[发明专利]工作模式可重构的能量收集控制电路及DC-DC转换器

说明书

本发明公开一种工作模式可重构的能量收集控制电路及DC‑DC转换器，工作模式可重构的能量收集控制电路采用单迟滞比较器以及时序控制电路，单迟滞比较器通过对输出电压的监测以决定升降压电路的工作状态，时序控制电路根据相应的工作状态生成开关信号S1‑S5，DC‑DC转换器利用工作模式可重构的能量收集控制电路所生成的开关信号S1‑S5，提高了输出电压的稳定性，在备用锂电池给负载供电的同时系统可以持续追踪环境能量电池的最大功率并进行持续的环境能量收集，从而提高了系统对环境能量的利用率，其能量转换效率在78％以上，环境能量追踪效率在98％以上。

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种工作模式可重构的能量收集控制电路及DC-DC转换器。

背景技术

随着集成电路的高速发展，物联网微型无线传感器系统已经应用到我们生活中的方方面面。尽管有些无线传感器系统的功耗并不太高，但是物联网应用中鉴于便携式微型化的要求，通常要求供电电池要做到微型化并尽可能不更换或者少更换电池。而微型电池的容量通常更小，难以为物联网系统提供长时间的续航。近十年来，能量收集技术及其环境能量电池技术得到了广泛的研究，这为有效解决电池容量低且续航时间过短的问题带来了希望，该技术通过将环境中采集到的光、热、射频电磁波等能量转化为电能并存储起来，从而使无线传感器系统达到半永久或永久使用的目的。

传统的单电感能量收集电路将控制模式分成轻负载和重负载两种模式，其主要存在问题是模式切换需要一定的时间，故当负载功率突变时输出电压也同样会发生突变，表现为当负载功率从高变低时输出电压会出现向上跳变的尖峰，而负载功率从低变高时输出电压会出现向下跳变的尖峰，这带来了DC-DC转换器的稳定性问题。同时，目前多数单电感能量收集电路在重负载下不能够收集环境能量，而可以继续收集环境能量的单电感能量收集电路多数并不能继续对环境能量电池的最大功率点进行追踪，从而使得环境能量电池的利用率较低。

发明内容

本发明所要解决的是现有单电感能量收集电路稳定性差和能量利用率低的问题，提供一种工作模式可重构的能量收集控制电路及DC-DC转换器。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

工作模式可重构的能量收集控制电路，由开关信号S1和S2产生电路、开关信号S4产生电路、以及开关信号S3和S5产生电路组成。

所述开关信号S1和S2产生电路包括快速比较器I1，缓冲器I2，延时生成器I3、I4，以及反相器I21。快速比较器I1的同相输入端形成能量收集控制电路的信号V_CIN输入端，快速比较器I1的反相输入端形成能量收集控制电路的信号V_M输入端。快速比较器I1的输出端接缓冲器I2的输入端，缓冲器I2的输出端同时接延时生成器I3和I4的输入端。延时生成器I3的输出端形成能量收集控制电路的开关信号S2输出端。延时生成器I4的输出端形成能量收集控制电路的开关信号S1输出端。反相器I21的输入端接延时生成器I4的输出端。

所述开关信号S4产生电路包括基准电源I5，振荡器I6，迟滞比较器I7，以及一个三输入与非门I8。基准电源I5的输出端接迟滞比较器I7的同相输入端，迟滞比较器I7的反相输入端形成能量收集控制电路的信号V_OUT输入端。延时生成器I4的输出端、迟滞比较器I7的输出端和振荡器I6的输出端分别接三输入与非门I8的一个输入端。三输入与非门I8的输出端形成能量收集控制电路的开关信号S4输出端。

所述开关信号S3和S5产生电路包括迟滞比较器I9，延时生成器I14，反相器I11、I15，比较器I10、I12，以及两输入与门I13、I16。