一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，尤其是一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法，应用在功率小于1W的自然环境能量收集技术。

背景技术：

在物联网领域，特别是无线传感器网络中，无线传感器会分布很广，许多地方没有电力的供应，而解决方法就是使用电池供电。但电池是一次性使用，当需要长期工作时，就需要更换电池。更换电池一个是维护成本高，另一个原因是有些环境没法更换电池，这就限制了无线传感器网络的应用。将自然环境的光能，热能，动能，电磁能等微弱能量收集来给无线传感器供电，实现自供电，来实现无线传感器的无电池，或减少电池容量可长期工作的目的。

环境可收集的能量等级非常的小，经常是在mW,甚至uW级别，这就要求能量收集电路要尽可能的减少自身的损耗，将更多的能量用于无线传感器。在能量收集电路中，通常会有一级DC/DC转换电路，由于环境能量产生的电压比较低，所以会是升压电路。为实现对电池管理的恒流充电功能，通常会在电路中加入电流采样电阻，来采样电池充电电流。为实现最大功率输出，通常会使用采样电阻来采样输入电流，为实现电流的采样，还需要运放实现差分采样电路。输入电流采样电阻，输出电流采样电阻，两路差分采样电路都会带来损耗。而对于mW功率的输入来说，这些损耗都是不能忽略的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为了克服上述中存在的问题，提供了一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法，来解决由于电流采样电路所带来的能量损失，获取更多的能量用于无线传感器网络。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法，包括环境发电模块、升压电路和电池以及无线传感器，环境发电模块与升压电路相电路连接，升压电路的输出端与电池相电路连接，电池与无线传感器相连接。

所述的升压电路包括采样输入电压Vi、采样输出电压Vo、A/D转换电路，所述的采样输入电压Vi和采样输出电压Vo通过A/D转换电路输送给控制模块进行转换出输入电压和输出电压，

所述的输出电压传送给电压环，电压环进行对输出电压的恒压控制；

所述的输入电压和控制模块输出的占空比送入输出电流计算模块，输出电流计算模块进行计算出输出电流，计算后的输出电流输送给电流环，电流环进行对输出电流的恒流控制；

所述的输出电压、输入电压和占空比送入输入电流计算模块，输入电流计算模块进行计算输入电流，计算后的输入电流送入MPPT模块，MPPT模块对输入的最大功率跟踪；所述的电压环、电流环以及MPPT模块分别输出给PWM驱动模块，PWM驱动模块将占空比转换为对应脉宽的方波去驱动功率管Q，进行输出恒压和恒流。

当在升压电路工作于DCM电流断续模式时：

输出电流计算模块计算输出电流的公式为：

输入电流计算模块计算输入电流的公式为：

其中I_o：输出电流；I_i：输入电流；V_i：输入电压；V_o：输出电压；D:PWM的占空比；L：升压电感量；f_s：PWM的频率；V_d：二极管D的两端电压。

本发明的有益效果是：所述的一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法，在控制电路中，没有电流采样电阻和电流采样电路，只有电压采样电路，而电压采样电路不会像电流采样一样需要串电阻在功率电路中，并且电压采样比电流采样电路简单，这样就减少了电流采样电路带来的损耗，提高了环境发电模块的效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所述的一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法的整体电路框图；

图2是图1中部分框图；

图3是本发明所述的一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法的具体实施例；

图4是本发明所述的一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法的整体结构框图。

附图中标记分述如下：1、A/D转换电路，2、电压环，3、电流计算模块，4、电流环，5、输入电流计算模块，6、MPPT模块,7、PWM驱动模块。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法，包括环境发电模块、升压电路和电池以及无线传感器，环境发电模块与升压电路相电路连接，升压电路的输出端与电池相电路连接，电池与无线传感器相连接。

如图2所示的一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法，升压电路包括采样输入电压Vi、采样输出电压Vo、A/D转换电路1，采样输入电压Vi和采样输出电压Vo通过A/D转换电路1输送给控制模块进行转换出输入电压和输出电压，输出电压传送给电压环2，电压环2进行对输出电压的恒压控制；输入电压和控制模块输出的占空比送入输出电流计算模块3，输出电流计算模块3进行计算出输出电流，计算后的输出电流输送给电流环4，电流环4进行对输出电流的恒流控制；输出电压、输入电压和占空比送入输入电流计算模块5，输入电流计算模块5进行计算输入电流，计算后的输入电流送入MPPT模块6，MPPT模块6对输入的最大功率跟踪；电压环2、电流环4以及MPPT模块6分别输出给PWM驱动模块7，PWM驱动模块7将占空比转换为对应脉宽的方波去驱动功率管Q，进行输出恒压和恒流，当在升压电路工作于DCM电流断续模式时：

输出电流计算模,3计算输出电流的公式为：

输入电流计算模块5计算输入电流的公式为：

其中I_o：输出电流；I_i：输入电流；V_i：输入电压；V_o：输出电压；D:PWM的占空比；L：升压电感量；f_s：PWM的频率；V_d：二极管D的两端电压.

如图3所示的一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法，使用电阻R1,R2为采样输入电压Vi，R3,R4为采样输出电压Vo，这些电阻可以取比较大的阻值，减少电阻上的电流，可以减少到nA，采样的损耗极小，MCU的电压采样没有外围电路，电压信号直接进入MCU的A/D转换电路，在通过内部软件的控制环路调节后，MCU直接输出PWM信号到功率管Q，实现恒压，恒流，MPPT功能。

如图4所示的一种升压电路无电流采样实现恒流工作的控制方法，输出电流计算模块实现公式的计算，计算出来的输出电流作为电流反馈信号与电流参考比较，经过PI调节器后，与电压给定相加，之后与输出电压反馈相减，得到电压的误差信号，经PI调节器后输出占空比D，MCU的PWM电路输出对应占空比的PWM信号驱动功率管，当需要恒压模式工作时，可以去掉电流环输出与电压参考的相加，需要恒流控制是，加入电流环的调节输出。通过这种方式可以实现只采样输入电压输出电压实现输出的恒流控制。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。