能量收集中AC-DC升壓器的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，傳感系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)物理參數(shù)如溫度、濕度和機(jī)械壓力等應(yīng)用中越來(lái)越重要。如果進(jìn)入這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部很困難，那么電池的更換就變得困難很多。這就要求這個(gè)系統(tǒng)能夠自供電。自供電設(shè)備通過(guò)微型發(fā)電機(jī)收集周圍環(huán)境的能量，它能夠在沒(méi)有任何連續(xù)的外部電源供應(yīng)的情況下完成運(yùn)行。振動(dòng)能量在周圍環(huán)境中十分豐富，是許多研究團(tuán)隊(duì)當(dāng)前研究的焦點(diǎn)，其中電磁式微型發(fā)電機(jī)收集振動(dòng)能量有最高的能量密度。但是從周圍環(huán)境中收集振動(dòng)能量的電磁式微型發(fā)電機(jī)輸出功率和電壓非常

2、小，無(wú)法直接應(yīng)用。
　　本研究設(shè)計(jì)了一種超低輸入電壓、低功耗且高效的AC-DC升壓變換器電路。這個(gè)變換器包含兩部分電路，前面部分是一個(gè)基于襯底驅(qū)動(dòng)比較器結(jié)構(gòu)的有源整流器，后面部分是一個(gè)DC-DC升壓電路。有源整流器包含兩級(jí)，第一級(jí)是無(wú)源級(jí)和僅由一個(gè)有源二極管組成的第二級(jí)。為了降低有源二極管的功耗，采用一個(gè)工作在亞閾值區(qū)的襯底輸入比較器用來(lái)驅(qū)動(dòng)有源二極管開關(guān)。電壓降能夠低于十幾毫伏，導(dǎo)致電壓和功率的轉(zhuǎn)換效率超過(guò)90％，最低輸入電壓可

3、低于300mV。DC-DC升壓電路采用的是boost變換器，工作在不連續(xù)傳導(dǎo)模式下，采用脈沖頻率調(diào)制方式。為了提高升壓變換器的能量轉(zhuǎn)換效率，我們監(jiān)測(cè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電壓，反饋給頻率控制器，調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，使電感電流為零時(shí)，開關(guān)能夠及時(shí)斷開，從而提高升壓變換器的能量轉(zhuǎn)換效率。這個(gè)設(shè)計(jì)基于0.18um標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝實(shí)施，采用Spectre進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，當(dāng)輸入電壓振幅為500mV，頻率為100Hz，負(fù)載電阻為50K?時(shí)AC-DC升壓