一种用于光能收集的集成转换器电路制造技术

本发明专利技术公开一种用于光能收集的集成转换器电路，这种转换器电路具有追踪最大功率点功能并且适用于低能量收集的小型化可穿戴设备中，包括功率级、电压采样、电流采样、模拟乘法器、采样保持、动态比较器、加入抖动的数字型脉冲宽度调制(DDPWM)、驱动和振荡器模块。DDPWM模块根据预先设计好的抖动序列在控制功率管的占空比信号上添加抖动，电压采样和电流采样模块分别采样光伏电池的输出电压和电流，并将它们输入模拟乘法器，采样保持电路在时序信号控制下采样两个特定时刻模拟乘法器的输出，并利用动态比较器比较它们的大小关系，功率管的占空比控制信号根据动态比较器的输出结果增加或者减小从而实现动态追踪最大功率点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于光能收集的集成转换器电路
本专利技术涉及一种用于光能收集的集成转换器电路，具体涉及一种用于光能收集的具有最大功率点追踪功能的升压型转换器集成电路。
技术介绍
随着微型化技术的发展，可穿戴设备变得越来越普及。但是大部分的可穿戴设备仍使用大容量电池供电，限制了可穿戴设备的进一步小型化，而且电池频繁的充放电会降低设备的寿命。利用周围环境中的清洁能源实现自供电是解决这一问题的有效方案。其中，光能以其较高的能量密度成为一种普遍使用的清洁能源。光伏电池的非线性特性使它在不同工作点的输出功率不同，而且不同光照和温度环境下光伏电池的输出特性曲线也会发生变化。因此，最大功率点追踪技术(MPPT)经常用在能量收集系统中来提高能量的转换效率。在各种MPPT技术中，纹波控制技术(RCC)追踪速度快、精度高并且实现简单。然而，RCC不适用于高频开关能量转换器，这个缺点限制了RCC的应用。基于抖动纹波的MPPT技术(DDRCC)将RCC技术和加入抖动的脉冲宽度调制技术(DDPWM)结合去追踪最大功率点，不仅能够增加MPPT的准确性，并且能够应用于高频开关的转换器。用于便携式可穿戴设备中的转换器应该具有小的体积，并且为了提高能量收集的转换效率，转换器中控制电路功耗应该足够小。DDRCC的集成解决方案用于便携式可穿戴设备极具发展前景：一方面基于DDRCC的集成电路能够简化系统设计，降低系统功耗；另一方面DDRCC和传统的RCC技术相比，能够用于高频开关转换器，从而减小无源元件的体积，实现设备的小型化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提供一种基于DDRCC的集成解决方案和实现该方案的光伏能量收集转换器集成电路。本专利技术采取的技术方案为：包括功率级模块、电压采样电阻R1和R2、电流采样电阻Rsense、电压采样模块、电流采样模块、模拟乘法器、采样保持模块、动态比较器、加入抖动的数字脉冲宽度调制模块(DDPWM)、驱动模块、振荡器。光伏电池输出端接电流采样电阻Rsense和电压采样电阻R1，Rsense的另一端接功率级模块，R1的另一端接电压采样模块的输入和电压采样电阻R2，R2的另一端接地，电流采样模块的两个输入端分别接电流采样电阻Rsense两端，电压采样和电流采样模块的输出端分别接模拟乘法器的两个输入端，模拟乘法器的输出端接采样保持模块的第一输入端，采样保持模块的两个输出端分别与动态比较器的第一输入端和第二输入端相连，动态比较器的输出端和振荡器的输出端分别接DDPWM模块的两个输入端，DDPWM模块的四个输出端分别接采样保持模块的第二输入端、采样保持模块的第三输入端、动态比较器第三输入端以及驱动模块输入端，驱动模块输出端和功率级相连。所述的功率级模块包含：电感Lboost、输入储能电容Cin、N型功率管Mn、P型功率管Mp和输出储能电容Cout,电感Lboost的一端与输入储能电容Cin和电流采样电阻Rsense相连，Lboost的另一端接功率管Mn的漏极以及功率管Mp的源极，功率管Mn的源极接地，功率管Mp的漏极接输出储能电容Cout以及负载，功率管Mn和Mp的栅极和驱动模块相连。所述的DDPWM模块包括MUX，四位加法器、五位加法器一、抖动链表控制模块、五位加法器二、五位计数器、DPWM比较器、查找表控制模块、四位计数器、数字比较器、分频器一、分频器二。振荡器的输出端分别接五位计数器的输入端和分频器一的输入端，分频器一的输出端分别接四位计数器的输入端、抖动链表控制模块的第一输入端以及分频器二的输入端，分频器二的输出端分别接四位加法器的第一输入端、五位加法器一的第一输入端以及查找表控制模块的第一输入端，动态比较器的输出端接MUX的第一输入端，MUX的另外两个输入端接1和-1，MUX的输出端连接四位加法器的第二输入端，四位加法器的第一输出端连接抖动链表控制模块的第二输入端、查找表控制模块的第二输入端以及四位加法器的第三输入端，四位加法器的第二输出端连接五位加法器一的第二输入端，抖动链表控制模块的输出端接五位加法器二的第一输入端，五位加法器二的第二输入端连接五位加法器一的输出端，五位加法器一的输出端还接五位加法器一的第三输入端，五位加法器二的输出端接DPWM比较器的第一输入端，DPWM比较器的第二输入端连接五位计数器的输出端，DPWM比较器的输出端接驱动模块的输入端,四位计数器的输出端和查找表控制模块的输出端分别接数字比较器的两个输入端，数字比较器的第一输出端和第二输出端连接采样保持模块，它的第三输出端连接动态比较器。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种基于DDRCC的集成解决方案和实现该方案的光伏能量收集转换器集成电路，适用于便携式可穿戴设备的能量收集系统中。一方面基于DDRCC的集成电路能够简化系统设计，降低系统功耗；另一方面DDRCC和传统的RCC技术相比，能够用于高频开关转换器，从而减小无源元件的体积，实现设备的小型化。因此，DDRCC的集成解决方案用于便携式可穿戴设备极具发展前景。附图说明图1为本专利技术的系统的结构示意图。图2为本专利技术的加入抖动的脉冲宽度调制电路的结构示意图。图3为本专利技术的基于抖动纹波的最大功率点追踪示意图。图4为本专利技术的乘法器的电路图。图5为本专利技术的采样保持模块的电路图。图6为本专利技术的动态比较器的电路图。具体实施方式参见图1，本专利技术的一种用于光能收集的集成转换器电路，包括功率级模块、电压采样电阻R1和R2、电流采样电阻Rsense、电压采样模块、电流采样模块、模拟乘法器、采样保持模块、动态比较器、加入抖动的数字脉冲宽度调制模块(DDPWM)、驱动模块、振荡器。图1中功率级包含：电感Lboost、输入储能电容Cin、N型功率管Mn、P型功率管Mp和输出储能电容Cout。电感Lboost的一端与输入储能电容Cin和电流采样电阻Rsense相连，Lboost的另一端接功率管Mn的漏极以及功率管Mp的源极，功率管Mn的源极接地，功率管Mp的漏极接输出储能电容Cout以及负载，功率管Mn和Mp的栅极和驱动模块相连。光伏电池输出端接电流采样电阻Rsense和电压采样电阻R1，Rsense的另一端接功率级模块，R1的另一端接电压采样模块的输入和电压采样电阻R2，R2的另一端接地，电流采样模块的两个输入端分别接电流采样电阻Rsense两端，电压采样和电流采样模块的输出端分别接模拟乘法器的两个输入端，模拟乘法器的输出端接采样保持模块的第一输入端，采样保持模块的两个输出端分别与动态比较器的第一输入端和第二输入端相连，动态比较器的输出端和振荡器的输出端分别接DDPWM模块的两个输入端，DDPWM模块的四个输出端分别接采样保持模块的第二输入端、采样保持模块的第三输入端、动态比较器第三输入端以及驱动模块输入端，驱动模块输出端和功率级相连。电压采样和电流采样模块分别获得与光伏电池输出端电压和电流成正比的信号VPV和IPV，模拟乘法器获得与光伏电池输出功率成正比的电压信号P(t)，采样保持模块在采样信号S0和SRd到来时采样P(t)值得到P(0)和P(Rd)，动态比较器在使能信号STd上升沿比较P(0)和P(Rd)的大小并将比较结果VP,CMP输送给数字控制模块DDPWM，DDPWM控制模块根据预先设计好的抖动序列将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光能收集的集成转换器电路，包括功率级模块、电压采样电阻R1和R2、电流采样电阻Rsense、电压采样模块、电流采样模块、模拟乘法器、采样保持模块、动态比较器、加入抖动的数字脉冲宽度调制模块(DDPWM)、驱动模块、振荡器，其特征在于，光伏电池输出端接电流采样电阻Rsense和电压采样电阻R1，Rsense的另一端接功率级模块，R1的另一端接电压采样模块的输入和电压采样电阻R2，R2的另一端接地，电流采样模块的两个输入端分别接电流采样电阻Rsense两端，电压采样和电流采样模块的输出端分别接模拟乘法器的两个输入端，模拟乘法器的输出端接采样保持模块的第一输入端，采样保持模块的两个输出端分别与动态比较器的第一输入端和第二输入端相连，动态比较器的输出端和振荡器的输出端分别接DDPWM模块的两个输入端，DDPWM模块的四个输出端分别接采样保持模块的第二输入端、采样保持模块的第三输入端、动态比较器第三输入端以及驱动模块输入端，驱动模块输出端和功率级相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于光能收集的集成转换器电路，包括功率级模块、电压采样电阻R1和R2、电流采样电阻Rsense、电压采样模块、电流采样模块、模拟乘法器、采样保持模块、动态比较器、加入抖动的数字脉冲宽度调制模块(DDPWM)、驱动模块、振荡器，其特征在于，光伏电池输出端接电流采样电阻Rsense和电压采样电阻R1，Rsense的另一端接功率级模块，R1的另一端接电压采样模块的输入和电压采样电阻R2，R2的另一端接地，电流采样模块的两个输入端分别接电流采样电阻Rsense两端，电压采样和电流采样模块的输出端分别接模拟乘法器的两个输入端，模拟乘法器的输出端接采样保持模块的第一输入端，采样保持模块的两个输出端分别与动态比较器的第一输入端和第二输入端相连，动态比较器的输出端和振荡器的输出端分别接DDPWM模块的两个输入端，DDPWM模块的四个输出端分别接采样保持模块的第二输入端、采样保持模块的第三输入端、动态比较器第三输入端以及驱动模块输入端，驱动模块输出端和功率级相连。2.根据权利要求1所述的一种用于光能收集的集成转换器电路，其特征在于，功率级模块包含：电感Lboost、输入储能电容Cin、N型功率管Mn、P型功率管Mp和输出储能电容Cout,电感Lboost的一端与输入储能电容Cin和电流采样电阻Rsense相连，Lboost的另一端接功率管Mn的漏极以及功率管Mp的源极，功率管Mn的源极接地，功率管Mp的漏极接输出储能电容Cout以及负载，功率管M...

【专利技术属性】
技术研发人员：李尊朝，焦琛，熊齐，曾彩剑，
申请(专利权)人：西安交通大学，广东顺德西安交通大学研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61