[发明专利]一种多源能量收集系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种多源能量收集系统及其控制方法，该能量收集系统包括压电、光电、热电、射频等能量收集器和处理缓冲电路、可重构电荷泵、电荷泵电压转换率控制电路、数字控制振荡器、电荷泵最大功率追踪电路、MPPT模式控制电路、仲裁电路、采样保持比较器、固定导通时间比较器、自启动电路。本发明的可重构电荷泵通过调节电压转换率和开关工作频率，提高了转换效率，扩大了输入电压范围。自适应控制电路采用固定导通时间法控制系统的输出电压，且所产生的峰值电压被复用来控制电荷泵的工作状态，降低了电路的复杂度，减小了系统的功耗。

技术领域

本发明属于微能量收集技术领域，特别涉及了一种多源能量收集系统及其控制方法。

背景技术

低功耗集成电路技术的不断发展，使得无线传感器和可穿戴设备等得到了广泛的应用。目前无线传感器和可穿戴设备主要采用电池供电，而电池供电存在续航时间短、寿命有限、维护和更换复杂以及成本高等一系列问题。能量收集技术被业界公认为该领域未来最有潜力的一种电池替代技术，成为近些年国内外研究的热点。

单源能量收集技术已经得到了广泛的研究，但是其通常存在获取能量单一，应用场景受限且可靠性低等缺陷，而多源能量收集技术则通过综合收集多种环境能量，能很好地克服这些缺陷。相对于单源能量收集设计技术，多源能量收集设计技术远未成熟。目前存在能够同时收集的能量数目较少，需要使用片外大电感且无法自启动，无法适应较宽的输入功率范围和较宽的输入电压范围，并且对于每种能量缺少响应的最大功率点追踪等问题。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的目前能量收集系统芯片设计存在的不足的问题，本发明提供了一种多源能量收集系统及控制方法，以适应更宽的输入电压范围和输入功率范围。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种多源能量收集系统，包括压电能量收集器、光电能量收集器、热电能量收集器、射频天线能量收集器、压电处理和缓冲电路、光电处理和缓冲电路、热电处理和缓冲电路、射频处理和缓冲电路、可重构电荷泵、电荷泵电压转换率(CR)控制电路、数字控制振荡器、可重构电荷泵最大功率追踪(MPPT)控制电路、MPPT模式控制电路、仲裁电路、采样保持比较器、固定导通时间比较器、自启动电路；

所述光电处理和缓冲电路包括光电接口电路、第一开关S₁、光电缓冲电容C_PV，光电接口电路的输出V_PV连接光电缓冲电容C_PV的上极板和第一开关S₁的一端，光电缓冲电容C_PV的下极板连接地线，第一开关S₁的另一端连接可重构电荷泵的IN电压输入端；

所述热电处理和缓冲电路包括热电接口电路、第二开关S₂、热电缓冲电容C_TEG，热电接口电路的输出V_TEG连接热电缓冲电容C_TEG的上极板和第二开关S₂的一端，热电缓冲电容C_TEG的下极板连接地线，第二开关S₂的另一端连接可重构电荷泵的IN电压输入端；

所述射频能处理和缓冲电路包括射频接口电路、第三开关S₃、射频缓冲电容C_RF，射频接口电路的输出V_RF连接射频缓冲电容C_RF的上极板和第三开关S₃的一端，射频缓冲电容C_RF的下极板连接地线，第三开关S₃的另一端连接可重构电荷泵的IN电压输入端；

所述压电处理和缓冲电路包括压电接口电路、压电缓冲电容C_PZ，压电接口电路的输出 VDD连接压电缓冲电容C_PZ的上极板，压电缓冲电容C_PZ的下极板连接地线；