【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于压电能量收集域电源管理，涉及一种用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路及最大功率追踪电路。
技术介绍
1、微电子系统的应用无处不在，如微蜂窝无线电网络、智能尘埃，或者是无线传感器网络(wsns)等，他们将感知、计算和通信功能结合起来，促进人与环境的相互作用，迅速成为国际上备受关注的新兴前沿热点研究领域。随着时间的推移，wsns正在被各国政府以及众多研究机构广泛的使用，例如汽车胎压监测、生物医疗观测，森林火灾监测和气象站的应用等。迄今为止，wsns节点的供电方式仍采用电池供电的方式。尽管采用电池供电技术提供了一个优选的成本效益方面的能量存储技术，但是能量受限仍是wsns面临的最重要问题之一。基于先进cmos工艺ic功耗已能降至几十微瓦甚至更低，这使得从环境中俘获能量并将其转换成电能为wsns节点供电成为可能。
2、在环境中，存在各种形式的能量，如太阳能、热能、压电能、摩擦电能和射频电磁能等，这些能量都可以通过相应的方式转化为电能，如果可以将环境中的能量高效地收集起来，就可以补充电池电能，甚至可以不用电池，实现系统的自供电。高效环境能量收集系统可以有效解决无线传感网络持续能量供给的问题，并进一步促进物联网技术的成熟和发展，研究不同类型能量的收集，具有重要的研究意义和广泛的实际应用价值。对于不同形式的能量源，无论是功率密度，能量特性，还是转换器的电学特性差异都非常大。热能获取需要复杂的启动电路。射频能输出电压较低需要辅助启动电路且功率转换效率较低。太阳能受光照条件的影响较大。振动能具有较高的能量密度，受环境
3、常见的mppt算法模块包括：开路电压法、扰动观察法(perturbation andobservation,p&o)和增量电导法。扰动观察法与增量电导法都需要实时计算输出功率，这意味着需要检测电压和电流，因而有着相对复杂的控制电路。但开路电压法仅需检测电压，省去了复杂的检测与计算电路，所以功耗更小、更易设计，受到众多学者关注。但应用于压电的传统开路电压，采样开路的时间一般较长，能量损失较大。因此，设计一种能够快速采样的开路电压算法有显著意义。
4、开路电压法的研究分为两个部分，一方面是算法上的改进，目的是减小开路采样时的能量损耗；另一方面则是其中功率级的选取问题，主要区别在于使用电容还是电感，来完成功率级中dc/dc转换器的等效输入阻抗实现。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路及最大功率追踪电路，该电路能够减少开路采样的时间，降低开路时能量的损耗。
2、为达到上述目的，本专利技术所述的一种用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，包括压电源、整流器、开路电压检测电路、dc-dc阻抗匹配变换器、mppt算法模块及能量存储模块，其中，压电源的输出端与整流器的输入端连接，整流器的输出端与开路电压检测电路以及dc-dc阻抗匹配变换器的输入相连接，开路电压检测电路的输出端与mppt算法模块的输入端连接，mppt算法模块的输出端与dc-dc阻抗匹配变换器的控制端相连接，能量存储模块的输入端与dc-dc阻抗匹配变换器的输出端相连接。
3、所述整流器包括第一pmos管、第二pmos管、第一nmos管、第二nmos管、第一二极管、第二二极管、第一比较器、第二比较器及第一开关；
4、第一信号输入端及第二信号输入端与压电源的输出端相连接，第一信号输入端与第一pmos管的漏极、第二pmos管的栅极、第一nmos管的漏极、第一二极管的负极、第一开关sw的一端以及第一比较器的负输入端相连接，第二信号输入端与第一开关sw的一端、第二pmos管的漏极、第一pmos管的栅极、第二nmos管的漏极、第二二极管的负极以及第二比较器的负输入端相连接，第一pmos管的源极与第二pmos管的源极相连接，第一nmos管的源极与第二nmos管的源极、第一二极管的正极、第二二极管的正极、第一比较器的正输入端以及第二比较器的正输入端均接地，第一比较器的输出端连接开路电压检测电路以及dc-dc阻抗匹配变换器的输入相连接。
5、所述开路电压检测电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关、第一信号输入端、第二信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端、第一电压信号端、第二电压信号端、第一使能信号端、开关控制电路模块及公式计算模块；
6、第一比较器的输出端与第一信号输入端相连接，第一信号输入端(与开关控制信号产生模块相连接，开关控制信号产生模块的输出端与第一开关的控制端、第二开关的控制端、第三开关的控制端、第四开关的控制端、第五开关的控制端、第六开关的控制端、第七开关的控制端、第八开关的控制端、第九开关的控制端及公式计算模块的控制端相连接，第一电容的一端与第二开关的一端、第三开关的一端及第四开关的一端相连接，第二电容的一端与第三开关的另一端、第五开关的一端及第一电压信号端相连接，第四开关的另一端、第一开关的另一端、第五开关的另一端及第二电容的另一端均接地，第三电容的一端与第六开关的一端、第七开关的一端及第八开关的一端相连接，第四电容的一端与第八开关的另一端、第九开关的一端及第二电压信号端相连接，第七开关的另一端、第三电容的另一端、第九开关的另一端及第四电容的另一端均接地，第一电压信号端及第二电压信号端与公式计算模块的输入端相连接，第二信号输入端与第一开关的一端、第二开关的另一端及第六开关的另一端相连接，第一信号输出端与第一开关的另一端相连接，公式计算模块的输出端经第二信号输出端与mppt算法模块的输入端相连接。
7、所述能量存储模块为电容。
8、所述能量存储模块为电池。
9、所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关及第九开关均为功率mos开关管。
10、本专利技术公开了一种用于压电能量收集的最大功率追踪电路，包括压电源、整流器开路电压检测电路、最大功率点追踪算法模块、压控振荡器、功率级、第一信号输入端、驱动级、pfm控制器、第二信号输入端、第三信号输入端、迟滞比较器、第一电阻、第一电容、第二电容、第二电阻以及第三电阻；
11、功率级包括第一功率pmos管、第二功率pmos管、第一功率nmos管、第二功率nmos管及电感；
12、压电源与整流器相连接，整流器输出端与开路电压检测电路的输入端相连接，开路电压检测电路的输出端与第二电容、第一信号输入端及最大功率点追踪算法模块的输入端相连接，第一信号输入端经过第一功率pmos管与电感的一端相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，其特征在于，包括压电源、整流器(1)、开路电压检测电路(2)、DC-DC阻抗匹配变换器(3)、MPPT算法模块(4)及能量存储模块(5)，其中，压电源的输出端与整流器(1)的输入端连接，整流器(1)的输出端与开路电压检测电路(2)以及DC-DC阻抗匹配变换器(3)的输入相连接，开路电压检测电路(2)的输出端与MPPT算法模块(4)的输入端连接，MPPT算法模块(4)的输出端与DC-DC阻抗匹配变换器(3)的控制端相连接，能量存储模块(5)的输入端与DC-DC阻抗匹配变换器(3)的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，其特征在于，所述整流器(1)包括第一PMOS管(MP1)、第二PMOS管(MP2)、第一NMOS管(MN1)、第二NMOS管(MN2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一比较器(CMP1)、第二比较器(CMP2)及第一开关(SW)；
3.根据权利要求2所述的用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，其特征在于，所述开路电压检测电路(2)包括第
4.根据权利要求1所述的用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，其特征在于，所述能量存储模块(5)为电容。
5.根据权利要求1所述的用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，其特征在于，所述能量存储模块(5)为电池。
6.根据权利要求3所述的用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，其特征在于，所述第一开关(S1)、第二开关(S2)、第三开关(S3)、第四开关(S4)、第五开关(S5)、第六开关(S6)及第七开关(S7)均为功率MOS开关管。
7.根据权利要求3所述的用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，其特征在于，所述第八开关(S8)及第九开关(S9)均为功率MOS开关管。
8.一种用于压电能量收集的最大功率追踪电路，其特征在于，包括压电源、整流器(1)、开路电压检测电路(2)、最大功率点追踪算法模块(6)、压控振荡器(7)、功率级(8)、第一信号输入端(VIN)、驱动级、PFM控制器、第二信号输入端(VREF)、第三信号输入端(VREC)、迟滞比较器、第一电阻(RL)、第一电容(CL)、第二电容(CR)、第二电阻(R1)以及第三电阻(R2)；
...【技术特征摘要】
1.一种用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，其特征在于，包括压电源、整流器(1)、开路电压检测电路(2)、dc-dc阻抗匹配变换器(3)、mppt算法模块(4)及能量存储模块(5)，其中，压电源的输出端与整流器(1)的输入端连接，整流器(1)的输出端与开路电压检测电路(2)以及dc-dc阻抗匹配变换器(3)的输入相连接，开路电压检测电路(2)的输出端与mppt算法模块(4)的输入端连接，mppt算法模块(4)的输出端与dc-dc阻抗匹配变换器(3)的控制端相连接，能量存储模块(5)的输入端与dc-dc阻抗匹配变换器(3)的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，其特征在于，所述整流器(1)包括第一pmos管(mp1)、第二pmos管(mp2)、第一nmos管(mn1)、第二nmos管(mn2)、第一二极管(d1)、第二二极管(d2)、第一比较器(cmp1)、第二比较器(cmp2)及第一开关(sw)；
3.根据权利要求2所述的用于压电能量收集的最大功率点电压检测电路，其特征在于，所述开路电压检测电路(2)包括第一电容(c1)、第二电容(c11)、第三电容(c2)、第四电容(c22)、第一开关(s1)、第二开关(s2)、第三开关(s3)、第四开关(s4)、第五开关(s5)、第六开关(s6)、第七开关(s7)、第八开关(s8)、第九开关(s9)、第一信...
【专利技术属性】
技术研发人员：范世全，李发财，林柯志，陈坤霖，张国和，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。