[發(fā)明專利]一種動(dòng)態(tài)追蹤DC?DC電源轉(zhuǎn)換器最大效率點(diǎn)電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710864819.6
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107809173A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張浩;姚鴻;仲正
• 申請（專利權(quán)）人: 揚(yáng)州芯智瑞電子科技有限公司
• 主分類號: H02M3/00
• 分類號: H02M3/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司32102
• 代理人: 陳棟智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線能量傳輸接收電路，特別涉及一種最大效率追蹤電路。

背景技術(shù)

無線膠囊內(nèi)窺鏡作為新一代醫(yī)療器械，在消化道炎癥和病變的無痛檢測方面表現(xiàn)卓越，能夠?qū)?nèi)消化系統(tǒng)炎癥和癌癥的提前監(jiān)測和預(yù)防。目前，無線膠囊內(nèi)窺鏡主要依靠紐扣電池實(shí)現(xiàn)對其工作狀態(tài)下電量供應(yīng)。但是，傳統(tǒng)紐扣電池的功率容量極大限制了膠囊內(nèi)窺鏡在人體消化道長時(shí)間穩(wěn)定工作，限制其在生物醫(yī)療領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

為了解決紐扣電池功率容量低的局限性帶來的問題，通常采用基于感應(yīng)或磁諧振式近場無線能量傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)對無線膠囊內(nèi)窺鏡的工作狀態(tài)下實(shí)時(shí)穩(wěn)定的電量供應(yīng)；圖1是無線膠囊內(nèi)窺鏡無線能量傳輸接收電路系統(tǒng)框圖；接收線圈感應(yīng)并且捕獲到消化道環(huán)境中交變磁場，并且通過電磁感應(yīng)原理轉(zhuǎn)化為交變電場作為整流電路的功率源。該部分交變電場能量通過整流電路后可以轉(zhuǎn)化為直流電壓。一般而言，輸出電壓不穩(wěn)定不能夠直接作為微控制器或者傳感器網(wǎng)絡(luò)的電壓供應(yīng)；通常需要引入DC-DC電源轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)對電壓的穩(wěn)定輸出（3.3V電壓是常見的微控制器或者傳感器的工作電壓）。

傳統(tǒng)無線能量傳輸技術(shù)依靠Low Dropout Voltage Regulator (LDO)來實(shí)現(xiàn)對整流電路輸出電壓的穩(wěn)定，但是LDO僅僅考慮對電壓進(jìn)行穩(wěn)定，所以直流-直流轉(zhuǎn)換效率低，一般作為基于電池電量供應(yīng)的電路系統(tǒng)，例如手機(jī)、電腦等消費(fèi)電子；為了實(shí)現(xiàn)高效率的直流-直流功率的轉(zhuǎn)換，需要采用帶有最大效率點(diǎn)追蹤的DC-DC電源轉(zhuǎn)換器。例如凌力（Linear Technology）公司的LTC3129-1 DC/DC升壓/降壓型轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)崿F(xiàn)80%~90%的直流-直流功率轉(zhuǎn)換效率，極大滿足無線膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)對直流功率轉(zhuǎn)換效率的需求。

本發(fā)明主要基于凌力（Linear Technology）公司的芯片LTC3129-1 DC/DC升壓/降壓型轉(zhuǎn)換器進(jìn)行的電路設(shè)計(jì)，同樣該電路設(shè)計(jì)方法適用于所有帶有最大效率點(diǎn)追蹤的DC-DC電源轉(zhuǎn)換器。圖2是通過R5和R6構(gòu)成的高阻抗電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對非理想電壓源的最大效率追蹤的常見電路示意圖。高阻抗反饋電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對非理想電壓源開路電壓信號提取，能夠有效調(diào)整非理想電壓源最佳負(fù)載能力（因?yàn)閷τ诜抢硐腚妷涸炊裕?fù)載和輸出電壓存在一一對應(yīng)關(guān)系），并且最終表現(xiàn)在芯片的輸入電壓和輸入電流上，最佳負(fù)載情況下的LTC3129-1的輸入電壓滿足，

Vin=1.175V?(1+R5/R6)

通過R5和R6電阻節(jié)點(diǎn)電壓與LTC3129-1芯片內(nèi)部參考電壓1.175V比較，如果節(jié)點(diǎn)電壓大于1.175V，芯片內(nèi)部通過電流控制電路控制流入芯片的電流I2，即調(diào)整Vin/I2對應(yīng)的電阻值，Vin/I2和非理想電壓源內(nèi)阻Rs進(jìn)行分壓，進(jìn)而非理想電壓源的輸出電壓（也是LTC3129-1芯片的輸入電壓Vin）隨之減小，由于R5和R6串聯(lián)構(gòu)成高阻抗，一般MΩ級別，所以流經(jīng)高阻抗反饋網(wǎng)絡(luò)的電流極低，電阻損耗可以忽略不計(jì)。重復(fù)上述反饋過程直到高阻抗反饋電阻網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)電壓等于LTC3129-1芯片內(nèi)部的參考電平1.175V，最終實(shí)現(xiàn)非理想電壓源的最大效率點(diǎn)追蹤的目的。

圖2中R5和R6構(gòu)成的高阻抗反饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對芯片輸入電壓Vin=1.175V?(1+R5/R6) 的調(diào)控，如果電壓源開路輸出電壓發(fā)生改變，則不能在所有情況下，簡單通過Vin=1.175V?(1+R5/R6)的高阻抗反饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)非理想電壓源最大效率點(diǎn)追蹤。在無線膠囊內(nèi)窺鏡應(yīng)用中，基于肖特基二極管的二倍壓電路作為如圖3所示的非理想電壓源，不同輸入功率對應(yīng)著不同的最大效率點(diǎn)輸出電壓，如圖4所示，從圖4可以清晰看出，基于肖特基二極管的二倍壓電路的最大效率點(diǎn)對應(yīng)的輸出電壓隨著輸入功率增大而逐漸增大，因此采用圖2的R5和R6構(gòu)成的高阻抗反饋分壓網(wǎng)絡(luò)不能夠滿足大功率輸入范圍的最大效率點(diǎn)追蹤。因此需要通過相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對不同輸入功率情況下的最大效率點(diǎn)跟蹤，進(jìn)而滿足無線膠囊內(nèi)窺鏡的系統(tǒng)效率需求，實(shí)現(xiàn)膠囊內(nèi)窺鏡無線能量傳輸系統(tǒng)的效率最大化提取。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)態(tài)追蹤DC-DC電源轉(zhuǎn)換器最大效率點(diǎn)電路，解決現(xiàn)有技術(shù)中高阻抗反饋分壓網(wǎng)絡(luò)不能夠滿足大功率輸入范圍的最大效率點(diǎn)追蹤的問題。