[发明专利]一种基于最大功率点跟踪的双磁滞控制电荷泵能量采集器

说明书

本发明公开了一种基于最大功率点跟踪的双磁滞控制电荷泵能量采集器，包括能量源、电荷泵、缓冲电容、开关、负载电容、数控振荡器、最大功率点跟踪有限状态机、电荷泵电压磁滞控制器、漏电流振荡器以及输出电压磁滞控制器。本发明提供的双磁滞控制电荷泵能量采集器通过增加低功耗的输出电压调节环路，消除了轻载时的冗余能量，因此双磁滞控制电荷泵能量采集器在轻载和重载情况下都能保持高的功率转换效率。

技术领域

本发明涉及智能物联网领域，具体涉及一种基于最大功率点跟踪的双磁滞控制电荷泵能量采集器。

背景技术

物联网是“万物相连的互联网”，它以智能节点为基础，实现了在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。智能节点通常被实现为片上系统，其内部包含电荷泵能量采集器和负载，负载包括传感器、信号处理器和无线收发器等，为了给智能节点供电，可以使用多种能源，例如光伏、压电、热电和射频。

电荷泵能量采集器的输出功率取决于输入功率和损耗，由于能量源的环境相关特性影响其输入功率，电荷泵能量采集器必须使用最大功率点跟踪技术。

此外，过高或过低的输出电压会对负载产生不良影响，因此电荷泵能量采集器中需要加入电压控制机制，以保证负载正常工作。

现有技术中的单磁滞控制电荷泵能量采集器在重载时，磁滞控制器中的连续比较器瞬间开启，能量采集器能够保持高的功率转换效率，然而在轻载时，连续比较器长时间开启，消耗冗余能量以控制输出电压，能量采集器的功率转换效率严重下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于最大功率点跟踪的双磁滞控制电荷泵能量采集器，用以解决现有技术中的单磁滞控制电荷泵能量采集器在轻载时功率转换效率严重下降的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种基于最大功率点跟踪的双磁滞控制电荷泵能量采集器，包括能量源、电荷泵、缓冲电容、开关、负载电容、数控振荡器、最大功率点跟踪有限状态机、电荷泵电压磁滞控制器、漏电流振荡器以及输出电压磁滞控制器，其中：

电荷泵由能量源提供能量，在电荷泵至负载间的能量传递通路上依次安装所述的开关，能量传递通路上靠近电荷泵的一侧连接所述缓冲电容，靠近负载的一侧连接所述负载电容；

所述数控振荡器与最大功率点跟踪有限状态机双向交互，数控振荡器分别连接所述电荷泵以及电荷泵电压磁滞控制器；所述电荷泵电压磁滞控制器连接在缓冲电容以及开关之间的能量传递通路上，并通过最大功率点跟踪有限状态机连接所述电荷泵，构成最大功率点跟踪环路；

所述电荷泵电压磁滞控制器连接开关，构成电荷泵电压调节环路；

所述漏电流振荡器为输出电压磁滞控制器提供时钟，输出电压磁滞控制器一端连接在开关与负载电容之间的能量传递通路上，另一端连接所述电荷泵，构成输出电压调节环路。

进一步地，所述缓冲电容由虚设的侧壁电容构成，容值为100pF至200pF，可视为已消除，其用于为了最大功率点跟踪的目的在时域中对采集的能量进行积分和量化，并进行自供电。

进一步地，所述电荷泵电压磁滞控制器包括比较器CLKC1、比较器CONTC2、D触发器DH1、与门、与非门、非门以及延时单元，其中：