一种无时钟的单级微太阳能采集电路

本发明属于集成电路，具体的说是涉及一种无需时钟的单级微太阳能采集电路。

背景技术：

1、微太阳能采集技术是一种将环境中的微弱太阳能收集起来为电子设备供电的技术，利用微太阳能产生的电能为物联网系统中的无线传感器节点供电，能够有效的延长电子设备使用寿命，甚至在某些场景下无需电池即可实现系统的功能。然而目前一般采用最大功率点追踪电路和dc-dc变换器级联的两级架构，前者实现对太阳能电池输出最大功率点的追踪，后者实现系统输出电压的稳压功能。采用两级架构意味着能量经过了两次提取或转换，无疑会增大能量的损耗。

2、根据目前对太阳能电池的最大功率点追踪理论可知，当太阳能电池的输出电压是其开路电压的0.8倍时，在太阳能电池的输出端提取到的功率将达到最大。但是当光强等环境因素发生变化时，开路电压随之发生变化，最大功率点对应的输出电压也发生相应变化。目前开路电压法是实现最大功率点追踪常用的技术之一，为了实时追踪最大功率点，通常需要一个系统时钟进行计数，在经过数百毫米或数秒后重新对开路电压进行采样。但是恒定运行的时钟会增加系统的功耗，降低能量采集的效率。

技术实现思路

1、本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种无时钟的单级微太阳能采集电路。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种无时钟的单级微太阳能采集电路，其包括太阳能传输开关m1、输入电容cin、boost变换器、逻辑控制电路、采样电路、输入电压滞回比较器1、输出电压检测电路、电压基准，其特征在于：所述电路无需系统时钟来控制开路电压采样电路，且基于单级boost变换器架构在实现对太阳能电池输出最大功率点追踪的同时也能够输出稳定的电压。

4、所述逻辑控制电路包括峰值电流比较器、零电流比较器、逻辑和驱动电路。峰值电流比较器的输出端peak和零电流比较器的输出端zc连接逻辑和驱动电路的输入端，逻辑和驱动电路的输出端控制系统中开关管的开关。

5、所述太阳能开路电压采样电路的输入端连接太阳能电池的输出端vs和输出电压检测电路的输出端cmp2，其输出端连接滞回比较器1的反相输入端；所述滞回比较器1的正相输入端连接boost变换器的输入电压vin，其输出端连接逻辑控制电路；所述输出电压检测电路的输入端连接boost变换器的输出反馈电压vfb和电压基准的输出端vref，其输出端分别连接逻辑控制电路、采样电路；所述逻辑控制电路的输出端s1～s3分别连接mos管m1～m3的栅极；所述传输开关m1的源极连接太阳能电池的输出端vs，其漏极连接boost变换器的输入端vin，并且其漏极通过输入电容cin接地。

6、所述采样电路用来对太阳能电池的0.8倍开路电压进行采样保持。具体的，所述采样电路包括第三电阻r3、第四电阻r4、采样保持电容cs、第四mos管m4、第五mos管m5、第一反向器inv1、第二反向器inv2、第一与门and1、第五电阻r5、第一电容c1。第四mos管m4的源极连接太阳能电池的输出端vs，其漏极连接第三电阻r3的上端，其栅极连接第一反相器inv1的输出端；第三电阻r3的下端连接第四电阻r4的上端，并且通过电容cs接地，该节点即所述采样电路的输出端vsample；第四电阻r4的下端连接第五mos管m5的漏端，第五mos管m5的源极接地；第一反向器inv1的输入端连接第五mos管m5的栅极和第一与门and1的输出端；第一与门and1的一个输入端连接第二反相器inv2的输入端，该节点即为采样电路的输入端cmp2，其另一个输入端连接第五电阻r5的下端，并且通过第一电容c1接地；第二反向器inv2的输入端连接第五电阻r5的上端。

7、所述输出电压检测电路通过检测输出电压的大小产生控制信号cmp2、cmp3，用来控制能量采集电路的工作状态和采样电路的采样。具体的，所述输出电压检测电路包括滞回比较器2、比较器3、第二与门and2。所述滞回比较器2的正相输入端连接反馈电压vfb和比较器3的反相输入端，其反相输入端连接基准电压vref和比较器3的正相输入端，其输出端连接第二与门and2的一个输入端，该节点即为所述输出电压检测电路的一个输出端cmp3；第二与门and2的另一个输入端连接比较器3的输出端，其输出端为输出电压检测电路的另一个输出端cmp2。

8、本发明与现有技术相比，其有益效果为：本发明提出了一种无需时钟的单级微太阳能采集电路，利用比较器对输出电压的状态进行检测，控制对太阳能电池开路电压的复位与采样，同时实现对输出电压的稳压功能。通过输入滞回比较器将输入电压稳定在最大功率点对应的电压值；另外，本发明电路中加入了峰值电流比较器和过零比较器防止电路在能量充足时发生过流，进一步提高了能量采集电路的可靠性。本发明电路无需系统时钟控制对太阳能电池开路电压值的采样，且基于单级boost架构在实现对太阳能电池输出最大功率点追踪的同时，能够输出稳定的输出电压。简化了微太阳能采集电路的架构，降低了系统功耗，提高了能量采集系统的效率。

技术特征：

1.一种无时钟的单级微太阳能采集电路，其特征在于，包括太阳能传输开关m1、输入电容cin、boost变换器、逻辑控制电路、采样电路、输入电压滞回比较器、输出电压检测电路和电压基准；

2.根据权利要求1所述的一种无时钟的单级微太阳能采集电路，其特征在于：所述采样电路包括第三电阻r3、第四电阻r4、采样保持电容cs、第四mos管m4、第五mos管m5、第一反向器inv1、第二反向器inv2、第一与门and1、第五电阻r5、第一电容c1；第四mos管m4的源极连接太阳能电池的输出端，其漏极连接第三电阻r3的上端，其栅极连接第一反相器inv1的输出端；第三电阻r3的下端连接第四电阻r4的上端，第三电阻r3和第四电阻r4的连接点通过采样保持电容cs接地，该连接点即所述采样电路的输出端；第四电阻r4的下端连接第五mos管m5的漏极，第五mos管m5的源极接地；第一反向器inv1的输入端连接第五mos管m5的栅极和第一与门and1的输出端；第一与门and1的一个输入端连接第二反相器inv2的输入端，第一与门and1与第二反相器inv2的的连接点为采样电路的输入端，第一与门and1的另一个输入端连接第五电阻r5的下端，并且通过第一电容c1接地；第二反向器inv2的输入端连接第五电阻r5的上端。

3.根据权利要求1所述的一种无时钟的单级微太阳能采集电路，其特征在于：所述输出电压检测电路通过检测输出电压的大小产生第一控制信号和第二控制信号；所述输出电压检测电路包括滞回比较器、比较器、第二与门and2，所述滞回比较器的正相输入端连接反馈电压和比较器的反相输入端，滞回比较器的反相输入端连接基准电压和比较器的正相输入端，滞回比较器的输出端连接第二与门and2的一个输入端，滞回比较器与第二与门and2的连接点输出第二控制信号；第二与门and2的另一个输入端连接比较器的输出端，第二与门and2的输出端为输出第一控制信号；其中第一控制信号输出到采样电路，第一控制信号和第二控制信号分别连接逻辑控制电路的第二输入端和第三输入端。

技术总结
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种无时钟的单级微太阳能采集的电路，具体的包括太阳能传输开关M1、输入电容C<subgt;IN</subgt;、Boost变换器、变换器的逻辑控制电路、太阳能开路电压采样电路、输入电压滞回比较器、输出电压检测电路、电压基准。变换器的逻辑控制电路根据输入电压滞回比较器的输出结果和输出电压检测信息，控制开关M1及Boost变换器内部开关管的工作状态。其特征在于：所提出的能量采集电路无需系统时钟即可完成对开路电压的采样与更新。本发明所提出的一种无需时钟的单级微太阳能采集电路，可广泛应用于微太阳能采集系统，简化了系统的拓扑，提高了能量采集的效率。

技术研发人员：罗萍,王浩,吴泉澳,吴乾峰,辛相文,龚正,黄经纬
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15