[发明专利]一种自供电具有最大功率追踪双输入双输出能量收集电路

说明书

本发明为一种自供电具有最大功率追踪双输入双输出能量收集电路，包括DC‑DC升压电路、AC‑DC整流倍压电路、双输出自供电电路、以及开关控制模块。对于设计的双源输入电路，对直流源电路能够实时追踪其功率输出的最大功率点，极大地提高了能量的提取效率。在交流能量源输入的回路中，采用倍压整流结构，电路无需电源进行供电。整个整流升压转换电路可以看作是两个整流转换电路的并联，一个是高效的有源变换器和一个低效率的无源变换器，后者只是在启动时工作。采用倍压结构不仅有效的提高了整流电路的效率，并且可以使得整体电路能够在更低的输入电压下启动。双源输入输出自供电有效的提高了电路的适用性。

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种自供电具有最大功率追踪双输入双输出能量收集电路。

背景技术

能量收集技术主要是将环境中未使用的光、热、压电等能量收集起来并转换为可以直接利用的电能技术。近些年来随着物联网、智能传感器、无线模块以及智能可穿戴设备等兴新产业的发展，极大地推动了能量收集技术的发展。因为在这些应用中，传统的电池供电已经不能满足实际需要，传单器网络的可用寿命取决于电池的可用寿命，电池一般能持续工作3到5年，并且在每个传感器中都属于昂贵的组件，在这些应用中难以更换电池，而且更换电池费用高昂，将自供电系统用在无线传感器网络中，可达到取代电池或者延长电池的使用寿命的目的。如CN205092768U公开了一种能量收集电路从换能器接收输入电压并使用操作在DC-DC变换器充电模式中的单个电感来在耦合到存储有供电电压的能量存储设备的第一输出端处产生充电电流。该能量收集电路进一步从能量存储设备接收供电电压并使用操作在DC-DC变换器调节模式中的同一电感来在提供有经调节的负载电压的第二输出端处产生负载电流。该能量收集电路根据断续模式(DCM)控制过程来在充电模式和调节模式之间切换，但还存在以下不足的之处：上述能量收集电路为单输入源单输出，单个能量源使得能量来源单一，并且能量稳定性不好，适用范围有限，另外其针对的是直流源进行收集，而一些微弱的交流源不能够很好的结合利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够同时对直流源和交流源进行能量收集、弥补了单一能量源缺陷的自供电具有最大功率追踪双输入双输出能量收集电路。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种自供电具有最大功率追踪双输入双输出能量收集电路，包括DC-DC升压电路、AC-DC整流倍压电路、双输出自供电电路、以及开关控制模块；

所述DC-DC升压电路包括直流输入源模型VO1和R、最大功率追踪电路A2、振荡器A1、电容Ci1、电感L、以及NMOS管NS1；

所述直流输入电源模型VO1、R接入最大功率追踪电路产生输出电压Vin和Vmppt，最大功率追踪电路接振荡器A1，电压Vin分别接电容Ci1和电感L一端，电容Ci1同时接地，NMOS管NS1的源极接地、栅极由开关控制模块产生的信号SW1R控制、漏极接电感L另一端，NMOS管NS1的漏极和电感L另一端还分别接出至双输出自供电路的直流部分输入端；

所述AC-DC整流倍压电路包括交流输入源模型VO2和Ci2、两个非平衡比较器CMP2和CMP3、NMOS管NS2、电容CS、以及PMOS管PS7；

所述交流输入电源模型VO2和Ci2分别接NMOS管NS2的漏极、非平衡比较器CMP2的反相端、非平衡比较器CMP3的反相端、PMOS管PS7的漏极；NMOS管NS2的源极、非平衡比较器CMP2的同相端均接地，NMOS管NS2的栅极接非平衡比较器CMP2的输出控制信号；非平衡比较器CMP3的输出信号接PMOS管PS7的栅极，非平衡比较器CMP3的同相端分别接PMOS管PS7的源极、以及电容CS，电容CS同时接地，非平衡比较器CMP3的同相端、电容CS、PMOS管PS7的源极还分别接出至双输出自供电路的交流部分输入端；

所述开关控制模块的输入端接电压Vin和Vmppt、振荡器A1所产生信号Clk、以及双输出自供电路中的节点电压。