能量收集中AC-DC升壓器的設計與研究.pdf

1、隨著傳感技術的發(fā)展，傳感系統(tǒng)在監(jiān)測物理參數(shù)如溫度、濕度和機械壓力等應用中越來越重要。如果進入這個系統(tǒng)內(nèi)部很困難，那么電池的更換就變得困難很多。這就要求這個系統(tǒng)能夠自供電。自供電設備通過微型發(fā)電機收集周圍環(huán)境的能量，它能夠在沒有任何連續(xù)的外部電源供應的情況下完成運行。振動能量在周圍環(huán)境中十分豐富，是許多研究團隊當前研究的焦點，其中電磁式微型發(fā)電機收集振動能量有最高的能量密度。但是從周圍環(huán)境中收集振動能量的電磁式微型發(fā)電機輸出功率和電壓非常

2、小，無法直接應用。
　　本研究設計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。這個變換器包含兩部分電路，前面部分是一個基于襯底驅(qū)動比較器結構的有源整流器，后面部分是一個DC-DC升壓電路。有源整流器包含兩級，第一級是無源級和僅由一個有源二極管組成的第二級。為了降低有源二極管的功耗，采用一個工作在亞閾值區(qū)的襯底輸入比較器用來驅(qū)動有源二極管開關。電壓降能夠低于十幾毫伏，導致電壓和功率的轉(zhuǎn)換效率超過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)測開關節(jié)點的電壓，反饋給頻率控制器，調(diào)節(jié)開關的導通時間，使電感電流為零時，開關能夠及時斷開，從而提高升壓變換器的能量轉(zhuǎn)換效率。這個設計基于0.18um標準CMOS工藝實施，采用Spectre進行仿真驗證。結果表明，當輸入電壓振幅為500mV，頻率為100Hz，負載電阻為50K?時AC-DC升壓