[发明专利]一种动态追踪DC‑DC电源转换器最大效率点电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线能量传输接收电路，特别涉及一种最大效率追踪电路。

背景技术

无线胶囊内窥镜作为新一代医疗器械，在消化道炎症和病变的无痛检测方面表现卓越，能够对内消化系统炎症和癌症的提前监测和预防。目前，无线胶囊内窥镜主要依靠纽扣电池实现对其工作状态下电量供应。但是，传统纽扣电池的功率容量极大限制了胶囊内窥镜在人体消化道长时间稳定工作，限制其在生物医疗领域的进一步发展。

为了解决纽扣电池功率容量低的局限性带来的问题，通常采用基于感应或磁谐振式近场无线能量传输技术实现对无线胶囊内窥镜的工作状态下实时稳定的电量供应；图1是无线胶囊内窥镜无线能量传输接收电路系统框图；接收线圈感应并且捕获到消化道环境中交变磁场，并且通过电磁感应原理转化为交变电场作为整流电路的功率源。该部分交变电场能量通过整流电路后可以转化为直流电压。一般而言，输出电压不稳定不能够直接作为微控制器或者传感器网络的电压供应；通常需要引入DC-DC电源转换器，实现对电压的稳定输出（3.3V电压是常见的微控制器或者传感器的工作电压）。

传统无线能量传输技术依靠Low Dropout Voltage Regulator (LDO)来实现对整流电路输出电压的稳定，但是LDO仅仅考虑对电压进行稳定，所以直流-直流转换效率低，一般作为基于电池电量供应的电路系统，例如手机、电脑等消费电子；为了实现高效率的直流-直流功率的转换，需要采用带有最大效率点追踪的DC-DC电源转换器。例如凌力（Linear Technology）公司的LTC3129-1 DC/DC升压/降压型转换器，能够实现80%~90%的直流-直流功率转换效率，极大满足无线胶囊内窥镜系统对直流功率转换效率的需求。

本发明主要基于凌力（Linear Technology）公司的芯片LTC3129-1 DC/DC升压/降压型转换器进行的电路设计，同样该电路设计方法适用于所有带有最大效率点追踪的DC-DC电源转换器。图2是通过R5和R6构成的高阻抗电阻网络实现对非理想电压源的最大效率追踪的常见电路示意图。高阻抗反馈电阻网络实现对非理想电压源开路电压信号提取，能够有效调整非理想电压源最佳负载能力（因为对于非理想电压源而言，负载和输出电压存在一一对应关系），并且最终表现在芯片的输入电压和输入电流上，最佳负载情况下的LTC3129-1的输入电压满足，

Vin=1.175V•(1+R5/R6)

通过R5和R6电阻节点电压与LTC3129-1芯片内部参考电压1.175V比较，如果节点电压大于1.175V，芯片内部通过电流控制电路控制流入芯片的电流I2，即调整Vin/I2对应的电阻值，Vin/I2和非理想电压源内阻Rs进行分压，进而非理想电压源的输出电压（也是LTC3129-1芯片的输入电压Vin）随之减小，由于R5和R6串联构成高阻抗，一般MΩ级别，所以流经高阻抗反馈网络的电流极低，电阻损耗可以忽略不计。重复上述反馈过程直到高阻抗反馈电阻网络的节点电压等于LTC3129-1芯片内部的参考电平1.175V，最终实现非理想电压源的最大效率点追踪的目的。

图2中R5和R6构成的高阻抗反馈网络实现对芯片输入电压Vin=1.175V•(1+R5/R6) 的调控，如果电压源开路输出电压发生改变，则不能在所有情况下，简单通过Vin=1.175V•(1+R5/R6)的高阻抗反馈网络实现非理想电压源最大效率点追踪。在无线胶囊内窥镜应用中，基于肖特基二极管的二倍压电路作为如图3所示的非理想电压源，不同输入功率对应着不同的最大效率点输出电压，如图4所示，从图4可以清晰看出，基于肖特基二极管的二倍压电路的最大效率点对应的输出电压随着输入功率增大而逐渐增大，因此采用图2的R5和R6构成的高阻抗反馈分压网络不能够满足大功率输入范围的最大效率点追踪。因此需要通过相应的电路设计实现对不同输入功率情况下的最大效率点跟踪，进而满足无线胶囊内窥镜的系统效率需求，实现胶囊内窥镜无线能量传输系统的效率最大化提取。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态追踪DC-DC电源转换器最大效率点电路，解决现有技术中高阻抗反馈分压网络不能够满足大功率输入范围的最大效率点追踪的问题。