[发明专利]一种用于振动能量采集器的开关电感整流电路及方法

摘要

本发明涉及一种用于振动能量采集器的开关电感整流电路及方法,包括可控开关并联电感AC‑DC主模块，开关时间控制模块1和开关时间控制模块2，本发明输入端为振动能量采集器采集到的交流电压电流。当输入端的振荡信号电压从正电压向负电压翻转时，由于采集器的感性器件特性，电压与电流产生相位差，在这段时间内会产生电荷损失。本发明采用逻辑电路对电感开关控制与全桥整流电路相结合的方式，当产生相位差时，时间控制模块1开始工作驱动电感开关开启收集翻转时损失的电荷；翻转结束后，时间控制模块2控制电感开关关断，并开启对输出电容的开关，释放存储后的电荷，以此来提高转换效率。

主权项

1.一种用于振动能量采集器的开关电感整流电路，其特征在于：包括可控开关并联电感AC‑DC主模块，开关时间控制模块1和开关时间控制模块2，其中：可控开关并联电感AC‑DC主模块将振动能量采集器输入的交流电压转换为直流电压V3输出；可控开关并联电感AC‑DC主模块的结构为：包括N型MOS管M1、N型MOS管M2、P型MOS管M3、P型MOS管M4、P型MOS管M5、N型MOS管M6、N型MOS管M7、P型MOS管M8、P型MOS管M9、P型MOS管M10、P型MOS管M11，相同的传输门T1、传输门T2、电感L1、电容C1、二极管D1和比较器COMP1，其中N型MOS管M1的栅极SWN1、N型MOS管M2的栅极SWN2、P型MOS管M3的栅极SWP1、P型MOS管M4的栅极SWP2作为控制信号输入端；N型MOS管M1和P型MOS管M4的漏极与传输门T1以及电感L1的一端相接；N型MOS管M2和P型MOS管M3的漏极与传输门T2的一端以及电感L1的另一端相接，N型MOS管M1和N型MOS管M2的源极以及衬底都与地相接，P型MOS管M3和P型MOS管M4的衬底、P型MOS管M3、P型MOS管M4和P型MOS管M9的源极、P型MOS管M10的栅极、P型MOS管M11的漏极、比较器COMP1的正极、二极管D1的负极与电容C1一端V3相接作为输出电压端，电容C1另一端与地相接；传输门T1另一端、P型MOS管M5和N型MOS管M6的漏极、P型MOS管M8和N型MOS管M7的栅极与振动能量采集器一端V1相接，传输门T2另一端、P型MOS管M8和N型MOS管M7的漏极、P型MOS管M5和N型MOS管M6的栅极与振动能量采集器另一端V2相接；N型MOS管M6和N型MOS管M7的源极以及衬底都与地相接，P型MOS管M5和P型MOS管M8的源极以及衬底、P型MOS管M11的栅极、P型MOS管M9和P型MOS管M10的漏极、比较器COMP1的负极、二极管D1的正极相接；比较器COMP1的输出端SW1与P型MOS管M9的栅极相接；P型MOS管M9、P型MOS管M10和P型MOS管M11的衬底、P型MOS管M10和P型MOS管M11的源极相接；开关时间控制模块1用于生成开关并联电感AC‑DC主模块的传输门T1和传输门T2的开关控制信号，开关时间控制模块1的结构为：包括比较器COMP2、与门AND1和缓冲器B1，其中比较器COMP2的使能端接SW1信号，比较器COMP2的正端输入外部生成的参考电压，比较器COMP2的负端输入外部生成的周期斜坡电压，比较器COMP2的输出端与与门的一个输入端相接，与门的另一个输入端与开关并联电感AC‑DC主模块的比较器COMP1的输出端SW1相接，与门的输出端与缓冲器B1的输入端相接，缓冲器的输出端SW2为开关并联电感AC‑DC主模块提供开关控制信号；开关时间控制模块2用于生成开关并联电感AC‑DC主模块的N型MOS管M1的栅极SWN1、N型MOS管M2的栅极SWN2、P型MOS管M3的栅极SWP1、P型MOS管M4的栅极SWP2的开关控制信号，开关时间控制模块2的结构为：包括电流检测电路、电流比较器COMP3、缓冲器B2、缓冲器B3、触发器DFF1和触发器DFF2，其中电流检测电路由简单CMOS电流镜组成，输入端与端口V3相接，输出端与电流比较器COMP3的负端相接，电流比较器COMP3的输出端与触发器DFF1和触发器DFF2的Reset端相接，缓冲器B2的输入端与开关并联电感AC‑DC主模块的端口V1相接，缓冲器B3的输入端与开关并联电感AC‑DC主模块的端口V2相接，缓冲器B2的输出端和触发器DFF1的D端相接，缓冲器B3的输出端和触发器DFF2的D端相接；触发器DFF1和触发器DFF2的Clk端与开关时间控制模块1端口SW2的非信号相接，触发器DFF1的Q端与N型MOS管M1的栅极SWN1相接，触发器DFF1的Q非端与P型MOS管M3的栅极SWP1相接，触发器DFF2的Q端与N型MOS管M2的栅极SWN2相接，触发器DFF2的Q非端与P型MOS管M4的栅极SWP2相接。