發(fā)布時間：2020-05-22 11:24

【摘要】：集成電路的微型化一直是芯片設(shè)計者永恒的話題。微型系統(tǒng)由于體積小,功耗低等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種不同場合中。當(dāng)今世界,功耗是電池驅(qū)動的主要關(guān)注點(diǎn),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(fù)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(shè)計一種適用于能量收集的開關(guān)電容直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器,且轉(zhuǎn)換器能夠在輸入信號較低時仍然有較高的功率轉(zhuǎn)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(diǎn)輸出最大功率,研究了分?jǐn)?shù)階極值搜索最大功率點(diǎn)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(zhuǎn)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(yīng)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(jìn)行了分析,對設(shè)計策略進(jìn)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(jìn)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(xué)分析和仿真驗(yàn)證其可行性。最后,鑒于在低壓應(yīng)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(guān)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(jìn)了 MOS管柵極的驅(qū)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(zhuǎn)化效率、負(fù)載能力都得到進(jìn)一步提高。整個電路設(shè)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(yīng)逡逑用設(shè)計的最優(yōu)能量收集電路需要權(quán)衡整體電路的各項(xiàng)性能指標(biāo)。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�，雄逦稽S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(shù)成為了研宄的熱逡逑２逡逑

術(shù)在低電源電壓下ＭＯＳＦＥＴ工作機(jī)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(dāng)于兩個ＰＮ結(jié)，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(jié)反向逡逑６逡逑
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM46

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

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3 周林;武劍;栗秋華;郭珂;;光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法綜述[J];高電壓技術(shù);2008年06期

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本文編號：2675923