[發明專利]一種使用片上光伏電池微能量收集系統及方法

有效

• 申請號: 202010732140.3
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111857228B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 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: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67;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

本發明公開了一種使用片上光伏電池微能量收集系統及方法，包括片上光伏電池等效模塊、連續MPPT模塊、輔助升壓變換器模塊、控制信號產生模塊、主升壓變換器模塊以及電壓調節模塊，所述片上光伏電池等效模塊分別與連續MPPT模塊、輔助升壓變換器模塊以及主升壓變換器模塊連接，連續MPPT模塊、輔助升壓變換器模塊、控制信號產生模塊、主升壓變換器模塊以及電壓調節模塊順次連接；本發明的優點在于：系統能量收集效率較高，輸出電壓穩定，為負載設備提供高效穩定的供電電壓，實用性較高。

技術領域

本發明涉及電源管理芯片領域，更具體涉及一種使用片上光伏電池微能量收集系統及方法。

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。

最大功率點追蹤(Maximum power point tracking，簡稱MPPT)是常用在風力發電機及光伏太陽能系統的技術，目的是在各種情形下都可以得到最大的功率輸出。最大功率點追蹤主要是用在太陽能發電，不過其原理也可以應用在其輸入功率會變化的能量源：例如光能傳輸以及熱光電等。

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。但是其能量收集效率偏低，輸出電壓不穩定，無法為負載設備提供高效穩定的供電電壓，實用性不高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于現有技術的能量收集系統及方法，其系統能量收集效率偏低，輸出電壓并不穩定，無法為負載設備提供高效穩定的供電電壓，實用性不高的問題。

本發明通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：一種使用片上光伏電池微能量收集系統，包括片上光伏電池等效模塊、連續MPPT模塊、輔助升壓變換器模塊、控制信號產生模塊、主升壓變換器模塊以及電壓調節模塊，所述片上光伏電池等效模塊分別與連續MPPT模塊、輔助升壓變換器模塊以及主升壓變換器模塊連接，連續MPPT模塊、輔助升壓變換器模塊、控制信號產生模塊、主升壓變換器模塊以及電壓調節模塊順次連接；