[發明專利]一種用于能量收集系統的混合型升壓電路及控制方法

有效

• 申請號: 202011285744.4
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112510997B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 彭晗;袁嘉勇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M3/07;H02K35/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種用于能量收集系統的混合型升壓電路，其特征在于，包括電能變換電路、控制電路與驅動電路；電能變換電路包括整流模塊、儲能模塊、濾波模塊與負載模塊；控制電路包括線圈電流檢測電路、PWM波產生電路、電容電壓檢測電路、切換電路；所述電能變換電路用于將收集的能量進行變換與處理，同時存儲能量并對負載輸出；所述控制電路為電能變換電路提供控制策略，減小負載的輸出受外部環境的影響，保證負載的輸出能夠穩定；所述驅動電路由控制電路控制，并向電能變換電路提供驅動信號；

所述電能變換電路中的整流模塊由線圈、兩個二極管、一個NMOS管構成，所述儲能模塊由儲能電容構成，所述濾波模塊由濾波電容構成，線圈和儲能電容串聯后與NMOS管并聯，同時與第一二極管并聯；并聯時，第一二極管的正向導通方向與NMOS管寄生二極管的正向導通方向相同；前述電路再與第二二極管串聯，第二二極管的陽極與第一二極管的陰極連接至同一點；前述電路再與濾波電容并聯；所述負載模塊并聯在所述濾波電容的兩端。

2.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述電能變換電路的線圈通過PCB板繞制而成。

3.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述線圈用作電能變換電路的電感以及外部能量收集的媒介。

4.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述儲能電容用作儲能元件。

5.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述線圈電流檢測電路由檢測電阻與檢測電容串聯而成，檢測電容與檢測電阻串聯并共同并聯在電能變換電路的線圈兩端。

6.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述PWM波產生電路由兩個運算放大器構成，在外部振動消失的情況下，用于將線圈電流檢測電路的檢測電容上所得的線圈電流信號放大并與電容電壓檢測電路給定的參考電壓值進行滯環控制，產生PWM波，經驅動電路輸入至電能變換電路的NMOS管的柵極處。

7.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述電容電壓檢測電路由一個運算放大器構成，在外部振動消失的時候檢測儲能電容的電壓大小，給后續的PWM波產生電路提供基準電壓，來對PWM波的占空比進行控制。

8.如權利要求1所述的電路，其特征在于，所述切換電路由兩個運算放大器與兩個與門構成，兩個運算放大器分別構成電壓比較器與遲滯比較器，通過比較輸出電壓與給定值的大小來控制運算放大器的工作以及NMOS管的工作情況。

9.一種基于權利要求1至8任一項所述的混合型升壓電路的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

當外部振動出現時，電能變換電路由控制電路切換至倍壓整流工作模式，驅動電路由控制電路控制停止輸出，此時電能變換電路收集環境中的能量并對其進行升壓以達到負載所需的電壓值，同時對能量進行存儲并輸出；

當外部振動消失時，電能變換電路由控制電路切換至boost電路模式，驅動電路由控制電路控制啟動輸出，此時電能變換電路利用儲能電容在振動存在時的儲能電容作為電源，通過控制電路與驅動電路對電能變換電路進行穩壓控制，保持負載電壓仍然維持到負載所需電壓值，使外部源消失的時候仍然可以保證輸出的穩定。