[發(fā)明專利]一種自供電具有最大功率追蹤雙輸入雙輸出能量收集電路

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010138862.6
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111200361A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳宏衛(wèi);楊俊
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M7/217;H02M1/08;G05F1/67
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 李燕英

本發(fā)明為一種自供電具有最大功率追蹤雙輸入雙輸出能量收集電路，包括DC?DC升壓電路、AC?DC整流倍壓電路、雙輸出自供電電路、以及開關(guān)控制模塊。對于設(shè)計(jì)的雙源輸入電路，對直流源電路能夠?qū)崟r(shí)追蹤其功率輸出的最大功率點(diǎn)，極大地提高了能量的提取效率。在交流能量源輸入的回路中，采用倍壓整流結(jié)構(gòu)，電路無需電源進(jìn)行供電。整個(gè)整流升壓轉(zhuǎn)換電路可以看作是兩個(gè)整流轉(zhuǎn)換電路的并聯(lián)，一個(gè)是高效的有源變換器和一個(gè)低效率的無源變換器，后者只是在啟動時(shí)工作。采用倍壓結(jié)構(gòu)不僅有效的提高了整流電路的效率，并且可以使得整體電路能夠在更低的輸入電壓下啟動。雙源輸入輸出自供電有效的提高了電路的適用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自供電具有最大功率追蹤雙輸入雙輸出能量收集電路。

背景技術(shù)

能量收集技術(shù)主要是將環(huán)境中未使用的光、熱、壓電等能量收集起來并轉(zhuǎn)換為可以直接利用的電能技術(shù)。近些年來隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器、無線模塊以及智能可穿戴設(shè)備等興新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，極大地推動了能量收集技術(shù)的發(fā)展。因?yàn)樵谶@些應(yīng)用中，傳統(tǒng)的電池供電已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要，傳單器網(wǎng)絡(luò)的可用壽命取決于電池的可用壽命，電池一般能持續(xù)工作3到5年，并且在每個(gè)傳感器中都屬于昂貴的組件，在這些應(yīng)用中難以更換電池，而且更換電池費(fèi)用高昂，將自供電系統(tǒng)用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，可達(dá)到取代電池或者延長電池的使用壽命的目的。如CN205092768U公開了一種能量收集電路從換能器接收輸入電壓并使用操作在DC-DC變換器充電模式中的單個(gè)電感來在耦合到存儲有供電電壓的能量存儲設(shè)備的第一輸出端處產(chǎn)生充電電流。該能量收集電路進(jìn)一步從能量存儲設(shè)備接收供電電壓并使用操作在DC-DC變換器調(diào)節(jié)模式中的同一電感來在提供有經(jīng)調(diào)節(jié)的負(fù)載電壓的第二輸出端處產(chǎn)生負(fù)載電流。該能量收集電路根據(jù)斷續(xù)模式(DCM)控制過程來在充電模式和調(diào)節(jié)模式之間切換，但還存在以下不足的之處：上述能量收集電路為單輸入源單輸出，單個(gè)能量源使得能量來源單一，并且能量穩(wěn)定性不好，適用范圍有限，另外其針對的是直流源進(jìn)行收集，而一些微弱的交流源不能夠很好的結(jié)合利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠同時(shí)對直流源和交流源進(jìn)行能量收集、彌補(bǔ)了單一能量源缺陷的自供電具有最大功率追蹤雙輸入雙輸出能量收集電路。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種自供電具有最大功率追蹤雙輸入雙輸出能量收集電路，包括DC-DC升壓電路、AC-DC整流倍壓電路、雙輸出自供電電路、以及開關(guān)控制模塊；

所述DC-DC升壓電路包括直流輸入源模型VO1和R、最大功率追蹤電路A2、振蕩器A1、電容Ci1、電感L、以及NMOS管NS1；

所述直流輸入電源模型VO1、R接入最大功率追蹤電路產(chǎn)生輸出電壓Vin和Vmppt，最大功率追蹤電路接振蕩器A1，電壓Vin分別接電容Ci1和電感L一端，電容Ci1同時(shí)接地，NMOS管NS1的源極接地、柵極由開關(guān)控制模塊產(chǎn)生的信號SW1R控制、漏極接電感L另一端，NMOS管NS1的漏極和電感L另一端還分別接出至雙輸出自供電路的直流部分輸入端；

所述AC-DC整流倍壓電路包括交流輸入源模型VO2和Ci2、兩個(gè)非平衡比較器CMP2和CMP3、NMOS管NS2、電容CS、以及PMOS管PS7；

所述交流輸入電源模型VO2和Ci2分別接NMOS管NS2的漏極、非平衡比較器CMP2的反相端、非平衡比較器CMP3的反相端、PMOS管PS7的漏極；NMOS管NS2的源極、非平衡比較器CMP2的同相端均接地，NMOS管NS2的柵極接非平衡比較器CMP2的輸出控制信號；非平衡比較器CMP3的輸出信號接PMOS管PS7的柵極，非平衡比較器CMP3的同相端分別接PMOS管PS7的源極、以及電容CS，電容CS同時(shí)接地，非平衡比較器CMP3的同相端、電容CS、PMOS管PS7的源極還分別接出至雙輸出自供電路的交流部分輸入端；

所述開關(guān)控制模塊的輸入端接電壓Vin和Vmppt、振蕩器A1所產(chǎn)生信號Clk、以及雙輸出自供電路中的節(jié)點(diǎn)電壓。