[發(fā)明專利]片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410012615.6
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103762708A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 謝生;毛陸虹;張世林;韓聃;侯賀剛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35;H02S40/36
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)，其特征是，包括：

一組太陽能電池單元，該太陽能電池單元由標準CMOS工藝制備，并采用金屬互連工藝實現(xiàn)并行連接；

一個能量收集模塊，該模塊包括環(huán)形振蕩器、多級串聯(lián)的電荷泵和一個儲能電容，其作用是將片上太陽能電池的輸出電壓升高，并將能量存儲在儲能電容C_S中；

一個控制電路，其作用是監(jiān)控儲能電容兩端的電壓V_S，在儲能電壓V_S被提升到門限電壓V_H之前，控制電路的開關斷開，儲能電容C_S中斷向后繼電路提供能量，當儲能電壓V_S達到門限電壓V_H時，控制電路的開關閉合，儲能電容C_S通過線性穩(wěn)壓器給負載電路提供穩(wěn)定的工作電壓V_DD；當儲能電容C_S的能量泄放完畢后，控制電路的開關斷開，儲能電容C_S重新開始充電，重復上述過程；

一個線性穩(wěn)壓器，包括啟動電路、帶隙基準和運算放大器，其作用是為負載電路提供穩(wěn)定的工作電壓V_DD。

2.如權利要求1所述的片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)，其特征是，根據(jù)太陽能供電系統(tǒng)所驅(qū)動微系統(tǒng)的功耗和工作周期，儲能電容C_S可用片上集成的MOS電容、PN結電容或MIM電容實現(xiàn)，或者選用片外的傳統(tǒng)電容器。

3.如權利要求1所述的片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)，其特征是，根據(jù)負載電路工作電壓V_DD的大小，調(diào)節(jié)電荷泵的級數(shù)，以滿足負載電壓對儲能電容最大電壓值的要求，通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路中負載電阻的比例，使輸出電壓穩(wěn)定在V_DD。

4.如權利要求1所述的片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)，其特征是，控制電路包含一個電壓感應模塊和一個開關管M₂₀，Vs是儲能電容Cs上的電壓，以二極管形式串連的NMOS管M_n1～M_nn等效為一個大電阻，與電容C₁串聯(lián)，晶體管M₂₁和M₂₂構成由輸出電壓Vout控制C₁放電的回路；MOS管M₂₃和M₂₄以及MOS管M₂₅和M₂₆分別構成兩個反相器，MOS管M₂₇，M₂₈，M₂₉和電阻R₀構成一個非平衡反相器，其輸出低電位時開關管M₂₀導通，輸出高電位時開關管M₂₀截止；

開關電路的工作過程如下：電荷泵給儲能電容Cs充電過程時，Vs上升，電容C₁兩端電壓V_C1隨之升高，電容C₁的串聯(lián)電阻使C₁的充電電流很小，所以V_C1上升速度遠小于Vs，在儲能電容Cs上電壓上升到門限電壓V_H前，V_C1相當于低電位，不足以打開晶體管M₂₂，V_C1經(jīng)過兩級反相控制非平衡反相器輸出高電位，開關管M₂₀截止，晶體管M₂₁管截止，電容C1不放電，V_C1跟隨Vs持續(xù)上升；

當儲能電容Cs上的電壓達到門限電壓V_H時，V_C1升至高電位，晶體管M₂₂管導通，三級反相后，非平衡反相器輸出為零，開關管M₂₀打開，儲能電容Cs向后續(xù)電路泄放能量，此時輸出電壓Vout為負載工作電壓V_DD，晶體管M₂₁截止，C₁仍然不放電，Vs繼續(xù)給C₁充電，使開關管M₂₀保持一段時間導通，在此期間，儲能電容Cs放掉電荷使Vs將低，線性穩(wěn)壓器進入截至區(qū)，輸出電壓Vout近似為零，此時晶體管M₂₁導通，C₁通過晶體管M₂₁和M₂₂快速放電，使V_C1降為低電位，開關管M₂₀關斷，儲能電容Cs上的電壓V_S再次上升，V_C1跟隨Vs上升，控制電路進入下一工作周期。