论文部分内容阅读
近年,能量采集(Energy Harvesgting)技术在智能电网、生物医疗、智能家居等新兴技术中得到广泛应用,用于能量采集中的升压型转换器也得以迅猛发展。作为能量源和用电器之间的桥梁,升压型转换器需要解决低启动电压、高转换效率、输出电压可控、低实现成本低等诸多设计挑战。本论文针对直流和交流两种不同输出电压类型的能量源,设计实现了升压型直流-直流转换器(Boost DC-DC Converter)和升压型交流-直流转换器(Boost AC-DC Converter)。相比现有研究成果,本文主要的创新点有:第一,两类升压型转换器电路均采用了冷启动(Cold-Start)技术,不需要借助额外特殊器件即可实现低电压启动;第二,直流-直流升压型转换器采用了步进式(Stepping-up)的整体结构,仅用到一个片外电感,降低了成本,并且采用了零电流切换(Zero Current Switching,ZCS)电路和最大功率点跟踪(Maximun Power Point Tracking,MPPT)电路以提升整体效率;第三,交流-直流升压型转换器提出了一种改进的有源二极管(Active Diode)以降低系统损耗,并且利用脉宽调制技术(Pulse Width Modulation,PWM)实现了可控的输出电压。本论文中的两种升压型转换器均使用0.18μm CMOS工艺进行设计。升压型直流-直流转换器已经完成流片并进行了芯片测试。测试结果表明其峰值能量转换效率为60%,输出电压范围为1.2V~1.6V,最低启动电压为190mV,最低工作电压仅为50mV。升压型交流-直流转换器完成了电路设计和仿真,仿真结果显示其峰值转换效率为52.5%,输出电压为1.2V,最低启动电压为800mV(AC幅值)。其中,升压型直流-直流转换器可以应用于热电发生器(Thermoelectronic Generator,TEG)的能量采集,而升压型交流流-直流转换器则可应用在交变电磁场的能量采集中。