, ou uma célula de combustível. Em uma modalidade, o extrator de energia ainda dinamicamente casa a impe- dância da fonte de alimentação. Em uma modalidade, o extrator de energia ainda dinamicamente casa a impedância da carga. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui um circuito de detecção fonte de alimentação para identificar possíveis fontes de alimentação acopladas ao extrator de energia.[00193] In one embodiment, the load comprises one or more of an energy storage component or element that converts energy into useful work. In one embodiment, the load comprises one or more batteries. In one embodiment, the battery is one of a lead-acid battery, a nickel-metal hybrid battery, a lithium-ion battery, a lithium-ion polymer battery, or a nickel-cadmium battery. In one embodiment, the load comprises one of a capacitor, a supercapacitor, or a fuel cell. In one embodiment, the power extractor further dynamically matches the impedance of the power supply. In one embodiment, the power extractor further dynamically matches the load impedance. In one embodiment, the system further includes a power supply detection circuit to identify possible power sources coupled to the power extractor.
[00194] Em uma modalidade, o sistema ainda inclui um conjunto de circuitos de processamento acoplado ao extrator de energia para gerenciar a transferência de energia da fonte de alimentação para a carga. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de processamento compreende um dentre um microprocessador, uma matriz de porta programável em campo (FPGA), e um circuito integrado de aplicação específica (ASIC). Em uma modalidade, o sistema ainda inclui conjunto de circuitos de apresentação que exibe a condição operacional do extrator de energia. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de apresentação ainda fornece sugestões de operação para o sistema com base na condição operacional do extrator de energia. Em uma modalidade, o sistema ainda inclui um transceptor para comunicação com a estação central, sendo que a comunicação inclui a transmissão de telemetria e a recepção da informação de gerenciamento da configuração.[00194] In one embodiment, the system further includes a set of processing circuits coupled to the energy extractor to manage the transfer of energy from the power source to the load. In one embodiment, the processing circuitry comprises one of a microprocessor, a field programmable gate array (FPGA), and an application-specific integrated circuit (ASIC). In one embodiment, the system further includes a set of display circuits that displays the operational condition of the energy extractor. In one embodiment, the presentation circuitry further provides operating suggestions for the system based on the operating condition of the energy extractor. In one embodiment, the system further includes a transceiver for communicating with the central station, wherein the communication includes transmitting telemetry and receiving configuration management information.
[00195] Em uma modalidade, o sistema ainda inclui um inversor pa ra receber a corrente contínua fornecida pelo extrator de energia e gerar uma corrente alternada senoidal a partir da corrente contínua. Em uma modalidade, o inversor detecta uma exigência da frequência de saída da carga, e gera a corrente alternada com uma frequência em Hertz com base na exigência da frequência de saída da carga. Em uma modalidade, o inversor gera a corrente alternada com a frequência em Hertz com base em um ou mais dentre um parâmetro de controle de software ou uma configuração do comutador. Em uma modalidade, o inversor fornece a corrente alternada senoidal em uma tensão. Em uma modalidade, o inversor detecta uma exigência da tensão de saída da carga, e gera a corrente alternada com uma tensão de saída com base na exigência da tensão de saída da carga. Em uma modalidade, o inversor gera a corrente alternada na tensão com base em um ou mais dentre um parâmetro de controle de software ou uma configuração do comutador. Em uma modalidade, o inversor fornece a corrente alternada senoidal em uma tensão e em uma ou mais fases. Em uma modalidade, o inversor detecta uma exigência de fase da carga, e gera a corrente alternada na tensão com a fase com base na exigência de fase da carga. Em uma modalidade, o inversor gera a corrente al-ternada na fase com base em um ou mais dentre um parâmetro de controle de software ou uma configuração do comutador.[00195] In one embodiment, the system further includes an inverter to receive the direct current provided by the energy extractor and generate a sinusoidal alternating current from the direct current. In one embodiment, the inverter senses a load output frequency requirement, and generates alternating current with a frequency in Hertz based on the load output frequency requirement. In one embodiment, the inverter generates alternating current with frequency in Hertz based on one or more of a software control parameter or switch setting. In one embodiment, the inverter supplies sinusoidal alternating current at a voltage. In one embodiment, the inverter senses an output voltage requirement of the load, and generates alternating current with an output voltage based on the output voltage requirement of the load. In one embodiment, the inverter generates alternating current at voltage based on one or more of a software control parameter or switch setting. In one embodiment, the inverter supplies sinusoidal alternating current at a voltage and in one or more phases. In one embodiment, the inverter senses a phase requirement of the load, and generates alternating current at voltage with phase based on the phase requirement of the load. In one embodiment, the inverter generates the alternating current in the phase based on one or more of a software control parameter or a switch configuration.
[00196] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: hardware de acoplamento de entrada que possui um hardware de para acoplar seletivamente a um ou mais fontes de alimentação desreguladas, sendo que cada uma fornece energia de entrada em uma corrente da fonte em uma tensão da fonte; hardware de acoplamento de saída que possui um hardware de interface para acoplar seletivamente a uma ou mais cargas para fornecer uma energia de saída desregulada para as cargas como uma corrente de saída em uma tensão de saída; ou como uma tensão de saída em uma corrente de saída; ou em combinação; e conjunto de circuitos de transferência de energia para receber a energia de entrada, detectar continuamente a variação de energia, e fornecer a energia de saída com uma magnitude ao menos parcialmente dependente da variação de energia continuamente detectada.[00196] In one embodiment, as described herein, it is an apparatus comprising: input coupling hardware having hardware for selectively coupling to one or more unregulated power supplies, each of which provides input power at a current of the source at a source voltage; output coupling hardware having interface hardware for selectively coupling to one or more loads to provide an unregulated output power to the loads as an output current at an output voltage; or as an output voltage into an output current; or in combination; and assembly of power transfer circuits to receive the input power, continuously detect the power variation, and provide the output power with a magnitude at least partially dependent on the continuously detected power change.
[00197] Em uma modalidade, o hardware de acoplamento de entrada possui um hardware de interface para acoplar seletivamente a fonte de alimentação que fornece ao menos um dentre uma diferente corrente da fonte ou uma diferente tensão da fonte. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de transferência de energia fornece a energia de saída com ao menos uma dentre uma corrente de saída diferente ou uma tensão de saída diferente para diferentes cargas. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui um gerenciador de transferência de energia que possui perfis de carga, sendo que os perfis de carga indicam uma tensão de saída e uma corrente de saída para cada carga, onde o conjunto de circuitos de transferência de energia fornece a energia de saída de acordo com o perfil de carga da carga. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui um transceptor para comunicar com uma entidade de gerenciamento remoto, que inclui enviar a condição da informação e receber informação da configuração. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui um controlador de impedância para controlar dinamicamente a impedância do hardware de acoplamento de entrada e do hardware de acoplamento de saída para casar a impedância de uma fonte de alimentação ou uma carga, respectivamente.[00197] In one embodiment, the input coupling hardware has interface hardware for selectively coupling the power supply that provides at least one of a different source current or a different source voltage. In one embodiment, the power transfer circuitry provides output power with at least one of a different output current or a different output voltage for different loads. In one embodiment, the apparatus further includes a power transfer manager that has load profiles, wherein the load profiles indicate an output voltage and an output current for each load, where the set of power transfer circuits provides the output power according to the load profile of the load. In one embodiment, the apparatus further includes a transceiver for communicating with a remote management entity, which includes sending condition information and receiving configuration information. In one embodiment, the apparatus further includes an impedance controller for dynamically controlling the impedance of the input coupling hardware and the output coupling hardware to match the impedance of a power supply or a load, respectively.
[00198] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um método em um sistema de transferência de energia, que compreende: receber da fonte de energia uma corrente da fonte desregulada em uma tensão da fonte; identificar uma ou mais cargas; determinar uma estratégia de gerenciamento de transferência de energia para transferir energia da fonte de energia para uma ou mais cargas; e transferir energia de acordo com a estratégia determinada, que inclui transferir uma energia de saída desregulada com a magnitude ao menos parcialmente dependente da variação de energia continuamente detectada.[00198] In one embodiment, as described herein, it is a method in an energy transfer system, which comprises: receiving from the energy source a source current deregulated at a source voltage; identify one or more loads; determine a power transfer management strategy to transfer power from the power source to one or more loads; and transferring energy in accordance with the determined strategy, which includes transferring an unregulated output energy with the magnitude at least partially dependent on the continuously detected energy variation.
[00199] Em uma modalidade, receber a corrente da fonte desregu- lada em uma tensão da fonte ainda inclui: detectar uma ou mais fontes de energia; e acoplar e desacoplar seletivamente fontes de energia para gerenciar a energia de entrada para o conjunto de circuitos de transferência de energia; em que a lógica de gerenciamento de energia ajusta dinamicamente uma magnitude de energia transferida de um ou mais fontes de energia com base ao menos em parte em um perfil energético das cargas.[00199] In one embodiment, receiving the source current deregulated at a source voltage further includes: detecting one or more energy sources; and selectively coupling and decoupling power sources to manage input power to the power transfer circuitry; wherein the power management logic dynamically adjusts a magnitude of power transferred from one or more power sources based at least in part on an energy profile of the loads.
[00200] Em uma modalidade, determinar a estratégia de gerenciamento da transferência de energia ainda inclui determinar o consumo de energia da carga. Em uma modalidade, determinar o consumo de energia da carga ainda inclui obter um perfil energético da carga. Em uma modalidade, determinar a estratégia de gerenciamento da transferência de energia ainda inclui determinar a norma de distribuição de energia; em que transferir a energia compreende preferencialmente fornecer energia às cargas com base na norma de distribuição de energia determinada. Em uma modalidade, transferir energia ainda inclui: detectar uma ou mais cargas; e acoplar e desacoplar seletivamente cargas para gerenciar a energia de saída para as cargas; e em que a lógica de gerenciamento de energia ajusta dinamicamente uma magnitude de energia transferida para as uma ou mais cargas com base ao menos em parte em um perfil energético das cargas. Em uma modalidade, o método ainda inclui comunicar a uma entidade de gerenciamento remoto a informação relacionada a uma condição operacional de transferência de energia do sistema. Em uma modalidade, o método ainda inclui receber da entidade de gerenciamento remoto a informação relacionada à aplicação da estratégia de gerenciamento da transferência de energia.[00200] In one embodiment, determining the power transfer management strategy further includes determining the power consumption of the load. In one embodiment, determining the energy consumption of the load further includes obtaining an energy profile of the load. In one embodiment, determining the power transfer management strategy further includes determining the power distribution standard; wherein transferring the energy preferably comprises supplying energy to the loads based on the determined energy distribution standard. In one embodiment, transferring energy further includes: detecting one or more charges; and selectively couple and decouple loads to manage output power to the loads; and wherein the power management logic dynamically adjusts a magnitude of energy transferred to the one or more loads based at least in part on an energy profile of the loads. In one embodiment, the method further includes communicating to a remote management entity information related to an operational power transfer condition of the system. In one embodiment, the method further includes receiving from the remote management entity information related to the application of the energy transfer management strategy.
[00201] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um extrator de energia para transferir energia entre o primeiro e segundo nós, em que o extrator de energia inclui o conjunto de circuitos de detecção para detectar variações de energia, e em que em um primeiro modo de ope-ração, o extrator de energia deve ser operado de modo que uma im- pedância de entrada do extrator de energia é dinamicamente variada em resposta às variações de energia detectadas para aproximar o casamento da primeira impedância fora do extrator de energia, incluindo uma impedância da fonte de energia acoplada ao primeiro nó.[00201] In one embodiment, as described here, it is an apparatus comprising: a first node and a second node; and an energy extractor for transferring energy between the first and second nodes, wherein the energy extractor includes the set of sensing circuitry for detecting energy variations, and wherein in a first mode of operation, the energy extractor shall be operated such that an input impedance of the power extractor is dynamically varied in response to detected power variations to approximate the matching of the first impedance outside the power extractor, including a power source impedance coupled to the first node .
[00202] Em uma modalidade, a impedância de entrada do extrator de energia iguala a impedância combinada do extrator de energia e da carga acoplada ao segundo nó conforme observada a partir do primeiro nó. Em uma modalidade, no primeiro modo de operação, o extrator de energia deve ser operado de modo que uma impedância de saída do extrator de energia é dinamicamente variada em resposta às variações de energia detectadas, de modo que, sob certas condições da carga, a impedância de saída do extrator de energia aproxima o casamento da segunda impedância fora do extrator de energia, incluindo uma impedância da carga acoplada ao segundo nó. Em uma modalidade, a impedância de saída do extrator de energia iguala a impedân- cia combinada do extrator de energia e a fonte de energia conforme visualizada a partir do segundo nó. Em uma modalidade, o extrator de energia e a carga estão individualmente fora do aparelho. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui um primeiro conector entre a fonte de energia e o extrator de energia, e um segundo conector entre o extrator de energia e a carga, e em que a primeira impedância inclui uma impedância do primeiro conector e a segunda impedância inclui uma impedância do segundo conector. Em uma modalidade, as impedân- cias do primeiro e do segundo conectores são insignificantes.[00202] In one embodiment, the input impedance of the power extractor equals the combined impedance of the power extractor and the load coupled to the second node as observed from the first node. In one embodiment, in the first mode of operation, the power extractor is to be operated such that an output impedance of the power extractor is dynamically varied in response to detected power variations, such that, under certain load conditions, the The output impedance of the power extractor approximates the matching of the second impedance outside the power extractor, including a load impedance coupled to the second node. In one embodiment, the output impedance of the power extractor equals the combined impedance of the power extractor and the power source as viewed from the second node. In one embodiment, the energy extractor and the load are individually outside the apparatus. In one embodiment, the apparatus further includes a first connector between the power source and the energy extractor, and a second connector between the energy extractor and the load, and wherein the first impedance includes an impedance of the first connector and the second impedance includes an impedance of the second connector. In one embodiment, the impedances of the first and second connectors are negligible.
[00203] Em uma modalidade, na prática, a impedância de entrada tipicamente não casa precisamente com a impedância da fonte de energia, e a impedância de saída tipicamente does não casa precisamente com a impedância da carga, porém, as variações dinâmicas levam ao casamento próximo das impedâncias. Em uma modalidade, quando as variações de energia são zero e a energia está em um máximo de energia global, a primeira impedância e a de entrada são essencialmente casadas, resultando em uma fonte de energia que fornece a energia máxima disponível, dadas condições além do controle do extrator de energia. Em uma modalidade, o extrator de energia inclui conjunto de circuitos para impedir que a energia permaneça em um máximo de energia local em que uma das variações de energia é zero. Em uma modalidade, os extratores de energia às vezes operam em um segundo modo de operação, que é um modo de proteção em que as impedâncias não são casadas. Em uma modalidade, as impedân- cias são casadas desconsiderando a tensão ou corrente da fonte de energia no primeiro nó e desconsiderando a tensão ou corrente de uma carga acoplada ao segundo nó, no limite de certos parâmetros.[00203] In one embodiment, in practice, the input impedance typically does not precisely match the power source impedance, and the output impedance typically does not precisely match the load impedance, however, dynamic variations lead to matching close to the impedances. In one embodiment, when power variations are zero and power is at a global power maximum, the first and input impedances are essentially matched, resulting in a power source that provides the maximum available power given conditions beyond the control of the energy extractor. In one embodiment, the energy extractor includes a set of circuits to prevent energy from remaining at a local energy maximum where one of the energy variations is zero. In one embodiment, the power extractors sometimes operate in a second mode of operation, which is a protection mode in which the impedances are not matched. In one embodiment, the impedances are matched disregarding the voltage or current of the power source at the first node and disregarding the voltage or current of a load coupled to the second node, within the limit of certain parameters.
[00204] Em uma modalidade, as variações de energia detectadas incluem um desnível de energia instantâneo continuamente detectado. Em uma modalidade, o extrator de energia inclui um primeiro circuito de transferência de energia conectado ao primeiro nó para continuamente transferir energia, um segundo circuito de transferência de energia conectado ao segundo nó para continuamente transferir energia, e um circuito de transferência de energia intermediário conectado entre o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia para descontinuamente transferir energia entre o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia. Em uma modalidade, o primeiro circuito de transferência de energia casa a impedância de entrada do ex- trator de energia com a primeira impedância. Em uma modalidade, o segundo circuito de transferência de energia casa uma impedância de saída do extrator de energia com a segunda impedância que inclui uma carga acoplada ao segundo nó. Em uma modalidade, o extrator de energia inclui um conjunto de circuitos para modular as tensões em um terceiro nó entre o primeiro circuito de transferência de energia e o intermediário, e em um quarto nó entre o segundo circuito de transferência de energia e o intermediário. Em uma modalidade, o extrator de energia inclui o conjunto de circuitos com um ciclo de trabalho que é ao menos parcialmente dependente das variações de energia detectadas e a magnitude de energia transferida é ao menos parcialmente dependente do ciclo de trabalho. Em uma modalidade, a frequência dos circuitos de comutação também controla a eficiência de transferência de energia e desse modo efetiva a quantidade de energia transferida ao segundo nó.[00204] In one embodiment, the detected energy variations include a continuously detected instantaneous energy difference. In one embodiment, the energy extractor includes a first energy transfer circuit connected to the first node to continuously transfer energy, a second energy transfer circuit connected to the second node to continuously transfer energy, and an intermediate energy transfer circuit connected to the second node to continuously transfer energy. between the first and second energy transfer circuits to discontinuously transfer energy between the first and second energy transfer circuits. In one embodiment, the first power transfer circuit matches the input impedance of the power extractor with the first impedance. In one embodiment, the second power transfer circuit matches an output impedance of the power extractor with the second impedance that includes a load coupled to the second node. In one embodiment, the power extractor includes a set of circuitry to modulate voltages at a third node between the first power transfer circuit and the intermediate, and at a fourth node between the second power transfer circuit and the intermediate. In one embodiment, the energy extractor includes circuitry with a duty cycle that is at least partially dependent on detected energy variations and the magnitude of energy transferred is at least partially dependent on the duty cycle. In one embodiment, the frequency of the switching circuits also controls the power transfer efficiency and thereby affects the amount of power transferred to the second node.
[00205] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: uma porta de entrada e uma porta de saída; conjunto de circuitos de transferência de energia para transferir energia entre as portas de entrada e saída; e o conjunto de circuitos de detecção de variação de energia para detectar continuamente as variações de energia, e em que o aparelho é operado de modo a buscar obter o casamento da impedância de entrada do conjunto de circuitos de transferência de energia com uma primeira impedância fora do conjunto de circuitos de transferência de energia, em que a primeira impedância inclui uma impedância da fonte de energia.[00205] In one embodiment, as described here, it is an apparatus comprising: an input port and an output port; set of power transfer circuits to transfer power between input and output ports; and the set of power variation detection circuits for continuously detecting the power variations, and wherein the apparatus is operated to seek to match the input impedance of the set of power transfer circuits with a first impedance outside of the power transfer circuitry, wherein the first impedance includes a power source impedance.
[00206] Em uma modalidade, a impedância de entrada do conjunto de circuitos de transferência de energia iguala a impedância combinada do conjunto de circuitos de transferência de energia e a carga acoplada à porta de saída conforme observado a partir da porta de entrada. Em uma modalidade, a fonte de energia e a carga da energia es- tão fora do aparelho. Em uma modalidade, a fonte de energia e a carga da energia são parte do aparelho. Em uma modalidade, a fonte de energia é parte do aparelho. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui um primeiro conector entre a fonte de energia e o conjunto de circuitos de transferência de energia, e em que a primeira impedância inclui uma impedância do primeiro conector.[00206] In one embodiment, the input impedance of the power transfer circuitry equals the combined impedance of the power transfer circuitry and the load coupled to the output port as observed from the input port. In one embodiment, the energy source and the energy load are outside the apparatus. In one embodiment, the power source and the power load are part of the apparatus. In one embodiment, the power source is part of the apparatus. In one embodiment, the apparatus further includes a first connector between the power source and the power transfer circuitry, and wherein the first impedance includes an impedance of the first connector.
[00207] Em uma modalidade, na prática, a impedância de entrada tipicamente não casa precisamente com a primeira impedância. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de transferência de energia é operado para transferir energia em uma magnitude para fazer com que a fonte de energia aproxime o fornecimento de energia máxima disponí-vel, dadas as condições além do controle do aparelho. Em uma modalidade, a carga é acoplada à segunda porta e o aparelho é operado de modo que sob certas condições de carga, o conjunto de circuitos de transferência de energia tem uma impedância de saída que busca casar a segunda impedância fora do conjunto de circuitos de transferência de energia, em que a segunda impedância inclui uma impedância da carga. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de transferência de energia inclui um primeiro circuito de transferência de energia conectada ao nó de entrada para transferir energia continuamente, um segundo circuito de transferência de energia conectado ao segundo nó para transferir energia continuamente, e um circuito de transferência de energia intermediário conectado entre o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia para transferir energia descontinuamente entre o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia.[00207] In one embodiment, in practice, the input impedance typically does not precisely match the first impedance. In one embodiment, the power transfer circuitry is operated to transfer power in a magnitude to cause the power source to approximate the maximum available power supply, given conditions beyond the control of the apparatus. In one embodiment, the load is coupled to the second port and the apparatus is operated such that under certain load conditions, the power transfer circuitry has an output impedance that seeks to match the second impedance outside the power transfer circuitry. power transfer, where the second impedance includes a load impedance. In one embodiment, the power transfer circuitry includes a first power transfer circuit connected to the input node to continuously transfer power, a second power transfer circuit connected to the second node to continuously transfer power, and a power transfer circuit. energy transfer intermediate connected between the first and second energy transfer circuit to transfer energy discontinuously between the first and second energy transfer circuit.
[00208] Em uma modalidade, como aqui descrito é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um extrator de energia para transferir energia entre o primeiro e segundo nós, em que o extrator de energia inclui o conjunto de circuitos de detecção para detectar as variações de energia, e em que em um primeiro modo de operação, o extrator de energia deve ser operado de modo que as im- pedâncias de entrada e saída do extrator de energia entre o primeiro e o segundo nós são variadas dinamicamente em resposta às variações de energia detectadas para buscar casar a impedância de entrada do extrator de energia com a primeira impedância, incluindo uma impe- dância da fonte de energia acoplada ao primeiro nó.[00208] In one embodiment, as described here is an apparatus comprising: a first node and a second node; and an energy extractor for transferring energy between the first and second nodes, wherein the energy extractor includes the set of sensing circuitry for detecting energy variations, and wherein in a first mode of operation, the energy extractor must be operated so that the input and output impedances of the power extractor between the first and second nodes are dynamically varied in response to detected power variations to seek to match the input impedance of the power extractor with the first impedance, including an impedance of the power source coupled to the first node.
[00209] Em uma modalidade, o extrator de energia se destina a aproximar o casamento de impedância de saída do extrator de energia com a segunda impedância, inclusive uma impedância de uma carga acoplada ao segundo nó. Em uma modalidade, a impedância de entrada do extrator de energia iguala a impedância combinada do extra-tor de energia e a carga conforme observado do primeiro nó, e a im- pedância de saída do extrator de energia iguala a impedância combinada do extrator de energia e a fonte de alimentação conforme observado do segundo nó.[00209] In one embodiment, the power extractor is intended to approximate the output impedance match of the power extractor with the second impedance, including an impedance of a load coupled to the second node. In one embodiment, the input impedance of the power extractor equals the combined impedance of the power extractor and the load as observed from the first node, and the output impedance of the power extractor equals the combined impedance of the power extractor. and the power supply as observed from the second node.
[00210] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um sistema que compreende: a fonte de energia acoplada a um primeiro nó, e a carga acoplada ao segundo nó; e um extrator de energia para transferir energia entre o primeiro e segundo nós, em que o extrator de energia inclui um conjunto de circuitos de detecção para detectar as variações de energia, e em que em um primeiro modo de operação, o extrator de energia deve ser operado de modo que uma impedância de entrada do extrator de energia é dinamicamente variada em resposta às variações de energia detectadas para aproximar o casamento da primeira impe- dância, incluindo uma impedância da fonte de energia.[00210] In one embodiment, as described here, it is a system comprising: the energy source coupled to a first node, and the load coupled to the second node; and an energy extractor for transferring energy between the first and second nodes, wherein the energy extractor includes a set of sensing circuits for detecting energy variations, and wherein in a first mode of operation, the energy extractor must be operated so that an input impedance of the power extractor is dynamically varied in response to detected power variations to approximate matching the first impedance, including a power source impedance.
[00211] Em uma modalidade, sob certas condições de carga, uma impedância de saída do extrator de energia é dinamicamente variada em resposta às variações de energia detectadas para aproximar o casamento da segunda impedância, incluindo uma impedância da carga. Em uma modalidade, a impedância de entrada do extrator de energia iguala a impedância combinada do extrator de energia e a carga conforme observada a partir do primeiro nó, e a impedância de saída do extrator de energia iguala a impedância combinada do extrator de energia e da fonte de alimentação conforme observada a partir do segundo nó. Em uma modalidade, na prática, a impedância de entrada tipicamente não casa precisamente com a impedância da fonte de energia, e a impedância de saída tipicamente não casa precisamente a impedância da carga, mas as variações dinâmicas levam a um casamento de impedâncias bastante aproximado.[00211] In one embodiment, under certain load conditions, an output impedance of the power extractor is dynamically varied in response to detected power variations to approximate matching the second impedance, including a load impedance. In one embodiment, the input impedance of the power extractor equals the combined impedance of the power extractor and the load as observed from the first node, and the output impedance of the power extractor equals the combined impedance of the power extractor and the load. power supply as observed from the second node. In one embodiment, in practice, the input impedance typically does not precisely match the power source impedance, and the output impedance typically does not precisely match the load impedance, but the dynamic variations lead to a very approximate impedance matching.
[00212] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um extrator de energia para fornecer energia entre o primeiro e segundo nós, em que o extrator de energia deve ser operado de modo que uma impedância do extrator de energia é dinamicamente variada com a intenção de ca-sar impedâncias para obter a saída de energia máxima da fonte de energia fora do aparelho que é acoplado ao primeiro nó, dadas as condições além do controle do extrator de energia.[00212] In one embodiment, as described here, it is an apparatus comprising: a first node and a second node; and a power extractor for supplying power between the first and second nodes, wherein the power extractor is to be operated such that an impedance of the power extractor is dynamically varied with the intention of matching impedances to obtain the power output. maximum of the energy source outside the device that is coupled to the first node, given conditions beyond the control of the energy extractor.
[00213] Em uma modalidade, a impedância do extrator de energia iguala a impedância combinada do extrator de energia e a carga conforme visualizada a partir do primeiro nó. Em uma modalidade, na prática, a impedância de entrada tipicamente não casa precisamente com a impedância da fonte de energia.[00213] In one embodiment, the impedance of the power extractor equals the combined impedance of the power extractor and the load as viewed from the first node. In one embodiment, in practice, the input impedance typically does not precisely match the impedance of the power source.
[00214] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um extrator de energia para fornecer energia entre o primeiro e segundo nós, em que o extrator de energia deve ser operado para casar dinamicamente a primeira impedância da fonte de energia fora do aparelho acoplado ao primeiro nó com a segunda impedância de uma carga acoplada ao segundo nó, mesmo quando a primeira impedância varia e mesmo quando a segunda impedância varia.[00214] In one embodiment, as described here, it is an apparatus comprising: a first node and a second node; and a power extractor for supplying power between the first and second nodes, wherein the power extractor is to be operated to dynamically match the first impedance of the power source outside the apparatus coupled to the first node with the second impedance of a load coupled to the first node. second node, even when the first impedance varies and even when the second impedance varies.
[00215] Em uma modalidade, a fonte de energia e a carga são individualmente parte do aparelho. Em uma modalidade, a fonte de energia e a carga estão individualmente fora do aparelho.[00215] In one embodiment, the power source and the load are individually part of the apparatus. In one embodiment, the power source and load are individually outside the apparatus.
[00216] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um extrator de energia que inclui: um conjunto de circuitos de transferência de energia para transferir energia, contendo uma corrente entre o primeiro e segundo nós; e um conjunto de circuitos de análise de variação de energia para detectar a variação de energia e a variação de tensão e para ao menos parcialmente controlar a magnitude de energia que é transferida em resposta à variação de energia e a variação de tensão detectadas.[00216] In one embodiment, as described here, it is an apparatus comprising: a first node and a second node; and an energy extractor that includes: a set of energy transfer circuits for transferring energy containing a current between the first and second nodes; and a set of power variation analysis circuits to detect the energy variation and the voltage variation and to at least partially control the magnitude of energy that is transferred in response to the detected power variation and the voltage variation.
[00217] Em uma modalidade, o extrator de energia ainda inclui: um conjunto de circuitos para controlar o conjunto de circuitos de transferência de energia; e um conjunto de circuitos de controle da comutação para controlar um ciclo de trabalho do conjunto de circuitos; e em que o conjunto de circuitos de análise de variação de energia opera em diferentes modos e em que em um modo de operação ordinário, sob certas condições, o conjunto de circuitos de análise de energia faz com que o conjunto de circuitos de transferência de energia diminua o ciclo de trabalho, se a variação de energia e a variação de tensão forem ambas crescentes ou ambas decrescentes, e para aumentar o ciclo de trabalho da energia transferida, se a variação de energia for decrescente e a variação de tensão for crescente ou se a variação de energia for crescente e a variação de tensão for decrescente. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de transferência de energia inclui um primeiro circuito de transferência de energia conectado ao primeiro nó para continuamente transferir energia, um segundo circuito de transferência de energia conectado ao segundo nó para continuamente transferir energia, e um circuito de transferência de energia interme- diário conectado entre o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia para descontinuamente transferir energia entre o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos se destina a modular as tensões em um terceiro nó entre o primeiro circuito de transferência de energia e o intermediário, e em um quarto nó entre o segundo circuito de transferência de energia e o intermediário e. Em uma modalidade, a frequência da operação do conjunto de circuitos é dinamicamente ajustada para maximizar a eficiência de transferência de energia entre o primeiro e segundo nós. Em uma modalidade, o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia individualmente incluem um indutor e o circuito de transferência de energia intermediário inclui capacitores. Em uma modalidade, o primeiro, segundo, e o circuito de transferência de energia intermediário individualmente incluem ao menos um capacitor.[00217] In one embodiment, the energy extractor further includes: a set of circuits for controlling the set of energy transfer circuits; and a set of switching control circuits for controlling a duty cycle of the circuit set; and wherein the power variation analysis circuitry operates in different modes and wherein in an ordinary mode of operation, under certain conditions, the power analysis circuitry causes the power transfer circuitry to decrease the work cycle, if the energy change and the voltage change are both increasing or both decreasing, and to increase the work cycle of the transferred energy, if the energy change is decreasing and the voltage change is increasing or if the energy variation is increasing and the voltage variation is decreasing. In one embodiment, the power transfer circuitry includes a first power transfer circuit connected to the first node to continuously transfer power, a second power transfer circuit connected to the second node to continuously transfer power, and a power transfer circuit power intermediate connected between the first and second power transfer circuits to discontinuously transfer power between the first and second power transfer circuits. In one embodiment, the circuitry is intended to modulate voltages at a third node between the first power transfer circuit and the intermediate, and at a fourth node between the second power transfer circuit and the intermediate. In one embodiment, the operating frequency of the circuitry is dynamically adjusted to maximize power transfer efficiency between the first and second nodes. In one embodiment, the first and second power transfer circuits individually include an inductor and the intermediate power transfer circuit includes capacitors. In one embodiment, the first, second, and intermediate power transfer circuit individually include at least one capacitor.
[00218] Em uma modalidade, o extrator de energia ainda inclui: um conjunto de circuitos para controlar o conjunto de circuitos de transferência de energia; e um conjunto de circuitos de controle da comutação para controlar um ciclo de trabalho do conjunto de circuitos; e em que o conjunto de circuitos de análise de variação de energia opera em diferentes modos e em que em um modo de operação ordinário, sob certas condições, o conjunto de circuitos de análise de energia faz com que o conjunto de circuitos de transferência de energia aumente o ciclo de trabalho, se a variação de energia e a variação de tensão forem ambas crescentes ou ambas decrescentes, e para aumentar o ciclo de trabalho da energia transferida, se a variação de energia for decrescente e a variação de tensão for crescente ou se variação de energia for crescente e a variação de tensão for decrescente. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de transferência de energia inclui um primeiro circuito de transferência de energia conectado ao primeiro nó para transferir energia continuamente, um segundo circuito de transferência de energia conectado ao segundo nó para transferir energia continuamente, e um circuito de transferência de energia intermediário conectado entre o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia para descontinuamente transferir energia entre o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos se destina a modular as tensões em um terceiro nó entre o primeiro circuito de transferência de energia e o intermediário, e em um quarto nó entre o segundo circuito de transferência de energia e o intermediário. Em uma modalidade, o primeiro e o segundo circuito de transferência de energia individualmente incluem um indutor e o circuito de transferência de energia intermediário inclui capacitores. Em uma modalidade, o primeiro, segundo, e inter-mediário circuito de transferência de energia individualmente incluem ao menos um capacitor.[00218] In one embodiment, the energy extractor further includes: a set of circuits for controlling the set of energy transfer circuits; and a set of switching control circuits for controlling a duty cycle of the circuit set; and wherein the power variation analysis circuitry operates in different modes and wherein in an ordinary mode of operation, under certain conditions, the power analysis circuitry causes the power transfer circuitry to increase the duty cycle, if the energy change and the voltage change are both increasing or both decreasing, and to increase the work cycle of the energy transferred, if the energy change is decreasing and the voltage change is increasing or if energy variation is increasing and the voltage variation is decreasing. In one embodiment, the power transfer circuitry includes a first power transfer circuit connected to the first node to continuously transfer power, a second power transfer circuit connected to the second node to continuously transfer power, and a power transfer circuit power intermediate connected between the first and second power transfer circuits to discontinuously transfer power between the first and second power transfer circuits. In one embodiment, the circuitry is intended to modulate voltages at a third node between the first power transfer circuit and the intermediate, and at a fourth node between the second power transfer circuit and the intermediate. In one embodiment, the first and second power transfer circuits individually include an inductor and the intermediate power transfer circuit includes capacitors. In one embodiment, the first, second, and intermediate power transfer circuit individually include at least one capacitor.
[00219] Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de análise de energia opera em diferentes modos, e em que em um modo de operação ordinário, o conjunto de circuitos de análise de energia ao menos parcialmente controla a magnitude da corrente em resposta à variação de energia e variação de tensão detectadas, e em ao menos um outro modo, o conjunto de circuitos de análise de energia ao menos parcialmente controla a magnitude da corrente em resposta a ao menos um fator diferente.[00219] In one embodiment, the power analysis circuitry operates in different modes, and in an ordinary mode of operation, the power analysis circuitry at least partially controls the magnitude of the current in response to variation of power and voltage variation detected, and in at least one other way, the power analysis circuitry at least partially controls the magnitude of the current in response to at least one different factor.
[00220] Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui um conjunto de circuitos para interagir com o conjunto de circuitos de transferência de energia, e em que o conjunto de circuitos de análise de energia controla um ciclo de trabalho do conjunto de circuitos para ao menos parcialmente controlar a magnitude da corrente. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de análise de energia também controla a frequência do conjunto de circuitos para ao menos parcialmente controlar a magnitude da corrente. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui uma fonte de energia para fornecer energia ao primeiro nó e conjunto de circuitos de análise de energia busca controlar o conjunto de circuitos para maximizar a transferência de energia através do conjunto de circuitos de transferência de energia, dadas as condições além do controle do conjunto de circuitos de análise de energia, e dadas as ineficiências do aparelho. Em uma modalidade, a fonte de energia é uma fonte de energia fotovoltaica e uma das condições além do controle do conjunto de circuitos de análise de energia é uma quantidade de luz solar na fonte de energia. Em uma modalidade, existe ao menos um nó intermediário entre a fonte de alimentação e o primeiro nó.[00220] In one embodiment, the apparatus further includes a set of circuits for interacting with the set of energy transfer circuits, and wherein the set of energy analysis circuits controls a duty cycle of the set of circuits for at least partially control the magnitude of the current. In one embodiment, the power analysis circuitry also controls the frequency of the circuitry to at least partially control the magnitude of the current. In one embodiment, the apparatus further includes a power source to supply power to the first node and power analysis circuitry seeks to control the circuitry to maximize power transfer through the power transfer circuitry, given the conditions beyond the control of the energy analysis circuitry, and given the inefficiencies of the device. In one embodiment, the power source is a photovoltaic power source and one of the conditions beyond the control of the power analysis circuitry is an amount of sunlight on the power source. In one embodiment, there is at least one intermediate node between the power supply and the first node.
[00221] Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui uma carga acoplada ao segundo nó. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de análise de variação de energia se destina a detectar um desnível de energia e um desnível de tensão. Em uma modalidade, o extrator de energia opera buscando casar a impedância de entrada do conjunto de circuitos de transferência de energia com a impedância de saída da fonte de energia.[00221] In one embodiment, the apparatus further includes a load coupled to the second node. In one embodiment, the power variation analysis circuitry is intended to detect a power difference and a voltage difference. In one embodiment, the energy extractor operates by seeking to match the input impedance of the energy transfer circuit set with the output impedance of the energy source.
[00222] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um conjunto de circuitos de transferência de energia para transferir energia contendo uma corrente entre o primeiro e o segundo nós; e um conjunto de circuitos de análise de energia para detectar a variação de energia e para aumentar a corrente , desde que a variação de energia apresente um aumento de energia e para diminuir a corrente , desde que a variação de energia apresente uma diminuição de energia. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de análise de energia inclui um conjunto de circuitos para atenuar as bruscas variações da variação de energia.[00222] In one embodiment, as described here, it is an apparatus comprising: a first node and a second node; and a set of energy transfer circuits for transferring energy containing a current between the first and second nodes; and a set of power analysis circuits to detect the power variation and to increase the current, provided the power variation presents an increase in energy, and to decrease the current, provided the energy variation presents a decrease in energy. In one embodiment, the power analysis circuitry includes a set of circuits to mitigate sudden changes in power variation.
[00223] Em uma modalidade, como aqui descrito, é um aparelho que compreende: um primeiro nó e um segundo nó; e um extrator de energia que inclui: um conjunto de circuitos; um conjunto de circuitos de transferência de energia para transferir energia contendo uma corrente entre o primeiro e segundo nós, em que a magnitude da corrente é ao menos parcialmente responsiva a um ciclo de trabalho do conjunto de circuitos; e um conjunto de circuitos de análise de energia para detectar a variação de energia da energia e da variação de tensão e controlar o ciclo de trabalho responsivo à variação de energia e variação de tensão detectadas.[00223] In one embodiment, as described here, it is an apparatus comprising: a first node and a second node; and an energy extractor that includes: a set of circuits; a set of energy transfer circuits for transferring energy containing a current between the first and second nodes, wherein the magnitude of the current is at least partially responsive to a duty cycle of the circuit set; and a set of power analysis circuits to detect the power variation of the power and voltage variation and control the duty cycle responsive to the detected power variation and voltage variation.
[00224] Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de análise de energia opera em diferentes modos e em que em um modo de operação ordinário, sob certas condições, o conjunto de circuitos de análise de energia faz com que o conjunto de circuitos de transferência de energia diminua a corrente transferida, se a variação de energia e a variação de tensão forem ambas crescentes ou ambas decrescentes, e para aumentar a corrente , se a variação de energia for decrescente e a variação de tensão for crescente ou se a variação de energia for crescente e a variação de tensão for decrescente. Em uma modalidade, o conjunto de circuitos de análise de energia também controla a frequência do conjunto de circuitos para ao menos parcialmente controlar a magnitude da corrente. Em uma modalidade, o aparelho ainda inclui uma fonte acoplada ao primeiro nó e uma carga acoplada ao segundo nó.[00224] In one embodiment, the power analysis circuitry operates in different modes and in an ordinary mode of operation, under certain conditions, the power analysis circuitry causes the transfer circuitry to of energy decreases the transferred current, if the energy variation and the voltage variation are both increasing or both decreasing, and to increase the current, if the energy variation is decreasing and the voltage variation is increasing or if the energy variation is is increasing and the voltage variation is decreasing. In one embodiment, the power analysis circuitry also controls the frequency of the circuitry to at least partially control the magnitude of the current. In one embodiment, the apparatus further includes a source coupled to the first node and a load coupled to the second node.
[00225] Em uma modalidade, o extrator de energia opera em diferentes modos e em um modo de operação ordinário, o conjunto de circuitos de análise de energia controla o ciclo de trabalho responsivo à variação de energia e variação de tensão detectada, e em outro modo, que é o modo de proteção, o conjunto de circuitos de análise de energia controla o ciclo de trabalho responsivo a ao menos um fator diferente. Em uma modalidade, o ao menos um fator diferente inclui a detecção de ao menos uma condição limitante. Em uma modalidade, a condição limitante inclui qualquer uma ou mais das seguintes: tensão, energia, ou corrente excessiva no primeiro nó, extrator de energia, ou segundo nó; baixíssima tensão, energia, ou corrente no primeiro nó, extrator de energia, ou segundo nó; e uma condição limitante do dispositivo.[00225] In one embodiment, the energy extractor operates in different modes and in an ordinary operating mode, the energy analysis circuitry controls the duty cycle responsive to energy variation and detected voltage variation, and in another mode, which is the protection mode, the power analysis circuitry controls the duty cycle responsive to at least one different factor. In one embodiment, the at least one different factor includes the detection of at least one limiting condition. In one embodiment, the limiting condition includes any one or more of the following: excessive voltage, energy, or current at the first node, energy extractor, or second node; very low voltage, energy, or current at the first node, energy extractor, or second node; and a device limiting condition.
[00226] A seção de antecedentes da presente descrição fornece várias informações detalhadas, as quais, supostamente, seriam corretas, porém, que inadvertidamente podem conter alguns erros. Esses erros, se existirem, de forma alguma invalidam as invenções aqui descritas e reivindicadas. A seção Descrição Detalhada pode também in-cluir alguns erros inadvertidos, que não invalidam a invenção. Ainda, a seção Descrição Detalhada inclui algumas explicações teóricas da operação do extrator de energia ilustrado. Acredita-se que tais explicações teóricas sejam corretas, no entanto, se forem parcialmente incorretas, não invalidam uma descrição capacitante, nem invalidam as invenções descritas e reivindicadas.[00226] The background section of this description provides various detailed information, which is supposed to be correct, however, which may inadvertently contain some errors. Such errors, if they exist, in no way invalidate the inventions described and claimed herein. The Detailed Description section may also include some inadvertent errors, which do not invalidate the invention. Furthermore, the Detailed Description section includes some theoretical explanations of the operation of the illustrated energy extractor. Such theoretical explanations are believed to be correct, however, if they are partially incorrect, they do not invalidate an enabling description, nor do they invalidate the described and claimed inventions.
[00227] Seria interessante que as figuras incluíssem diagramas de blocos e representações esquemáticas que pudessem ser implantadas de inúmeras formas e que as implantações efetivas possam incluir diversos componentes e condutores adicionais.[00227] It would be interesting if the figures included block diagrams and schematic representations that could be implemented in numerous ways and that effective implementations could include several additional components and conductors.
[00228] Conforme aqui usado, o termo "modalidade" se refere a uma implantação de alguns aspectos das invenções. A referência na especificação a "uma modalidade," "algumas modalidades," ou "outras modalidades" significa que um recurso particular, conjunto de circuitos, ou característica está incluído em ao menos algumas modalidades, mas não necessariamente em todas as modalidades. Diferentes referências a "algumas modalidades" não necessariamente se referem à mesma "algumas modalidades."[00228] As used herein, the term "modality" refers to an implementation of some aspects of the inventions. Reference in the specification to "an embodiment," "some embodiments," or "other embodiments" means that a particular feature, circuitry, or characteristic is included in at least some embodiments, but not necessarily in all embodiments. Different references to "some embodiments" do not necessarily refer to the same "some embodiments."
[00229] Quando se diz que o elemento "A" é acoplado ao elemento "B," o elemento A pode estar diretamente acoplado ao elemento B ou pode estar indiretamente acoplado através de, por exemplo, elemento C. Quando a especificação ou as reivindicações afirmam que um componente, recurso, circuito, estrutura, processo, ou característica A atua em resposta a um componente, recurso, circuito, estrutura, processo, ou característica B, significa meramente que A é ao menos parcialmente responsivo a B (mas também pode ser responsivo a C, ou B e C ao mesmo tempo). Ou seja, quando se diz que A atua em resposta a B, A poderia atuar em resposta a B e C ao mesmo tempo. Do mesmo modo, quando se diz que A causa B, A é ao menos uma causa parcial de B, mas poderiam haver outras causas de B, seja separadamente ou em combinação com A.[00229] When element "A" is said to be coupled to element "B," element A may be directly coupled to element B or may be indirectly coupled through, for example, element C. When the specification or claims state that a component, resource, circuit, structure, process, or characteristic A acts in response to a component, resource, circuit, structure, process, or characteristic B, merely means that A is at least partially responsive to B (but may also be responsive to C, or B and C at the same time). In other words, when it is said that A acts in response to B, A could act in response to B and C at the same time. Likewise, when A is said to cause B, A is at least a partial cause of B, but there could be other causes of B, either separately or in combination with A.
[00230] Se a especificação declarar que um componente, recurso, estrutura, conjunto de circuitos, ou característica "pode" ou "poderia" estar incluído, esse componente, recurso, conjunto de circuitos, ou característica particular não está obrigatoriamente incluído. Se a especificação ou reivindicação se referir a "uma" estrutura, não significa a existência de apenas uma estrutura.[00230] If the specification states that a component, feature, structure, circuitry, or characteristic "may" or "could" be included, that particular component, feature, circuitry, or characteristic is not necessarily included. If the specification or claim refers to "one" structure, it does not imply the existence of only one structure.
[00231] Além do que foi aqui descrito, diversas modificações podem ser feitas às modalidades e implantações descritas da invenção, sem se afastar de seu escopo. Portanto, as ilustrações e exemplos do presente devem ser interpretados de modo ilustrativo, e não restritivo. O escopo da invenção deve ser mensurado com referência às reivindicações que se seguem.[00231] In addition to what has been described here, several modifications can be made to the described embodiments and implementations of the invention, without departing from its scope. Therefore, the illustrations and examples herein should be interpreted in an illustrative, not restrictive, manner. The scope of the invention must be measured with reference to the following claims.
Claims (16)
Applications Claiming Priority (15)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US88848607P | 2007-02-06 | 2007-02-06 | |
| US60/888,486 | 2007-02-06 | ||
| US11/774,562 | 2007-07-07 | ||
| US11/774,563 US8212399B2 (en) | 2006-11-27 | 2007-07-07 | Power extractor with control loop |
| US11/774,566 US9130390B2 (en) | 2006-11-27 | 2007-07-07 | Power extractor detecting power and voltage changes |
| US11/774,565 US7960870B2 (en) | 2006-11-27 | 2007-07-07 | Power extractor for impedance matching |
| US11/774,565 | 2007-07-07 | ||
| US11/774,563 | 2007-07-07 | ||
| US11/774,564 | 2007-07-07 | ||
| US11/774,566 | 2007-07-07 | ||
| US11/774,564 US8013474B2 (en) | 2006-11-27 | 2007-07-07 | System and apparatuses with multiple power extractors coupled to different power sources |
| US11/774,562 US7839025B2 (en) | 2006-11-27 | 2007-07-07 | Power extractor detecting a power change |
| US11/849,242 US9431828B2 (en) | 2006-11-27 | 2007-08-31 | Multi-source, multi-load systems with a power extractor |
| US11/849,242 | 2007-08-31 | ||
| PCT/US2008/001592 WO2008097591A2 (en) | 2007-02-06 | 2008-02-05 | Multi-source, multi-load systems with a power extractor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BRPI0807015A2 BRPI0807015A2 (en) | 2014-04-22 |
| BRPI0807015B1 true BRPI0807015B1 (en) | 2023-08-22 |
Family
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