CN109038835B - 一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路，包括能量采集电路和最大功率点跟踪电路。能量采集电路可以采集能量实现自供电，不用外部供电。采用的最大功率点跟踪电路消耗的功率低，使电路功耗低、体积小，同时实现了最大功率点跟踪方法在微能量采集场景的应用。

Description

一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路
技术领域
本发明涉及电子领域，特别地，涉及一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路。
背景技术
随着人们对能源危机的日益关注，能量采集技术越来越受到关注。该技术主要应用在太阳能、热能、微波能、机械能等，目的是将这些能量转化为电能，为电子设备进行供电。该技术具有低维护成本，使用寿命长等优势。现有能量采集方案主要针对太阳能、风能、振动等大功率能量采集应用场景，这些方案具有功耗高、效率低等缺陷，尤其是传统的最大功率点跟踪法需要用到功耗较高的电流传感器，因此不能满足无线能量传输(WPT)的小功率应用场景对能耗的苛刻要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路，该电路具有功耗低、效率高的特点，因此可以应用在低功率应用场景中。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路，包括能量采集电路和最大功率点跟踪电路，所述最大功率点跟踪电路包括三个模拟开关、可变电阻器、微控制器，所述能量采集电路的VIN端通过模拟开关K1接无线能量传输接收系统，无线能量传输接收系统通过模拟开关K2连接到可变电阻器后接地，可变电阻器和模拟开关K2之间通过连接模拟开关K3连接到能量采集电路的VREF，所述能量采集电路的VREF端通过电容C1接地，能量采集电路的OUT端为输出端，微控制器的SW1连接模拟开关K1，微控制器的SW2连接模拟开关K2，微控制器的SW3连接模拟开关K3，微控制器的SPI连接可变电阻器，微控制器的ADC接到模拟开关K2、模拟开关K3和可变电阻器的连接处，所述能量采集电路还接有储能元器件。
优选地，所述微控制器是十六位低功耗微控制器，功耗低，便于控制电路。
优选地，所述可变电阻器为低功耗的数字电位器。
优选地，所述能量采集电路中的储能元器件为最大功率点跟踪电路供电。
优选地，所述储能元器件为超级电容C2。
本发明的有益效果：
由上述方案可知，所述微能量采集电路，包括能量采集电路和最大功率点跟踪电路，能量采集电路可以采集能量实现自供电，不用外部供电。采用的最大功率点跟踪电路消耗的功率低，使电路功耗低、体积小，同时实现了最大功率点跟踪方法在微能量采集场景的应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明电路结构示意图；
图2是本发明最大功率点跟踪算法流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行说明。所描述给出的实施例子仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，不能理解为对本发明的限制。
一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路，包括能量采集电路和最大功率点跟踪电路，所述最大功率点跟踪电路包括三个模拟开关、可变电阻器、微控制器，所述能量采集电路的VIN端通过模拟开关K1接无线能量传输接收系统，无线能量传输接收系统通过模拟开关K2连接到可变电阻器后接地，可变电阻器和模拟开关K2之间通过连接模拟开关K3连接到能量采集电路的VREF，所述能量采集电路的VREF端通过电容C1接地，能量采集电路的OUT端为输出端，微控制器的SW1连接模拟开关K1，微控制器的SW2连接模拟开关K2，微控制器的SW3连接模拟开关K3，微控制器的SPI连接可变电阻器，微控制器的ADC接到模拟开关K2、模拟开关K3和可变电阻器的连接处，所述能量采集电路还接有储能元器件。
所述可变电阻器为低功耗的数字电位器。
所述能量采集电路中的储能元器件为最大功率点跟踪电路供电。
所述储能元器件为超级电容C2。
如图1所示,无线能量传输接收系统接收自由空间的微波能量，同时将微波能量转化为直流能量。由于所述WPT的能量级别低，因此无线能量传输接收系统输出的直流能量通常为毫瓦级到微瓦级，输出电压比较低且波动。当微控制器控制模拟开关K1导通，模拟开关K2和K3关闭时，无线能量传输接收系统输出端连接到能量采集电路的输入端，无线能量传输接收系统输出的直流能量传输到能量采集电路中。同时，能量采集电路中还包含一个超级电容器用来存储电能。当后级负载电路不需要用电时，能量采集电路将采集到的能量存储到超级电容器中；当后级负载电路需要用电时，存储在超级电容器的能量输出到负载电路为其供电。
基于等效电阻法的最大功率点跟踪原理如下：
(1)、当微控制器控制模拟开关K1关闭，模拟开关K2、模拟开关K3导通时，无线能量传输接收系统的输出端与可变电阻相连，则此时无线能量传输接收系统的负载为可变电阻。微控制器可以通过采样可变电阻两端的电压以及已知可变电阻的电阻值计算出此时无线能量传输接收系统的输出功率。微控制器通过改变可变电阻的电阻值来观察无线能量传输接收系统的输出功率变化，当无线能量传输接收系统输出功率达到最大值，此时可变电阻的电阻值以及电压值成为最优负载电阻和最优工作点电压。同时，所述的最优工作点电压通过模拟开关K3传送并存储在电容C1中。
(2)、微控制器控制模拟开关K1导通，模拟开关K2、模拟开关K3关闭，无线能量传输接收系统的输出端与能量采集电路相连。无线能量传输接收系统将根据存储在电容C1的最优工作点电压对其输入电压进行调节，使输入电压逼近最优工作点电压，那么可间接地调节能量采集电路的输入电阻为最优负载电阻。由于能量采集电路作为无线能量传输接收系统的负载电路，其负载电阻满足最大功率传输定理，从而无线能量传输接收系统输出到能量采集电路的功率接近最优值，所以提高了整体的能量采集效率。
如图2所示，为根据上述最大功率点跟踪原理设计控制程序流程图。为了降低功耗，结合实际应用场景，最大功率点跟踪过程将采取观察扰动方式。为了方便描述，改变可变电阻的电阻值称为扰动，扰动方向可以有增大和减小两种。具体流程如下：
S1、微控制器控制模拟开关K1关闭，模拟开关K2、模拟开关K3导通；
S2、采样可变电阻的电压值V(t)；
S3、计算此时无线能量传输接收系统的输出功率P(t)；
S4、P(t)与上一时刻无线能量传输接收系统的输出功率P(t-1)比较；
S5、若观察到无线能量传输接收系统的输出功率增大，则保持上一次的扰动方向；否则反方向扰动；
S6、微控制器控制模拟开关K1导通，模拟开关K2、模拟开关K3关闭；
S7、微控制器进入低功耗模式；
通过上述过程：电路进行一次扰动，能量采集电路对输入电压调节一次，则无线能量传输接收系统输出到能量采集电路的功率改变一次。通过循环执行S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，无线能量传输接收系统的输出功率逐步向最优输出功率逼近，从而提高能量采集效率。在执行完S1至S6，无线能量传输接收系统输出端重新连接到能量采集电路，同时微控制器进入低功耗模式以降低。对程序代码优化，使S1至S2的代码执行时间尽量短可以进一步降低功耗。
以上所述只是本发明的较佳实施方式，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路，包括能量采集电路和最大功率点跟踪电路，其特征在于：所述最大功率点跟踪电路包括三个模拟开关、可变电阻器、微控制器，所述能量采集电路的VIN端通过模拟开关K1接无线能量传输接收系统，无线能量传输接收系统通过模拟开关K2连接到可变电阻器后接地，可变电阻器和模拟开关K2之间通过连接模拟开关K3连接到能量采集电路的VREF，所述能量采集电路的VREF端通过电容C1接地，能量采集电路的OUT端为输出端，微控制器的SW1连接模拟开关K1，微控制器的SW2连接模拟开关K2，微控制器的SW3连接模拟开关K3，微控制器的SPI连接可变电阻器，微控制器的ADC接到模拟开关K2、模拟开关K3和可变电阻器的连接处，所述能量采集电路还接有储能元器件。
2.根据权利要求1所述的一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路，其特征在于：所述微控制器是十六位低功耗微控制器。
3.根据权利要求1所述的一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路，其特征在于：所述可变电阻器为低功耗的数字电位器。
4.根据权利要求1所述的一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路，其特征在于：所述能量采集电路中的储能元器件为最大功率点跟踪电路供电。
5.根据权利要求1或4所述的一种具有最大功率点跟踪功能的微能量采集电路，其特征在于：所述储能元器件为超级电容C2。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106487055A (zh) * 2015-09-02 2017-03-08 华为终端（东莞）有限公司 电源管理电路、智能终端及充电方法
CN206149142U (zh) * 2016-09-22 2017-05-03 宁波大学 一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统
JP6152919B1 (ja) * 2016-12-27 2017-06-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 エナジーハーベスト端末

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106487055A (zh) * 2015-09-02 2017-03-08 华为终端（东莞）有限公司 电源管理电路、智能终端及充电方法
CN206149142U (zh) * 2016-09-22 2017-05-03 宁波大学 一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统
JP6152919B1 (ja) * 2016-12-27 2017-06-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 エナジーハーベスト端末

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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