[发明专利]一种三维最大功率点追踪方法

说明书

一种三维最大功率点追踪方法，适用于功率级使用电荷泵的能量收集系统，能量收集系统启动完成后周期性通过电荷泵向输出电容充电，在每个周期中通过爬山算法调整电荷泵的增益、级间电容值和工作频率；第一个周期中电荷泵以最大倍增益向输出电容充电，通过爬山算法依次调整电荷泵的级间电容值和工作频率，从第二个周期开始，根据当前周期和上一个周期中能量收集系统输出电压峰值的比较结果，通过爬山算法依次调整所述电荷泵的增益、级间电容值和工作频率；同时在每个周期中判断是否将系统冻结；系统冻结经过待机时间后进行下一周期的调整；按照最后一个周期获得的电荷泵的增益、级间电容值和工作频率作为最后的最大功率点参数设置。

技术领域

本发明属于能量收集领域，具体涉及一种基于爬山算法的三维最大功率点追踪方法。

背景技术

随着便携式设备如无线传感器、汽车电子、安全系统、环境检测传感器等新兴技术的兴起，为了降低这些系统的能耗增加其待机时间，能量收集系统成为最有效的解决方案之一。由于所有电池都有一定的内阻，当后级电路的等效输入阻抗与电池内阻匹配时，后级电路可以获得最多的能量，这就引入了最大功率点追踪的概念。通过合适的最大功率点追踪算法，可以使系统工作在最大功率点，从而提高能量收集系统的效率。

目前已经提出了很多种最大功率点追踪方法，不同的方法各有优缺点，也有其各自适用的能量源。学术界目前比较常见的最大功率点追踪算法有开路电压算法、短路电流算法、爬山算法、频率拟合算法等等。其中爬山算法由于其简单及易于操作性被广泛使用，已经开发了许多基于爬山的最大功率点追踪原理，以根据负载需求最大化转换所收获的能量。但目前的基于爬山算法的最大功率点追踪方法通常基于功率级采用DC-DC转换器的能量源，且一般不能调节能量源中的电荷泵增益，所以现有的爬山算法通常是一维或二维，存在最大功率点追踪精度和范围较差的问题。

发明内容

针对现有的能量收集领域中最大功率点追踪方法存在的精度低、适用范围窄的问题，本发明提出了一种三维最大功率点追踪方法，能够适用于功率级使用电荷泵的能量收集系统，通过逐步调节电荷泵的增益、级间电容值和工作频率这三个参数，使得功率级的输入阻抗与能量源的内阻相匹配，从而逐步精确的实现了三维最大功率点追踪。

本发明的技术方案是：

一种三维最大功率点追踪方法，适用于功率级使用电荷泵的能量收集系统，所述功率级的输入电阻和所述能量收集系统的内阻相等时所述能量收集系统工作在最大功率点；

所述三维最大功率点追踪方法包括如下步骤：

步骤一、所述电荷泵以最大倍增益向所述能量收集系统的输出电容充电，使得所述能量收集系统的输出电压上升达到稳压值，所述能量收集系统完成启动；

步骤二、启动完成后，所述能量收集系统周期性通过所述电荷泵向输出电容充电，在每个周期中通过爬山算法调整所述电荷泵的增益、级间电容值和工作频率；

其中第一个周期中，所述电荷泵以最大倍增益向所述能量收集系统的输出电容充电，通过爬山算法依次调整所述电荷泵的级间电容值和工作频率；

第i个周期中，将当前周期中所述能量收集系统的输出电压峰值与上一个周期中所述能量收集系统的输出电压峰值进行比较，根据比较结果通过爬山算法依次调整所述电荷泵的增益、级间电容值和工作频率，其中i为大于1的正整数；

若当前周期中所述能量收集系统的输出电压峰值大于上一个周期中所述能量收集系统的输出电压峰值，增大所述电荷泵的增益、级间电容值和工作频率；

若当前周期中所述能量收集系统的输出电压峰值小于上一个周期中所述能量收集系统的输出电压峰值，减小所述电荷泵的增益、级间电容值和工作频率；