[發明專利]一種適用于光能收集結構的升壓變換電路

有效

• 申請號: 202010731314.4
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111865075B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 程心;張云峰;張章;張永強
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發明公開了一種適用于光能收集結構的升壓變換電路，包括主電荷泵單元、主振蕩器單元、第二電平移位器以及非重疊時鐘產生單元，所述主電荷泵單元包括六階可重構電荷泵，第一階可重構電荷泵至第六階可重構電荷泵順次連接，每一階可重構電荷泵的輸入端和輸出端通過增強型開關連接，所述主振蕩器單元的輸入端接收控制信號，主振蕩器單元的輸出端與非重疊時鐘產生單元的輸入端連接，非重疊時鐘產生單元、第二電平移位器以及主振蕩器單元順次連接；本發明的優點在于：系統功耗較低，系統工作效率和轉換效率較高。

技術領域

本發明涉及電源管理芯片領域，更具體涉及一種適用于光能收集結構的升壓變換電路。

背景技術

傳統的光能收集結構基本是一個獨立的光伏電池加一個帶有電源管理單元的CMOS芯片組合而成。但是對于可植入式設備，單獨的光伏電池相對芯片來說面積大、成本高，因此有研究通過將光伏電池和CMOS電路集成在同一硅襯底上，以此來節約面積降低成本并提高光伏電池效率，但是這種方法也導致了光伏微能量收集電路的其他幾個問題。首先，對于片上光伏電池，其輸出功率可能會低至幾納瓦，這使得系統在沒有外部控制信號或相應冷啟動結構的情況下很難正常工作。其次，這種結構的微能量收集系統輸出的電壓通常不夠高，無法為負載設備提供正常工作所需的穩定供電電壓。另外該結構組成的系統能量收集效率并不高，需要進一步改進內部結構及優化相關參數，以提高系統收集效率。

電荷泵，也稱為開關電容式電壓變換器，是一種利用所謂的“快速”或“泵送”電容(而非電感或變壓器)來儲能的DC-DC(變換器)，其屬于光能收集結構中的重要電路，其電路設計直接影響光能收集結構的系統效率。

中國專利申請號CN201810475387.4，公開了一種無線傳感器的混合能量收集裝置和運行方法，本裝置包括太陽能和風能收集子系統，還有中心處理器、PWM和儲能電容。中心處理器控制兩個子系統，收集的太陽能和風能存儲于儲能電容，為無線傳感器節點供電。其運行方法為光伏電池和風力發電機分別將太陽能和風能轉換為電能，分別存于太陽能存儲模塊和風能存儲模塊，所存電能達到最大，輸出至儲能電容。同時中心處理器根據光伏電池輸出電壓運行模糊邏輯控制方法，使光伏電池工作于最大功率點，同時中心處理器根據風力發電機的當前功率運行局部優化方法，調整風力發電機轉速，使風力發電機工作于最大功率點。該專利申請同時收集光能和風能，為無線傳感器網絡提供能源，持續可靠工作。但是其并沒有設計電荷泵，系統功耗較高，系統工作效率和轉換效率較低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于現有技術的光能收集結構并沒有設計電荷泵，導致系統功耗較高，系統工作效率和轉換效率較低。

本發明通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：一種適用于光能收集結構的升壓變換電路，包括主電荷泵單元、主振蕩器單元、第二電平移位器以及非重疊時鐘產生單元，所述主電荷泵單元包括六階可重構電荷泵，第一階可重構電荷泵至第六階可重構電荷泵順次連接，每一階可重構電荷泵的輸入端和輸出端通過增強型開關連接，所述主振蕩器單元的輸入端接收控制信號，主振蕩器單元的輸出端與非重疊時鐘產生單元的輸入端連接，非重疊時鐘產生單元、第二電平移位器以及主電荷泵單元順次連接。

本發明主電荷泵單元采用增強型開關結構電荷泵，使用增強型開關代替普通開關，在電荷泵時鐘信號變換時可以實現節點之間電荷的完全轉移，減少每一階之間的漏電流，與傳統電荷泵相比大大減少了跨階漏電流，從而降低了電荷泵功耗，提高系統工作效率和轉換效率。

進一步地，還包括增強型開關，所述第一階可重構電荷泵至第三階可重構電荷泵均包括第一電荷泵基礎單元，第四階可重構電荷泵至第六階可重構電荷泵均包括第二電荷泵基礎單元，每個第一電荷泵基礎單元的輸入端與輸出端之間連接一個增強型開關，每個第二電荷泵基礎單元的輸入端與輸出端之間連接一個增強型開關。