一种适用于光能收集结构的升压变换电路制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于光能收集结构的升压变换电路，包括主电荷泵单元、主振荡器单元、第二电平移位器以及非重叠时钟产生单元，所述主电荷泵单元包括六阶可重构电荷泵，第一阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵顺次连接，每一阶可重构电荷泵的输入端和输出端通过增强型开关连接，所述主振荡器单元的输入端接收控制信号，主振荡器单元的输出端与非重叠时钟产生单元的输入端连接，非重叠时钟产生单元、第二电平移位器以及主振荡器单元顺次连接；本发明专利技术的优点在于：系统功耗较低，系统工作效率和转换效率较高。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于光能收集结构的升压变换电路
本专利技术涉及电源管理芯片领域，更具体涉及一种适用于光能收集结构的升压变换电路。
技术介绍
传统的光能收集结构基本是一个独立的光伏电池加一个带有电源管理单元的CMOS芯片组合而成。但是对于可植入式设备，单独的光伏电池相对芯片来说面积大、成本高，因此有研究通过将光伏电池和CMOS电路集成在同一硅衬底上，以此来节约面积降低成本并提高光伏电池效率，但是这种方法也导致了光伏微能量收集电路的其他几个问题。首先，对于片上光伏电池，其输出功率可能会低至几纳瓦，这使得系统在没有外部控制信号或相应冷启动结构的情况下很难正常工作。其次，这种结构的微能量收集系统输出的电压通常不够高，无法为负载设备提供正常工作所需的稳定供电电压。另外该结构组成的系统能量收集效率并不高，需要进一步改进内部结构及优化相关参数，以提高系统收集效率。电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器)，其属于光能收集结构中的重要电路，其电路设计直接影响光能收集结构的系统效率。中国专利申请号CN201810475387.4，公开了一种无线传感器的混合能量收集装置和运行方法，本装置包括太阳能和风能收集子系统，还有中心处理器、PWM和储能电容。中心处理器控制两个子系统，收集的太阳能和风能存储于储能电容，为无线传感器节点供电。其运行方法为光伏电池和风力发电机分别将太阳能和风能转换为电能，分别存于太阳能存储模块和风能存储模块，所存电能达到最大，输出至储能电容。同时中心处理器根据光伏电池输出电压运行模糊逻辑控制方法，使光伏电池工作于最大功率点，同时中心处理器根据风力发电机的当前功率运行局部优化方法，调整风力发电机转速，使风力发电机工作于最大功率点。该专利申请同时收集光能和风能，为无线传感器网络提供能源，持续可靠工作。但是其并没有设计电荷泵，系统功耗较高，系统工作效率和转换效率较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术的光能收集结构并没有设计电荷泵，导致系统功耗较高，系统工作效率和转换效率较低。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种适用于光能收集结构的升压变换电路，包括主电荷泵单元、主振荡器单元、第二电平移位器以及非重叠时钟产生单元，所述主电荷泵单元包括六阶可重构电荷泵，第一阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵顺次连接，每一阶可重构电荷泵的输入端和输出端通过增强型开关连接，所述主振荡器单元的输入端接收控制信号，主振荡器单元的输出端与非重叠时钟产生单元的输入端连接，非重叠时钟产生单元、第二电平移位器以及主振荡器单元顺次连接。本专利技术主电荷泵单元采用增强型开关结构电荷泵，使用增强型开关代替普通开关，在电荷泵时钟信号变换时可以实现节点之间电荷的完全转移，减少每一阶之间的漏电流，与传统电荷泵相比大大减少了跨阶漏电流，从而降低了电荷泵功耗，提高系统工作效率和转换效率。进一步地，所述第一阶可重构电荷泵至第三阶可重构电荷泵均包括第一电荷泵基础单元和若干个增强型开关，第四阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵均包括第二电荷泵基础单元和若干个增强型开关，每个第一电荷泵基础单元的输入端与输出端之间连接一个增强型开关，每个第二电荷泵基础单元的输入端与输出端之间连接一个增强型开关。进一步地，所述第一电荷泵基础单元包括第一开关管至第四开关管以及第一电容，第一开关管的源极接第一电容的一端，第一电容的另一端接第二开关管的漏极以及第三开关管的源极，第四开关管的漏极接第二开关管的源极，第四开关管的源极接第一开关管的漏极；每个第一开关管的源极和漏极之间连接一个增强型开关；第一阶可重构电荷泵至第三阶可重构电荷泵中第一开关管的漏极均连接到一起，第一阶可重构电荷泵至第三阶可重构电荷泵中第三开关管的漏极均连接到一起，第一阶可重构电荷泵至第三阶可重构电荷泵中第四开关管的源极均连接到一起；第一阶可重构电荷泵至中第一开关管的漏极与第四开关管的源极的连接线上输入光伏电压VPD。进一步地，所述第二电荷泵基础单元包括第五开关管、第六开关管以及第二电容，所述第二电容的一端接第五开关管的源极和第六开关管的漏极，第四阶可重构电荷泵中第五开关管的漏极接第三阶可重构电荷泵中第三开关管的漏极，第四阶可重构电荷泵中第六开关管的源极接第三阶可重构电荷泵中第四开关管的源极；第四阶可重构电荷泵中第二电容的另一端与第三阶可重构电荷泵中第一开关管的源极之间接一个增强型开关；第四阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵中，所有的第五开关管的漏极均连接在一起，所有的第六开关管的源极均连接在一起，每一阶可重构电荷泵中第二电容的另一端与其相邻的可重构电荷泵中第二电容的另一端之间连接一个增强型开关；第六阶可重构电荷泵中第二电容的另一端接一个增强型开关。进一步地，所述增强型开关包括第七开关管、第八开关管以及第九开关管，所述第七开关管的漏极与第八开关管的漏极连接并接第九开关管的栅极，第七开关管的源极接第九开关管的漏极；第一阶可重构电荷泵至第三阶可重构电荷泵中每个第一开关管的源极接第九开关管的源极，每个第一开关管的漏极接第九开关管的漏极；第四阶可重构电荷泵中第九开关管的源极接第三阶可重构电荷泵中第九开关管的源极，第四阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵中每个第九开关管的源极接其下一阶可重构电荷泵中第八开关管的漏极；第六阶可重构电荷泵中，第二电容的另一端接第七开关管的源极以及第九开关管的漏极，第九开关管的源极作为主电荷泵单元的输出端输出电压VCP。进一步地，所述主电荷泵单元还包括飞跨电容子电路，所述飞跨电容子电路包括飞跨电容、第十开关管以及驱动开关，所述驱动开关的一端通过飞跨电容与第十开关管的漏极连接；第二阶可重构电荷泵接一组飞跨电容子电路，第三阶可重构电荷泵接两组飞跨电容子电路，第一电容的一端接两组飞跨电容子电路的驱动开关的另一端，第一电容的另一端接每组飞跨电容子电路的第十开关管的源极；第四阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵均接四组飞跨电容子电路，第二电容的一端接每组飞跨电容子电路的第十开关管的源极，第二电容的另一端接每组飞跨电容子电路的驱动开关的另一端。进一步地，所述主电荷泵单元还包括极板间寄生电容和第二开关，第一阶可重构电荷泵至第三阶可重构电荷泵中每个第一电容的另一端均接一个极板间寄生电容的一端，每个极板间寄生电容的另一端均接地；第四阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵中每个第二电容的一端均接一个极板间寄生电容的一端，每个极板间寄生电容的另一端均接地；第一阶可重构电荷泵的极板间寄生电容的一端与第二阶可重构电荷泵的极板间寄生电容的一端之间接一个第二开关；第三阶可重构电荷泵的极板间寄生电容的一端与第四阶可重构电荷泵的极板间寄生电容的一端之间接一个第二开关；第五阶可重构电荷泵的极板间寄生电容的一端与第六阶可重构电荷泵的极板间寄生电容的一端之间接一个第二开关。本专利技术的优点在于：1.本专利技术主电荷泵单元采用增强型开关结构电荷泵，使用增强型开关代替普通开关，在电荷泵时钟信号变换时可以实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于光能收集结构的升压变换电路，其特征在于，包括主电荷泵单元、主振荡器单元、第二电平移位器以及非重叠时钟产生单元，所述主电荷泵单元包括六阶可重构电荷泵，第一阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵顺次连接，每一阶可重构电荷泵的输入端和输出端通过增强型开关连接，所述主振荡器单元的输入端接收控制信号，主振荡器单元的输出端与非重叠时钟产生单元的输入端连接，非重叠时钟产生单元、第二电平移位器以及主振荡器单元顺次连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于光能收集结构的升压变换电路，其特征在于，包括主电荷泵单元、主振荡器单元、第二电平移位器以及非重叠时钟产生单元，所述主电荷泵单元包括六阶可重构电荷泵，第一阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵顺次连接，每一阶可重构电荷泵的输入端和输出端通过增强型开关连接，所述主振荡器单元的输入端接收控制信号，主振荡器单元的输出端与非重叠时钟产生单元的输入端连接，非重叠时钟产生单元、第二电平移位器以及主振荡器单元顺次连接。


2.根据权利要求1所述的一种适用于光能收集结构的升压变换电路，其特征在于，所述第一阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵顺次连接，第一阶可重构电荷泵至第三阶可重构电荷泵均包括第一电荷泵基础单元和若干个增强型开关，第四阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵均包括第二电荷泵基础单元和若干个增强型开关，每个第一电荷泵基础单元的输入端与输出端之间连接一个增强型开关，每个第二电荷泵基础单元的输入端与输出端之间连接一个增强型开关。


3.根据权利要求2所述的一种适用于光能收集结构的升压变换电路，其特征在于，所述第一电荷泵基础单元包括第一开关管至第四开关管以及第一电容，第一开关管的源极接第一电容的一端，第一电容的另一端接第二开关管的漏极以及第三开关管的源极，第四开关管的漏极接第二开关管的源极，第四开关管的源极接第一开关管的漏极；每个第一开关管的源极和漏极之间连接一个增强型开关；第一阶可重构电荷泵至第三阶可重构电荷泵中第一开关管的漏极均连接到一起，第一阶可重构电荷泵至第三阶可重构电荷泵中第三开关管的漏极均连接到一起，第一阶可重构电荷泵至第三阶可重构电荷泵中第四开关管的源极均连接到一起；第一阶可重构电荷泵至中第一开关管的漏极与第四开关管的源极的连接线上输入光伏电压VPD。


4.根据权利要求3所述的一种适用于光能收集结构的升压变换电路，其特征在于，所述第二电荷泵基础单元包括第五开关管、第六开关管以及第二电容，所述第二电容的一端接第五开关管的源极和第六开关管的漏极，第四阶可重构电荷泵中第五开关管的漏极接第三阶可重构电荷泵中第三开关管的漏极，第四阶可重构电荷泵中第六开关管的源极接第三阶可重构电荷泵中第四开关管的源极；第四阶可重构电荷泵中第二电容的另一端与第三阶可重构电荷泵中第一开关管的源极之间接一个增强型开关；第四阶可重构电荷泵至第六阶可重构电荷泵中，所有的第五开关管的漏极均连接在一起，所有的第六开关管的源极均连接在一起，每一阶可重构电荷泵中第...

【专利技术属性】
技术研发人员：程心，张云峰，张章，张永强，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34