能量收集電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開內容一般而言涉及DC-DC變換器電路，并且特別地涉及用于能量收集系統(tǒng)內的降壓變換器、升壓變換器或降壓-升壓變換器的變換器電路。
【背景技術】
[0002]用于從間歇環(huán)境能源收集能量的系統(tǒng)(在本領域中也稱為“能量采集系統(tǒng)”是本領域所熟知的。在一般配置中，從機械或熱源產生的能量被收集、整流、變換、調節(jié)，然后被傳遞到負載，負載可以包括電子電路。關于機械源，例如與移動部分有關的機械振動或擾動之類的低頻振動提供能源，其中能量通過換能器(例如，壓電或電磁設備)變換為電能。
[0003]現參考圖1，示出了傳統(tǒng)的能量收集系統(tǒng)100的框圖。換能器102被配置為將機械或熱能變換為輸出端104處的電能。采集接口 106被耦合以接收輸出端104處的電能并在輸出端108處提供變換的電能。在一個示例性實現中，接口 106可以包括用于將來自輸出端104的AC電能變換為輸出端108處的DC電能的整流電路。將來自輸出端108的DC電能提供給能量存儲元件110并由能量存儲元件110存儲。該元件110可以例如包括電池設備。在其它實現中，元件110可以包括電容。然后將在能量存儲元件110處獲得的DC能量通過DC-DC變換器電路112變換為用于負載電路114的電源。
【實用新型內容】
[0004]在一個實施例中，一種能量收集電路，其特征在于，包括:被配置為從換能器接收輸入電壓的輸入端；被配置為耦合至能量存儲設備的第一輸出端；被配置為耦合至負載電路的第二輸出端；以及耦合在所述輸入端與所述第一輸出端和所述第二輸出端之間的電路，所述電路被配置為使用相同的單個電感元件，用于在所述第一輸出端產生充電電流和在所述第二輸出端產生負載電流。
[0005]在一個實施例中，所述電路被配置為在充電模式中操作為從所述輸入電壓產生所述充電電流，以便在所述能量存儲設備上存儲供電電壓。
[0006]在一個實施例中，所述電路進一步被配置為在調節(jié)模式中操作為從所述供電電壓產生所述負載電流，以便提供經調節(jié)的輸出電壓至所述負載電路。
[0007]在一個實施例中，所述電路包括一組開關和控制電路，其中所述控制電路被配置為啟動所述一組開關，用于在降壓-升壓模式中選擇性連接所述單個電感元件，以響應于所述輸入電壓將在所述第一輸出端處的所述能量存儲設備充電至供電電壓。
[0008]在一個實施例中，所述控制電路進一步被配置為啟動所述一組開關，用于在降壓模式中選擇性連接所述單個電感元件，以響應于所述供電電壓調節(jié)在所述第二輸出端處的電壓。
[0009]在一個實施例中，所述控制電路進一步被配置為啟動所述一組開關，用于在降壓-升壓模式中選擇性連接所述單個電感元件，以響應于所述供電電壓調節(jié)在所述第二輸出端處的電壓。
[0010]在一個實施例中，所述第一輸出端包括第一能量存儲輸出端和第二能量存儲輸出端，進一步包括一組開關，所述一組開關被配置為將所述第一能量存儲輸出端和所述第二能量存儲輸出端中的一個或多個選擇性地耦合至所述單個電感元件。
[0011 ] 在一個實施例中，所述電路包括:第一開關，耦合在所述輸入端和被配置為與所述單個電感元件的第一端子耦合的第一節(jié)點之間；第二開關，耦合在所述第一節(jié)點和參考節(jié)點之間；第三開關，耦合在被配置為與所述單個電感元件的第二端子耦合的第二節(jié)點和所述參考節(jié)點之間；第四開關，耦合在所述第一節(jié)點和所述第一輸出端之間；第五開關，耦合在所述第二節(jié)點和所述第一輸出端之間；以及第六開關，耦合在所述第二節(jié)點和所述第二輸出端之間。
[0012]在一個實施例中，所述電路進一步包括控制電路，所述控制電路被配置為在充電模式和調節(jié)模式二者中使用所述單個電感元件選擇性地啟動第一至第六開關。
[0013]在一個實施例中，在所述充電模式中，所述控制電路在第一開關階段中操作為啟動所述第一開關和所述第三開關，然后在第二開關階段中操作為啟動所述第二開關和所述第五開關。
[0014]在一個實施例中，在所述調節(jié)模式中，所述控制電路在第一開關階段中操作為啟動所述第三開關和所述第四開關，然后在第二開關階段中操作為啟動所述第二開關和所述第六開關。
[0015]在一個實施例中，在所述調節(jié)模式中，所述控制電路在第一開關階段中操作為啟動所述第四開關和所述第六開關，然后在第二開關階段中操作為啟動所述第二開關和所述第六開關。
[0016]在一個實施例中，所述電路包括:第一開關，耦合在所述輸入端和被配置為與所述單個電感元件的第一端子耦合的第一節(jié)點之間；第二開關，耦合在所述第一節(jié)點和參考節(jié)點之間；第三開關，耦合在被配置為與所述單個電感元件的第二端子耦合的第二節(jié)點和所述參考節(jié)點之間；第四開關，耦合在所述第二節(jié)點和所述第一輸出端之間；以及第五開關，耦合在所述第一節(jié)點和所述第二輸出端之間。
[0017]在一個實施例中，所述電路進一步包括控制電路，所述控制電路被配置為在充電模式和調節(jié)模式二者中使用所述單個電感元件選擇性地啟動第一至第五開關。
[0018]在一個實施例中，在所述充電模式中，所述控制電路在第一開關階段中操作為啟動所述第一開關和所述第三開關，然后在第二開關階段中操作為啟動所述第二開關和所述第四開關。
[0019]在一個實施例中，在所述調節(jié)模式中，所述控制電路在第一開關階段中操作為啟動所述第四開關和所述第五開關，然后在第二開關階段中操作為啟動所述第三開關和所述第五開關。
[0020]在一個實施例中，在所述調節(jié)模式中，所述控制電路在第一開關階段中操作為啟動所述第二開關和所述第四開關，然后在第二開關階段中操作為啟動所述第三開關和所述第五開關。
[0021 ] 在一個實施例中，所述電路被配置為在充電模式中操作為從所述輸入電壓產生所述充電電流，以便在所述能量存儲設備上存儲供電電壓，其中所述電路進一步被配置為在調節(jié)模式操作為從所述供電電壓產生所述負載電流，以便提供經調節(jié)的輸出電壓至所述負載電路，并且進一步包括控制電路，所述控制電路被配置為根據斷續(xù)模式(DCM)遲滯控制過程來控制在所述充電模式和所述調節(jié)模式之間的切換。
[0022]在一個實施例中，所述電路被配置為在充電模式中操作為從所述輸入電壓產生所述充電電流，以便在所述能量存儲設備上存儲供電電壓，其中所述電路進一步被配置為在調節(jié)模式中操作為從所述供電電壓產生所述負載電流，以便提供經調節(jié)的輸出電壓至所述負載電路，并且進一步包括控制電路，所述控制電路被配置為根據斷續(xù)模式(DCM)脈沖頻率調制控制過程來控制在所述充電模式和所述調節(jié)模式之間的切換。
[0023]根據本實用新型的方案，能夠提供一種根據斷續(xù)模式(DCM)控制過程來在充電模式和調節(jié)模式之間切換的能量收集電路。
【附圖說明】
[0024]為了更完整地理解本公開內容及其優(yōu)點，現結合附圖參考下面的描述，其中:
[0025]圖1是傳統(tǒng)能量收集系統(tǒng)的框圖；
[0026]圖2是用于能量收集系統(tǒng)的實施例的框圖；
[0027]圖3是圖2的DC-DC變換器的框圖；
[0028]圖4是用于圖3的DC-DC變換器的變換電路的電路圖；
[0029]圖5A和圖5B示出了與支持Vbat充電模式有關的變換電路的操作；
[0030]圖6A和圖6B示出了與支持Vout充電模式有關的變換電路的操作；
[0031]圖7A和圖7B示出了與支持Vout充電模式有關的變換電路的操作；
[0032]圖8A和圖8B示出了根據DCM脈沖頻率調制控制算法的操作；
[0033]圖9A和圖9B示出了根據遲滯控制算法的操作；
[0034]圖10是用于變換器電路的另一個實施例的電路圖；
[0035]圖11是用于變換器電路的另一個實施例的電路圖；
[0036]圖12A和圖12B示出了與支持Vbat充電模式有關的變換電路的操作；
[0037]圖13A和圖13B示出了與支持Vout充電模式有關的變換電路的操作；
[0038]圖14A和圖14B示出了與支持Vout充電模式有關的變換電路的操作；以及
[0039]圖15是用于變換器電路的另一個實施例的電路圖。
【具體實施方式】
[0040]現參考圖2，示出了能量收集系統(tǒng)200的實施例的框圖。換能器202被配置為將機械或熱能(例如)變換成輸出端204處的電能。采集接口 206被耦合以