一种适用于双源能量收集系统的最大功率同步追踪电路技术方案

本发明专利技术公开一种适用于双源能量收集系统的最大功率同步追踪电路，包括上升沿检测器A1‑A2，SR锁存器A3，比较器A4‑A5，开关控制电路A6，缓冲器A7‑A9，功率源P1‑P2，最大功率点电压采样电路A10‑A11，电容Cin1‑Cin2，NMOS管NM1‑NM3，电感L1，PMOS管PM1，以及过零比较器A12。本发明专利技术通过同时对两个输入能量源的最大功率点电压进行追踪，减小了控制电路的功耗，并提高了追踪效率，追踪效率最大可以达到99.98％，提高了能量的利用率；自适应延时生成电路，升压电源管理电路能适应具有不同的功率大小的双源输入，在两个能量源的输入功率差距过大时，升压电源管理电路仍能高效的升压，系统验证表明当输入能量源的输入功率分别为5uW和1mW时，电路的能量转换效率最大能达到85.59％。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于双源能量收集系统的最大功率同步追踪电路
本专利技术涉及集成电路
，具体涉及一种适用于双源能量收集系统的最大功率同步追踪电路。
技术介绍
能量收集技术的提出使得无线传感器供电模块有可能摆脱对电池的依赖。该技术通过能量转换器将从环境中采集到的以射频电磁波、光、热、震动等形式浪费掉的能量转化为电能并存储起来，为无线传感器节点提供能量，使得系统具有为自身补充能量的能力，从而达到半永久或永久使用的目的。例如，对慢性病患者进行二十四小时连续不间断监护的穿戴式和植入式医疗电子设备而言，若使用普通电池，其储能有限，难以满足便携式医疗设备的能量需求。因此研究人员在进行低功耗电路设计研究的同时，也在不断寻求可替代传统能源的新能源，如光伏电池、热电池、燃料电池等，以保证医疗电子设备，特别是便携式和植入式系统的续航能力。但是能量收集系统的收集效率通常比较低，因此从单一环境能量源中获得的能量毕竟有限，为了提高输入能量的大小和供能系统的稳定性，需要从多个能量源中收集能量。同时需要认识到的是，有些能量收集系统的内阻和输入电压是时变的，例如光伏电池、热电池等新型能源电池，这时更有必要在电路运行中动态调整能量管理电路的输入阻抗，以实现对每个能量源的最大功率跟踪，以最大化利用其产生的能量。鉴于多数传统能量收集系统的能量来源单一、单个能量源提供的能量有限且稳定性不好，而现有的多源能量收集系统则通常针对每一输入能量源单独配置一个最大功率跟踪电路，从而导致控制电路耗能过大，系统的能效较低、能量输入范围较小。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是现有能量收集系统针对每一输入能量源单独配置一个最大功率跟踪电路，从而导致控制电路耗能过大，系统的能效较低、能量输入范围较小的问题，提供一种适用于双源能量收集系统的最大功率同步追踪电路。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种适用于双源能量收集系统的最大功率同步追踪电路，包括上升沿检测器A1-A2，SR锁存器A3，比较器A4-A5，开关控制电路A6，缓冲器A7-A9，功率源P1-P2，最大功率点电压采样电路A10-A11，电容Cin1-Cin2，NMOS管NM1-NM3，电感L1，PMOS管PM1，以及过零比较器A12；上升沿检测器A1的输入端连接NMOS管NM3的栅极，上升沿检测器A1的输出端连接SR锁存器A3的S输入端；上升沿检测器A2的输入端连接PMOS管PM1的栅极，上升沿检测器A2的输出端连接SR锁存器A3的R输入端；SR锁存器A3的输出端与开关控制电路A6的SR_Q信号输入端连接；比较器A4的正向输入端与最大功率点电压采样电路A10的Vm1信号输出端连接，比较器A4的反向输入端最大功率点电压采样电路A10的输出端连接，比较器A4的输出端与开关控制电路A6的OV1信号输入端连接；比较器A5的正向输入端与最大功率点电压采样电路A11的Vm1信号输出端连接，比较器A5的反向输入端最大功率点电压采样电路A11的输出端连接，比较器A5的输出端与开关控制电路A6的OV2信号输入端连接；功率源P1的输出端与最大功率点电压采样电路A10的输入端和开关控制电路A6的V1信号输入端连接；最大功率点电压采样电路A10的EN信号输出端与开关控制电路A6的EN信号输入端连接；最大功率点电压采样电路A10的输出端连接NMOS管NM1的漏极和电容Cin1的一端，电容Cin1的另一端接地；功率源P2的输出端与最大功率点电压采样电路A11的输入端和开关控制电路A6的V2信号输入端连接；最大功率点电压采样电路A10的输出端连接NMOS管NM2的漏极和电容Cin2的一端，电容Cin2的另一端接地；NMOS管NM1的栅极与开关控制电路A6的S1_R信号输入端连接，NMOS管NM2的栅极与开关控制电路A6的S2_R信号输入端连接；NMOS管NM1的源极和NMOS管NM2的源极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接NMOS管NM3的漏极、PMOS管PM1的源极和过零比较器A12的反向输入端；NMOS管NM3的源极接地；PMOS管PM1的栅极与过零比较器A12的输出端连接；PMOS管PM1的漏极和过零比较器A12的正向输入端相连后，与负载连接；开关控制电路A6的S1信号输出端接缓冲器A7的输入端，缓冲器A7的输出端与NMOS管NM1的栅极连接；开关控制电路A6的S2信号输出端接缓冲器A8的输入端，缓冲器A8的输出端与NMOS管NM2的栅极连接；开关控制电路A6的SN信号输出端接缓冲器A9的输入端，缓冲器A9的输出端与PMOS管PM1的栅极连接。上述方案中，开关控制电路A6包括检测电路，开关信号S1与S2产生电路，以及开关信号SN产生电路；检测电路进一步包括低阈值反相器I1、I4，反相器I2、I5，二输入与非门I7、I10，三输入与非门I9，下降沿检测器I3、I6，以及上升沿检测器I8；低阈值反相器I1的输入端形成开关控制电路A6的OV1信号输入端，反相器I1的输出端经由反相器I2连接下降沿检测器I3的输入端和二输入与非门I7的一个输入端；低阈值反相器I4的输入端形成开关控制电路A6的OV2信号输入端，反相器I4的输出端经由反相器I5连接下降沿检测器I6的输入端和二输入与非门I7的另一个输入端；二输入与非门I7的输出端连接上升沿检测器I8的使能端；下降沿检测器I3的使能端、下降沿检测器I6的使能端和下降沿检测器I8的输入端相连后，形成开关控制电路A6的SR_Q信号输入端；下降沿检测器I3的输出端、下降沿检测器I6的输出端和下降沿检测器I8的输出端各与三输入与非门I9的一个输入端连接，三输入与非门I9的输出端连接二输入与非门I10的一个输入端，二输入与非门I10的另一个输入端形成开关控制电路A6的EN信号输入端；开关信号S1与S2产生电路进一步包括D触发器I11、I15，反相器I12-I14、I16、I19，异或门I17，二输入与非门I18，以及无交叠信号产生电路I20；D触发器I11的触发输入端与低阈值反相器I1的输入端连接，D触发器I15的触发输入端与低阈值反相器I4的输入端连接；D触发器I11和D触发器I15的时钟端与二输入与非门I10的输出端连接；D触发器I11的Q输出端连接反相器I12的输入端，D触发器I15的Q输出端连接反相器I16的输入端；反相器I12的输出端连接反相器I13的输入端和异或门I17的一输入端；反相器I16的输出端连接异或门I17的另一输入端和二输入与非门I18的一输入端；异或门I17的输出端连接二输入与非门I18的另一输入端；反相器I13的输出端经由反相器I14与无交叠信号产生电路I20的一输入端连接，二输入与非门I18的输出端经由反相器I19与无交叠信号产生电路I20的另一输入端连接；无交叠信号产生电路I20的一输出端形成开关控制电路A6的S1信号输出端，无交叠信号产生电路I20的另一输出端形成开关控制电路A6的S2信号输出端；开关信号SN产生电路进一步包括高阈值反相器I21、I28，低阈值反相器I31，反相器I23、I25、I27、I30，二输入或非门I22、I26、I29、I32，二输入与非门I24，以及自适应延时生成电路I33；高阈值反相器I21的输入端形成开关控制电路A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于双源能量收集系统的最大功率同步追踪电路，其特征是，包括上升沿检测器A1‑A2，SR锁存器A3，比较器A4‑A5，开关控制电路A6，缓冲器A7‑A9，功率源P1‑P2，最大功率点电压采样电路A10‑A11，电容Cin1‑Cin2，NMOS管NM1‑NM3，电感L1，PMOS管PM1，以及过零比较器A12；上升沿检测器A1的输入端连接NMOS管NM3的栅极，上升沿检测器A1的输出端连接SR锁存器A3的S输入端；上升沿检测器A2的输入端连接PMOS管PM 1的栅极，上升沿检测器A2的输出端连接SR锁存器A3的R输入端；SR锁存器A3的输出端与开关控制电路A6的SR_Q信号输入端连接；比较器A4的正向输入端与最大功率点电压采样电路A10的Vm1信号输出端连接，比较器A4的反向输入端最大功率点电压采样电路A10的输出端连接，比较器A4的输出端与开关控制电路A6的OV1信号输入端连接；比较器A5的正向输入端与最大功率点电压采样电路A11的Vm1信号输出端连接，比较器A5的反向输入端最大功率点电压采样电路A11的输出端连接，比较器A5的输出端与开关控制电路A6的OV2信号输入端连接；功率源P1的输出端与最大功率点电压采样电路A10的输入端和开关控制电路A6的V1信号输入端连接；最大功率点电压采样电路A10的EN信号输出端与开关控制电路A6的EN信号输入端连接；最大功率点电压采样电路A10的输出端连接NMOS管NM1的漏极和电容Cin1的一端，电容Cin1的另一端接地；功率源P2的输出端与最大功率点电压采样电路A11的输入端和开关控制电路A6的V2信号输入端连接；最大功率点电压采样电路A10的输出端连接NMOS管NM2的漏极和电容Cin2的一端，电容Cin2的另一端接地；NMOS管NM1的栅极与开关控制电路A6的S1_R信号输入端连接，NMOS管NM2的栅极与开关控制电路A6的S2_R信号输入端连接；NMOS管NM1的源极和NMOS管NM2的源极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接NMOS管NM3的漏极、PMOS管PM 1的源极和过零比较器A12的反向输入端；NMOS管NM3的源极接地；PMOS管PM 1的栅极与过零比较器A12的输出端连接；PMOS管PM 1的漏极和过零比较器A12的正向输入端相连后，与负载连接；开关控制电路A6的S1信号输出端接缓冲器A7的输入端，缓冲器A7的输出端与NMOS管NM1的栅极连接；开关控制电路A6的S2信号输出端接缓冲器A8的输入端，缓冲器A8的输出端与NMOS管NM2的栅极连接；开关控制电路A6的SN信号输出端接缓冲器A9的输入端，缓冲器A9的输出端与PMOS管PM 1的栅极连接。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于双源能量收集系统的最大功率同步追踪电路，其特征是，包括上升沿检测器A1-A2，SR锁存器A3，比较器A4-A5，开关控制电路A6，缓冲器A7-A9，功率源P1-P2，最大功率点电压采样电路A10-A11，电容Cin1-Cin2，NMOS管NM1-NM3，电感L1，PMOS管PM1，以及过零比较器A12；上升沿检测器A1的输入端连接NMOS管NM3的栅极，上升沿检测器A1的输出端连接SR锁存器A3的S输入端；上升沿检测器A2的输入端连接PMOS管PM1的栅极，上升沿检测器A2的输出端连接SR锁存器A3的R输入端；SR锁存器A3的输出端与开关控制电路A6的SR_Q信号输入端连接；比较器A4的正向输入端与最大功率点电压采样电路A10的Vm1信号输出端连接，比较器A4的反向输入端最大功率点电压采样电路A10的输出端连接，比较器A4的输出端与开关控制电路A6的OV1信号输入端连接；比较器A5的正向输入端与最大功率点电压采样电路A11的Vm1信号输出端连接，比较器A5的反向输入端最大功率点电压采样电路A11的输出端连接，比较器A5的输出端与开关控制电路A6的OV2信号输入端连接；功率源P1的输出端与最大功率点电压采样电路A10的输入端和开关控制电路A6的V1信号输入端连接；最大功率点电压采样电路A10的EN信号输出端与开关控制电路A6的EN信号输入端连接；最大功率点电压采样电路A10的输出端连接NMOS管NM1的漏极和电容Cin1的一端，电容Cin1的另一端接地；功率源P2的输出端与最大功率点电压采样电路A11的输入端和开关控制电路A6的V2信号输入端连接；最大功率点电压采样电路A10的输出端连接NMOS管NM2的漏极和电容Cin2的一端，电容Cin2的另一端接地；NMOS管NM1的栅极与开关控制电路A6的S1_R信号输入端连接，NMOS管NM2的栅极与开关控制电路A6的S2_R信号输入端连接；NMOS管NM1的源极和NMOS管NM2的源极与电感L1的一端连接，电感L1的另一端连接NMOS管NM3的漏极、PMOS管PM1的源极和过零比较器A12的反向输入端；NMOS管NM3的源极接地；PMOS管PM1的栅极与过零比较器A12的输出端连接；PMOS管PM1的漏极和过零比较器A12的正向输入端相连后，与负载连接；开关控制电路A6的S1信号输出端接缓冲器A7的输入端，缓冲器A7的输出端与NMOS管NM1的栅极连接；开关控制电路A6的S2信号输出端接缓冲器A8的输入端，缓冲器A8的输出端与NMOS管NM2的栅极连接；开关控制电路A6的SN信号输出端接缓冲器A9的输入端，缓冲器A9的输出端与PMOS管PM1的栅极连接。2.根据权利要求1所述的一种适用于双源能量收集系统的最大功率同步追踪电路，其特征是，开关控制电路A6包括检测电路，开关信号S1与S2产生电路，以及开关信号SN产生电路；检测电路进一步包括低阈值反相器I1、I4，反相器I2、I5，二输入与非门I7、I10，三输入与非门I9，下降沿检测器I3、I6，以及上升沿检测器I8；低阈值反相器I1的输入端形成开关控制电路A6的OV1信号输入端，反相器I1的输出端经由反相器I2连接下降沿检测器I3的输入端和二输入与非门I7的一个输入端；低阈值反相器I4的输入端形成开关控制电路A6的OV2信号输入端，反相器I4的输出端经由反相器I5连接下降沿检测器I6的输入端和二输入与非门I7的另一个输入端；二输入与非门I7的输出端连接上升沿检测器I8的使能端；下降沿检测器I3的使能端、下降沿检测器I6的使能端和下降沿检测器I8的输入端相连后，形成开关控制电路A6的SR_Q信号输入端；下降沿检测器I3的输出端、下降沿检测器I6的输出端和下降沿检测器I8的输出端各与三输入与非门I9的一个输入端连接，三输入与非门I9的输出端连接二输入与非门I10的一个输入端，二输入与非门I10的另一个输入端形成开关控制电路A6的EN信号输入端；开关信号S1与S2产生电路进一步包括D触发器I11、I15，反相器I12-I14、I16、I19，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐卫林，林思宇，朱昌洪，韦保林，段吉海，李海鸥，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45