【摘 要】
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随着物联网、可穿戴技术的不断发展和广泛应用,如何提高设备供电寿命已成为人们目前所关注的问题,而能量收集技术因其无限供能的特点,目前已成为国内外的研究热点。DC-DC转换电路是环境能量收集系统电路中的关键组成部分,有着功耗小、能量转换效率高、响应速度迅速等优点,成为能量收集技术的首选。而环境中的能量大多是微弱的,通常在毫瓦及以下的水平,对于如何实现对环境能量的收集、升压转换以及驱动负载已成为业界主要
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随着物联网、可穿戴技术的不断发展和广泛应用,如何提高设备供电寿命已成为人们目前所关注的问题,而能量收集技术因其无限供能的特点,目前已成为国内外的研究热点。DC-DC转换电路是环境能量收集系统电路中的关键组成部分,有着功耗小、能量转换效率高、响应速度迅速等优点,成为能量收集技术的首选。而环境中的能量大多是微弱的,通常在毫瓦及以下的水平,对于如何实现对环境能量的收集、升压转换以及驱动负载已成为业界主要的研究问题。本文基于TSMC 0.18μm CMOS工艺设计了一种用于环境能量收集系统的DCDC转换器。根据能量收集系统的升压需求,选择采用Boost结构的DC-DC转换器作为电路拓扑结构。在电路结构的设计中,为了使系统能量始终向负载以最大功率输出且减小系统的功耗,采用了基于开路电压法（OCV）的最大功率追踪（MPPT）技术,在输出端采样最大功率点电压,通过调节电感电流使输入电压工作在最大功率点,同时采用间断导通模式（DCM）,降低工作频率。能量收集系统的功耗问题不可忽略,为解决MPPT电路中带隙基准源的功耗问题,本文设计了一种全MOS的带隙基准电压源,解决了电阻所带来功耗问题,且具有较好的温漂系数。由于传统单比较器结构的MPPT电路在能量源内阻或电压发生变化时,不能及时有效的追踪其变化,因此为了解决这一问题,通过对比较器的延迟时间的分析,了解了其对能量转换效率的影响,本文提出了一种具有适应能量电池内阻及电压变化的开关延时MPPT电路,该电路可以实时追踪能源内阻和电压的变化,提高了电路的能量转换效率,有效改善了随着内阻的增加或电压的减小而降低的能量转换效率的问题。本文所提出用于环境能量收集系统的DC-DC电路采用标准的TSMC 0.18μm CMOS工艺技术,仿真结果显示,系统的输入电压范围是0.2-1V,内部电阻范围的范围是10?-2.8KΩ,输出电压为1.83V,能量转换效率可达到95.5%。
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