[發明專利]一種用于能量收集系統的最大功率點跟蹤裝置

有效

• 申請號: 202010941766.5
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112051884B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 李翔宇;尹文清;任凱;賴申濤;宗睿
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明公開了一種用于能量收集系統的最大功率點跟蹤裝置，其所述最大功率點跟蹤裝置包括能量收集裝置、電感、PMOS管MP、NMOS管MN、負載電容C、脈沖產生電路、開關控制單元、延時單元、邏輯門、驅動級、比較器、Voc采樣和MPP輸出模塊。本發明采用開關控制和電流轉換技術，降低有效的最大功率采樣和跟蹤時間。本發明采用基于電流保持技術的快速升壓變換器，能夠避免使用輸入大電容，在減小面積的同時能夠降低采樣過程中的能量損耗。本發明相對于傳統的最大功率點跟蹤裝置，結構簡單，能夠顯著降低跟蹤時間，提升功率轉換效率。

技術領域

本發明屬于集成電路設計與制造技術領域，涉及一種用于能量收集系統的最大功率點跟蹤裝置。

背景技術

最大功率點跟蹤裝置（MPPT）一般應用于能量收集系統中，常用于電源管理單元。最大功率點跟蹤的作用是能從能量收集系統中的前端能量收集裝置中識別最大可用功率，用于延長裝置的使用壽命。常見的最大功率點跟蹤方法有PO以及FOCV兩種。其中FOCV方法常用于低功率應用場合，主要原理是通過開路電壓、輸出電壓Voc與MPP電壓等之間的線性關系來找到最大功率點。

傳統的能量采集應用中，非連續導通模式需要定期關斷電源管理單元，同時進行Voc采樣，需要減小時間提升效率的話就需要加快Voc的采樣和MPP電壓的快速跟蹤。但是MPPT輸入端的大輸入電容又限制了Voc的快速采樣和計算；在連續導通模式下，雖然輸入電容較小，但是感應器中最大功率點電流較大，在采樣過程中這個電流需要快速泄放，泄放的電流大小與系統的輸出功率成正比，因此也很難實現有效的快速采樣和跟蹤。

發明內容

針對以上問題，本發明提供了一種用于能量收集系統的最大功率點跟蹤裝置。該裝置具有簡單的系統結構，相對于傳統的最大功率點跟蹤裝置而言，能夠顯著提升能量收集效率，加快跟蹤時間。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種用于能量收集系統的最大功率點跟蹤裝置，包括能量收集裝置、電感、PMOS管MP、NMOS管MN、負載電容C、脈沖產生電路、開關控制單元、延時單元、邏輯門、驅動級、比較器、Voc采樣和MPP輸出模塊，其中：

所述能量收集裝置的輸出端分別與電感的輸入端、開關控制單元的輸入端、Voc采樣和MPP輸出模塊的輸入端、比較器的輸入端相連；

所述電感的輸出端分別與PMOS管MP的源極、開關控制單元的輸出端、NMOS管MN的漏極相連；

所述開關控制單元的另一輸入端與延時單元的一個輸出端相連；

所述脈沖產生電路的一個輸出端與延時單元的輸入端相連，另一個輸出端分別與邏輯門的一個輸入端、Voc采樣和MPP輸出模塊的另一個輸入端相連；

所述延時單元的另一個輸出端與驅動級的一個輸入端相連；

所述邏輯門的另一個輸入端與比較器的輸出端相連，邏輯門的輸出端與驅動級的另一個輸入端相連；

所述驅動級的一個輸出端與PMOS管MP的柵極相連，驅動級的另一個輸出端與NMOS管MN的柵極相連；

所述Voc采樣和MPP輸出模塊的輸出端與比較器的另一個輸入端相連；

所述PMOS管MP的漏極接負載電容C的一端，負載電容C的另一端接地；

所述NMOS管MN的源極接地。

相比于現有技術，本發明具有如下優點：

1、本發明采用開關控制和電流轉換技術，降低有效的最大功率采樣和跟蹤時間。

2、本發明采用基于電流保持技術的快速升壓變換器，能夠避免使用輸入大電容，在減小面積的同時能夠降低采樣過程中的能量損耗。