專利名稱：用于使用單一光伏元件的電子電路的光功率的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及提供光功率的領(lǐng)域，尤其涉及向電子元件提供光功率 的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光功率用光線使遠處的隔離電路運行，不需要金屬導線提供電功 率。眾所周知，響應于光線照射光電二極管，使用多個串聯(lián)連接的光 電二極管組成的傳統(tǒng)光伏功率轉(zhuǎn)換器向電路提供光功率。例如，加利
福尼亞州米爾皮塔斯城的JDSU公司制造的可以向電子電路供電的光 伏功率轉(zhuǎn)換器。因為單一的硅光電二極管不能產(chǎn)生足夠大的電壓(約 0.7伏)為電路供電，所以可以使用串聯(lián)的光電二極管。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換 器是價格昂貴的部件，并且只有很少的地方制造。
光功率的示例應用是向燃料箱中的傳感器提供功率，其優(yōu)點在于 通過消除金屬導線的使用可以降低燃料箱爆炸的隱患，同時仍然向監(jiān) 控燃料箱狀況如壓力的傳感器供電。在另一示例中，其通過消除金屬 導線的使用有助于減輕重量。但是，如上所述，由于為了向燃料箱中 的傳感器或其他電路提供足夠的電壓，需要提供具有多個光電二極管 的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器，所以使用光功率導致成本提高。
因此，需要提供一種系統(tǒng)，其具有光功率的優(yōu)點，同時性價比高。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)在此所述的系統(tǒng)，光功率系統(tǒng)包括響應光線照射提供第一電 壓的單一光伏元件。電壓升壓器連接到光伏元件，接收來自光伏元件 的第一電壓，并產(chǎn)生大于第一電壓的第二電壓。光伏元件可以是包括 光纖連接的發(fā)光二極管。電壓升壓器可以是電荷泵型DC/DC升壓轉(zhuǎn)換 器和/或電感型DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。電感型DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器在第一電壓切斷之后可以再運行一段時間。第一電壓可以小于3伏，第二電 壓大于3伏。電壓升壓器可以包括數(shù)字輸出，其指示照射在光伏元件 上的光的狀態(tài)。
進一步根據(jù)在此所述的系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)包括響應光線照射提供 第一電壓的單一光伏元件。電壓升壓器連接到光伏元件，其接收來自 光伏元件的第一電壓，并提供大于第一電壓的第二電壓。電路可以連 接到電壓升壓器，其接收第二電壓，其中第二電壓足以向所述電路供 電。
光伏元件可以是發(fā)光二極管。所述電路可以是傳感器，如燃料箱 壓力傳感器。所述電路可以包括通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)可以識別光調(diào)制 信號。光伏元件、電壓升壓器和所述電路都可以安放在外殼中。光線 可以通過光纖連接提供給光伏元件。電壓升壓器可以是電荷泵型
DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器禾卩/或電感型DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。電感型DC/DC升 壓轉(zhuǎn)換器可以在第一電壓切斷之后運行一段時間。第一電壓可以小于 3伏，第二電壓大于3伏，其中所述電路要求提供至少約3伏的電壓。
進一步根據(jù)在此所述的系統(tǒng)，以光學方式向電路供電的方法包括 固定單一光伏元件以接受光線照射，其中光伏元件響應光線的照射提 供第一電壓。電壓升壓器可以連接到光伏元件，其中電壓升壓器接收 第一電壓并提供大于第一電壓的第二電壓。電路可以連接到電壓升壓 器，其中電路由第二電壓供電。光伏元件可以是發(fā)光二極管。電路可 以是燃料箱傳感器。調(diào)制照射光線以與電路通信。


參考附圖描述系統(tǒng)實施例，其中 圖l是根據(jù)在此所述系統(tǒng)實施例的光功率系統(tǒng)的原理圖。 圖2是根據(jù)在此所述另一系統(tǒng)實施例的光功率系統(tǒng)的原理圖。 圖3是根據(jù)在此所述系統(tǒng)實施例的傳感器系統(tǒng)的示意圖，其包括 光功率系統(tǒng)和傳感器和/或其他電路。
具體實施方式
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參考附圖，附圖包括本說明書的一部分并表示所述系統(tǒng)的示例性 實施例。應當理解，在一些情況下，系統(tǒng)的各方面是原理性地表示或 者經(jīng)過夸大或改動，從而便于理解本系統(tǒng)。
在所述系統(tǒng)的實施例中，發(fā)光二極管(LED)和DC/DC電壓升壓 器可以用于光功率系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換器。LED和DC/DC電壓 升壓器元件是一般可以獲得的成品元件。LED通?？梢杂糜诎l(fā)光，但 是當暴露在亮光中時也可以用于產(chǎn)生電功率，類似于光電二極管但是 其能產(chǎn)生更高的電壓(例如，稍大于l伏)。已知電路能響應光線照 射利用LED的光伏電壓，如光傳感器，其可以用于與在此所述的系統(tǒng) 連接。來自LED的電壓雖然仍不足以向大部分電路供電，但足夠用于 使DC/DC電壓升壓器運行，例如DC/DC電壓升壓器通常用于提高單體 太陽能電池的電壓。
圖1是根據(jù)在此所述系統(tǒng)實施例的光功率系統(tǒng)100的原理圖。所示 LED 100連接到DC/DC電壓升壓器120。響應于亮光照射LED， LED110向電壓升壓器120的V^端提供電壓。例如，LED可以向V^端 提供稍大于l伏的電壓。在實施例中，LED可以從加利福尼亞州圣克 拉拉的安捷倫技術(shù)公司出品的HFBR-14xx系列中選擇，如包括光纖連 接的HFBR-1414型元件。電壓升壓器120在V^端接收來自LED的輸入 電壓，并在VouT端提供增大的電壓。例如，電壓升壓器120可以提供 3.3伏的輸出電壓，該電壓足以向電路供電。例如，來自升壓器120的 輸出電壓足以向傳感器供電，如燃料箱中的壓力傳感器。還可以用其 他類型的傳感器替換壓力傳感器，如電容傳感器、溫度傳感器、超聲 傳感器和電阻傳感器，其可以用于測量燃料的高度、體積、密度、流 量、污染等。
在實施例中，電壓升壓器120可以是從加利福尼亞州米爾皮塔斯 的Linear Technology公司購得的穩(wěn)壓電荷泵DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，例 如LTC1502-3.3型元件。電壓升壓器120適當運行需要外部電容，如五個外部電容122a-122e，其連接到V!n、 Vout、 Cl + 、 C廠、C3十、C3一 和C2端，如圖1所示。在不同實施例中，電容的范圍在lpF-10)iF。
圖2是根據(jù)在此所述另一系統(tǒng)實施例的光功率系統(tǒng)200的原理圖。 所示LED 210連接到DC/DC電壓升壓器220。響應于亮光照射LED， LED 210向電壓升壓器220的V!n提供電壓，LED 210可以類似于在此 討論的LED 110。例如，LED可以向Vm端提供稍大于l伏的電壓。電 壓升壓器220可以是電感型電壓升壓器，其比圖1所示的電荷泵DC/DC 電壓升壓器效率高。電壓升壓器220在Vw端接收輸入電壓，并在Vout 端提供輸出電壓，輸出電壓足以向如傳感器的電路供電。在實施例中， 電壓升壓器220是微功率同步升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，其可以從加利福尼 亞州米爾皮塔斯的Linear Technology公司獲得，如輸出3伏電壓的 LTC3525L-3型元件。電壓升壓器220可以包括用于使其適當運行的外 部元件，包括電容222a、 222b和電感222c，如圖2所示。如圖所示， 電感222c跨接在V^端與開關(guān)(SW)輸入端之間。電壓升壓器220還 可以包括關(guān)閉控制(SHDN)端，其可以用于打開或關(guān)斷電壓升壓器 220。
在實施例中，電壓升壓器220包括延遲啟動部件，其允許在電壓 升壓器開通之前增大輸入能量。由于電感型升壓器需要較大的啟動電 流，啟動中可能出現(xiàn)延遲。此外，亮光可短時間關(guān)閉，而不中斷電壓 升壓器220的功率輸出。亮光調(diào)制可以用于與被供電的傳感器或其他 電路通信，如在此的進一步討論所述。電壓升壓器220可以包括指示 亮光狀態(tài)的數(shù)字輸出。
圖3是根據(jù)在此所述系統(tǒng)實施例的傳感器系統(tǒng)300的示意圖，其包 括光功率系統(tǒng)305和傳感器330和/或其他電路。光功率系統(tǒng)305可以包 括運行與在此所述元件110、 210、 120、 220類似的LED310和電壓升 壓器320。光功率系統(tǒng)305可以連接到傳感器330，光功率系統(tǒng)305和傳 感器330可以安放在外殼302中。傳感器系統(tǒng)300的外殼302可以提供允 許LED310接收亮光的光學通路304。用于光線通信鏈路的連接可以與 LED 310集成。調(diào)制亮光可以用于與傳感器330通信。因此，傳感器330可以包括識別光調(diào)制信號的通信系統(tǒng)。其他通信系統(tǒng)也可以用于 與在此所述系統(tǒng)連接，這些系統(tǒng)包括例如無線通信，其中傳感器330 接收無線發(fā)送的信號和/或無線發(fā)送包含傳感器數(shù)據(jù)的信號。
其他元件也可以用于在此所述的系統(tǒng)，包括其他類型的LED和/ 或非LED的光伏元件，這些元件能產(chǎn)生足以運行DC/DC轉(zhuǎn)換器禾口/或 其他類型的電壓升壓器元件的電壓。例如，可以使用鎵砷光電二極管。
考慮在此公開的說明書和實施例，本發(fā)明的其他實施例對本領(lǐng)域 的技術(shù)人員顯而易見。說明書和實例應當僅視為示例性的，本發(fā)明的 真實范圍和精神如權(quán)利要求所述。
權(quán)利要求
1、光功率系統(tǒng)，包括響應光線照射提供第一電壓的單一光伏元件；連接到光伏元件的電壓升壓器，該電壓升壓器接收來自光伏元件的第一電壓并產(chǎn)生大于第一電壓的第二電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光功率系統(tǒng)，其中光伏元件是發(fā)光二極管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光功率系統(tǒng)，其中發(fā)光二極管包括光纖 連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光功率系統(tǒng)，其中電壓升壓器是電荷泵 型DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光功率系統(tǒng)，其中電壓升壓器是電感型 DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光功率系統(tǒng)，其中電感型DC/DC升壓轉(zhuǎn) 換器在第一電壓切斷之后運行一段時間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光功率系統(tǒng)，其中第一電壓小于3伏， 第二電壓大于3伏。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光功率系統(tǒng)，其中電壓升壓器包括數(shù)字 輸出，該數(shù)字輸出指示照射在光伏元件上的光的狀態(tài)。
9、 傳感器系統(tǒng)，包括響應光線照射提供第一電壓的單一光伏元件；連接到光伏元件的電壓升壓器，該電壓升壓器接收來自光伏元件 的第一電壓并提供大于第一電壓的第二電壓；連接到電壓升壓器的電路，該電路接收第二電壓，其中第二電壓 足以向所述電路供電。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其中光伏元件是發(fā)光二 極管。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述電路是傳感器。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述傳感器是燃料 箱壓力傳感器。
13、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述電路包括通信系統(tǒng)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的傳感器系統(tǒng)，其中通信系統(tǒng)識別光調(diào) 制通信信號。
15、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，進一步包括外殼，其中光伏元件、電壓升壓器和所述電路均安放在該外殼中。
16、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其中光線通過光纖連接 提供給光伏元件。
17、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其中電壓升壓器是電荷 泵型DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。
18、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其中電壓升壓器是電感 型DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的傳感器系統(tǒng)，其中電感型DC/DC升壓 轉(zhuǎn)換器在第一電壓切斷之后運行一段時間。
20、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其中第一電壓小于3伏， 第二電壓大于3伏，其中所述電路要求提供至少約3伏的電壓。
21、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其中電壓升壓器包括數(shù) 字輸出，該數(shù)字輸出指示照射在光伏元件上的光的狀態(tài)。
22、 以光學方式向電路供電的方法，包括 固定單一光伏元件以接受光線照射，其中光伏元件響應光線的照射提供第一電壓；將電壓升壓器連接到光伏元件，其中電壓升壓器接收第一電壓并 提供大于第一電壓的第二電壓；將電路連接到電壓升壓器，其中所述電路由第二電壓供電。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中光伏元件是發(fā)光二極管。
24、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電路是燃料箱傳感器。
25、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進一步包括 調(diào)制照射光線以與所述電路通信。
全文摘要
本發(fā)明公開的光功率系統(tǒng)，包括響應光線照射提供第一電壓的單一光伏元件。電壓升壓器接收來自光伏元件的第一電壓，并提供大于第一電壓的第二電壓。光功率用光線使遠處的隔離電路運行，不需要金屬導線提供電功率。光功率系統(tǒng)可以與由電壓升壓器提供的第二電壓供電的傳感器集成。光伏元件可以是便宜的發(fā)光二極管。
文檔編號H02M3/00GK101483382SQ20081018656
公開日2009年7月15日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者布魯斯·羅伯特·克蘭 申請人:西蒙斯精密產(chǎn)品公司