適用于能量采集系統(tǒng)的低輸入電壓高效flyback變換器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步帶動(dòng)了便攜式設(shè)備的發(fā)展，也對(duì)設(shè)備的電源管理模塊提出了新的需求:體積更小、效率更高、集成度更高。同時(shí)，便攜式設(shè)備越來越多使用能量采集系統(tǒng)供電，其直流電壓變換器需要能工作在供電電壓更低、負(fù)載電流更小的情況下，并維持盡可能高的轉(zhuǎn)換效率。
　　本論文著眼于能量采集系統(tǒng)，對(duì)其應(yīng)用背景、發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面調(diào)研，研究了幾種目前常見的能量轉(zhuǎn)換器的工作原理和主要特點(diǎn)，并以熱電轉(zhuǎn)換器為例，總結(jié)出在便攜式設(shè)備中適用于能量

2、采集系統(tǒng)的供電模塊所需具備的特性，確定用flyback結(jié)構(gòu)作為變換器主拓?fù)?，提出一種可以在極低輸入電壓情況下工作的自啟動(dòng)電路。同時(shí)，為了減少系統(tǒng)功耗，提升系統(tǒng)效率，采用了基于突發(fā)模式的恒定時(shí)間導(dǎo)通控制模式，通過減小功率開關(guān)管的開關(guān)動(dòng)作時(shí)間和使系統(tǒng)工作在斷續(xù)導(dǎo)通模式的方式來提高變換器效率，并根據(jù)能量轉(zhuǎn)換器的輸出電壓大小動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)恒定導(dǎo)通時(shí)間，保證變換器在各種狀態(tài)下都能以最大功率從能量轉(zhuǎn)換器獲取能量，實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤功能。
　　芯片

3、在UMC0.18μm CMOS工藝下設(shè)計(jì)完成。仿真結(jié)果表明變換器能夠在低至20mV-300mV的輸入電壓下啟動(dòng)直至進(jìn)入正常工作模式，并能穩(wěn)定輸出1.8V電壓對(duì)后續(xù)設(shè)備進(jìn)行供電。最大功率點(diǎn)跟蹤模塊的準(zhǔn)確率達(dá)到98％，使能量利用率獲得較大提升。由于對(duì)各模塊采用了動(dòng)態(tài)電源管理，當(dāng)最大功率點(diǎn)跟蹤模塊和零電流開關(guān)控制模塊關(guān)閉時(shí)，控制器的電流損耗可降低到0.6μA。當(dāng)輸入電壓為20mV時(shí)，系統(tǒng)效率為75％，當(dāng)輸入電壓高于100mV時(shí)，系統(tǒng)效率為91