[实用新型]一种基于变压器的高效能量收集电路

说明书

本实用新型公开了一种基于变压器的高效能量收集电路，包括由初级线圈L0和次级线圈L1组成的变压器、电容C1、电阻R1、MOS管M1、MOS管M2、开关控制管M3和开关控制管M4；该基于变压器的能量收集电路结构采用了耗尽型MOS管M1和增强型MOS管M2分时控制，避免了在输入电压增大时，线圈L0支路中出现过高的电流尖峰，从而降低了输入支路中的电流均值，同时电流的降低也避免了MOS管上的过多能量损耗，提高系统的转换效率。

技术领域

本实用新型涉及能量收集技术领域，特别涉及一种基于变压器的高效能量收集电路。

背景技术

在物联网和无线传感网络的迅速发展的今天，能量收集供电相较于传统以电池充电系统的供电方式，因其能量来源于环境的可再生能源，如：振动能、温差能摩擦能和太阳能，减少了传统供电方式中电池的维护和更换环节，因而获得了越来越多的重视和关注。

能量收集供电主要是将环境中的能量通过传感器转化为电能，通过变压器组成的正反馈环路形成的自激振荡，结合相关调制最终实现预计的电压输出；传统的能量收集方式为基于变压器的能量收集，在电路设计中通常采用0V阈值电压的MOS管，如图1所示，环境中能量(此处以温差能为例)经过传感器转化为电压VIN，通过变压器(L0，L1)和MOS管M1组成正反馈环路，形成自激振荡，将从环境中收集的能量经过电能-磁能-电能的转化从输入传递到负载，但随着输入增加,自激振荡的剧烈程度增大，表现为电容C1和电阻R1与M1栅极连接处的电压值峰值过高，从而使得流经M1漏极端的电流即线圈L0支路中的电流的尖峰过冲，造成输入端的平均电流过高，导致了在固定输出功率下转化效率的降低。从电能转化效率曲线图2中我们看到在输出为4.5V时效率随着输入电压VIN的增加而迅速降低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于变压器的高效能量收集电路。

为此，本实用新型技术方案如下：

一种基于变压器的高效能量收集电路，包括由初级线圈L0和次级线圈L1组成的变压器、电容C1、电阻R1、MOS管M1、MOS管M2、开关控制管M3和开关控制管M4；次级线圈L1的一端接地，另一端依次通过电容C1、电阻R1接地；初级线圈L0一端接输入端VIN，另一端接MOS管M1的漏极；MOS管M1的栅极接在电容C1和电阻R1之间；MOS管M1的源极与开关控制管M3的漏极相接，开关控制管M3的源极接地；MOS管M2的漏极与MOS管M1的漏极相连，MOS管M2的源极接地，MOS管M2的栅极和开关控制管M4的源极相连，开关控制管M4的漏极与MOS管M1的栅极相连；开关控制管M3和开关控制管M4的栅极均连接到控制电路，控制电路包括负压产生器和控制开关；负压产生器一端接输出端VOUT，另一端通过控制开关分别连接到开关控制管M3和开关控制管M4的栅极。

进一步的，还包括设置在初级线圈L0和输出端VOUT之间的二极管D2。

进一步的，还包括并行设置在电阻R1两端的二极管D3。

进一步的，所述的MOS管M1为耗尽型NMOS管，MOS管M2为增强型NMOS管；所述的D2为肖特基二极管,D3为齐纳二极管。

与现有技术相比，该基于变压器的能量收集电路结构采用了耗尽型MOS管M1和增强型MOS管M2分时控制，耗尽型MOS管M1因为有较低的阈值电压主要在起振阶段开启，当回路振荡后，耗尽型MOS管M1关断，增强型MOS管M2开启，因其有较高的阈值，因而在自激振荡回路中更易关断，避免了在输入电压增大时，线圈L0支路中出现过高的电流尖峰，从而降低了输入支路中的电流均值，同时电流的降低也避免了MOS管上的过多能量损耗，提高系统的转换效率；齐纳二极管D3则是通过稳定MOS管的栅极电压来降低输入支路电流尖峰，从而来降低能量的损耗；肖特基二极管D2连接了输入支路和输出支路，使得系统更容易形成正反馈，从而加快了系统的起振速度，节省了起振时间。

附图说明