【摘要】：集成電路的微型化一直是芯片設計者永恒的話題。微型系統(tǒng)由于體積小,功耗低等特點被廣泛應用于各種不同場合中。當今世界,功耗是電池驅動的主要關注點,為了延長器件的壽命,提出了一種混合電源管理系統(tǒng),使用環(huán)境中的能量,如太陽能作為能量的來源來提供給負載或者電池存儲。雖然環(huán)境中能量取之不盡,用之不竭,但通常都是不穩(wěn)定的,而且瞬時功率有限。因而為了有效利用環(huán)境中能量,必須建立有效的電源管理電路。本論文的主要工作是設計一種適用于能量收集的開關電容直流-直流(DC-DC)轉換器,且轉換器能夠在輸入信號較低時仍然有較高的功率轉換效率(PCE,Power Conversion Efficiency)。本文主要研究工作如下:首先,由于光伏陣列獲取的能量通常會呈現(xiàn)出非線性、不穩(wěn)定性,而傳統(tǒng)的最大功率跟蹤方法都是基于整數(shù)階系統(tǒng),無法有效解決非線性問題。因而為了跟蹤最大功率點輸出最大功率,研究了分數(shù)階極值搜索最大功率點方法,有效地提高了系統(tǒng)的魯棒性和整體的收斂性,減少了功率損失,提高了光伏陣列的轉化效率。其次,環(huán)境中能量收集的不確定性、收集到的能量通常輸出電壓低且不夠穩(wěn)定,無法應用于電子電路。因此,DC-DC變換器變得格外重要。針對理想型電荷泵進行了分析,對設計策略進行了優(yōu)化,分析了 Dickson電荷泵和柵交叉耦合電荷泵的損耗,提出了帶有小電感的改進型Dickson電荷泵和高增益四相時鐘柵交叉耦合電荷泵,通過數(shù)學分析和仿真驗證其可行性。最后,鑒于在低壓應用中,傳統(tǒng)電荷泵電路的輸出特性比較差,最終適用于能量收集的開關電容電路采用了高增益四相時鐘交叉耦合電荷泵,通過四相時鐘交錯控制電路,改進了 MOS管柵極的驅動策略,消除產(chǎn)生的反向電荷,減小了輸出電壓的波動,使得輸出電壓、功率轉化效率、負載能力都得到進一步提高。整個電路設計采用TSMC 0.18um CMOS工藝,電路不需要額外的相移電路且柵源和漏源之間不超過輸入電壓。
【圖文】：

能量收集系統(tǒng)電路包括：能量獲取單元、電荷泵電路、控制電路，為特定應逡逑用設計的最優(yōu)能量收集電路需要權衡整體電路的各項性能指標。能量收集系統(tǒng)框逡逑圖如圖１．１所示。逡逑「S緬義系繾酉低沖義弦庸庹斟危⒁唬蓿掊義希埽埽苠五五澹輳義希澹氐縟藎洌悖洌惚溴危駑澹蓿潁斟義蟧茫坼位黃鰲危迱奬b逡逑光伏陣列邐￣逡逑能量存儲逡逑圖１．１能量收集系統(tǒng)框圖逡逑在能量收集系統(tǒng)中，能量獲取單元中環(huán)境中的能量獲取技術成為了研宄的熱逡逑２逡逑

術在低電源電壓下ＭＯＳＦＥＴ工作機理是非常重要的。逡逑２．１．１邐ＭＯＳ管工作原理逡逑如圖２．１所示ｎ型溝道ＭＯＳ管。在理想條件下，圖中ＭＯＳ管的體端Ｂ和逡逑源端Ｓ接地，即ＦｆＫ＾ＯＶ，給漏端施加一個小的正電壓Ｆｄ。逡逑邐？邐Ｌ／逡逑圖２．邋ＩＮ型溝道ＭＯＳ管逡逑柵端電壓Ｆｇ＝０時，，襯底將源漏兩級阻斷，ＭＯＳ管相當于兩個ＰＮ結，彼此逡逑不聯(lián)系，即使有正向電壓６的作用，源級和漏級之間也只有微小的ＰＮ結反向逡逑６逡逑
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM46

【參考文獻】

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本文編號：2675923