一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法與流程
2024-03-07 06:17:15
本發明涉及電力電子技術領域，尤其是一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法，應用在功率小於1W的自然環境能量收集技術。
背景技術：
在物聯網領域，特別是無線傳感器網絡中，無線傳感器會分布很廣，許多地方沒有電力的供應，而解決方法就是使用電池供電。但電池是一次性使用，當需要長期工作時，就需要更換電池。更換電池一個是維護成本高，另一個原因是有些環境沒法更換電池，這就限制了無線傳感器網絡的應用。將自然環境的光能，熱能，動能，電磁能等微弱能量收集來給無線傳感器供電，實現自供電，來實現無線傳感器的無電池，或減少電池容量可長期工作的目的。
環境可收集的能量等級非常的小，經常是在mW,甚至uW級別，這就要求能量收集電路要儘可能的減少自身的損耗，將更多的能量用於無線傳感器。在能量收集電路中，通常會有一級DC/DC轉換電路，由於環境能量產生的電壓比較低，所以會是升壓電路。為實現對電池管理的恆流充電功能，通常會在電路中加入電流採樣電阻，來採樣電池充電電流。為實現最大功率輸出，通常會使用採樣電阻來採樣輸入電流，為實現電流的採樣，還需要運放實現差分採樣電路。輸入電流採樣電阻，輸出電流採樣電阻，兩路差分採樣電路都會帶來損耗。而對於mW功率的輸入來說，這些損耗都是不能忽略的。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：為了克服上述中存在的問題，提供了一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法，來解決由於電流採樣電路所帶來的能量損失，獲取更多的能量用於無線傳感器網絡。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法，包括環境發電模塊、升壓電路和電池以及無線傳感器，環境發電模塊與升壓電路相電路連接，升壓電路的輸出端與電池相電路連接，電池與無線傳感器相連接。
所述的升壓電路包括採樣輸入電壓Vi、採樣輸出電壓Vo、A/D轉換電路，所述的採樣輸入電壓Vi和採樣輸出電壓Vo通過A/D轉換電路輸送給控制模塊進行轉換出輸入電壓和輸出電壓，
所述的輸出電壓傳送給電壓環，電壓環進行對輸出電壓的恆壓控制；
所述的輸入電壓和控制模塊輸出的佔空比送入輸出電流計算模塊，輸出電流計算模塊進行計算出輸出電流，計算後的輸出電流輸送給電流環，電流環進行對輸出電流的恆流控制；
所述的輸出電壓、輸入電壓和佔空比送入輸入電流計算模塊，輸入電流計算模塊進行計算輸入電流，計算後的輸入電流送入MPPT模塊，MPPT模塊對輸入的最大功率跟蹤；所述的電壓環、電流環以及MPPT模塊分別輸出給PWM驅動模塊，PWM驅動模塊將佔空比轉換為對應脈寬的方波去驅動功率管Q，進行輸出恆壓和恆流。
當在升壓電路工作於DCM電流斷續模式時：
輸出電流計算模塊計算輸出電流的公式為：
輸入電流計算模塊計算輸入電流的公式為：
其中Io：輸出電流；Ii：輸入電流；Vi：輸入電壓；Vo：輸出電壓；D:PWM的佔空比；L：升壓電感量；fs：PWM的頻率；Vd：二極體D的兩端電壓。
本發明的有益效果是：所述的一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法，在控制電路中，沒有電流採樣電阻和電流採樣電路，只有電壓採樣電路，而電壓採樣電路不會像電流採樣一樣需要串電阻在功率電路中，並且電壓採樣比電流採樣電路簡單，這樣就減少了電流採樣電路帶來的損耗，提高了環境發電模塊的效率。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是本發明所述的一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法的整體電路框圖；
圖2是圖1中部分框圖；
圖3是本發明所述的一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法的具體實施例；
圖4是本發明所述的一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法的整體結構框圖。
附圖中標記分述如下：1、A/D轉換電路，2、電壓環，3、電流計算模塊，4、電流環，5、輸入電流計算模塊，6、MPPT模塊,7、PWM驅動模塊。
具體實施方式
現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
如圖1所示的一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法，包括環境發電模塊、升壓電路和電池以及無線傳感器，環境發電模塊與升壓電路相電路連接，升壓電路的輸出端與電池相電路連接，電池與無線傳感器相連接。
如圖2所示的一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法，升壓電路包括採樣輸入電壓Vi、採樣輸出電壓Vo、A/D轉換電路1，採樣輸入電壓Vi和採樣輸出電壓Vo通過A/D轉換電路1輸送給控制模塊進行轉換出輸入電壓和輸出電壓，輸出電壓傳送給電壓環2，電壓環2進行對輸出電壓的恆壓控制；輸入電壓和控制模塊輸出的佔空比送入輸出電流計算模塊3，輸出電流計算模塊3進行計算出輸出電流，計算後的輸出電流輸送給電流環4，電流環4進行對輸出電流的恆流控制；輸出電壓、輸入電壓和佔空比送入輸入電流計算模塊5，輸入電流計算模塊5進行計算輸入電流，計算後的輸入電流送入MPPT模塊6，MPPT模塊6對輸入的最大功率跟蹤；電壓環2、電流環4以及MPPT模塊6分別輸出給PWM驅動模塊7，PWM驅動模塊7將佔空比轉換為對應脈寬的方波去驅動功率管Q，進行輸出恆壓和恆流，當在升壓電路工作於DCM電流斷續模式時：
輸出電流計算模,3計算輸出電流的公式為：
輸入電流計算模塊5計算輸入電流的公式為：
其中Io：輸出電流；Ii：輸入電流；Vi：輸入電壓；Vo：輸出電壓；D:PWM的佔空比；L：升壓電感量；fs：PWM的頻率；Vd：二極體D的兩端電壓.
如圖3所示的一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法，使用電阻R1,R2為採樣輸入電壓Vi，R3,R4為採樣輸出電壓Vo，這些電阻可以取比較大的阻值，減少電阻上的電流，可以減少到nA，採樣的損耗極小，MCU的電壓採樣沒有外圍電路，電壓信號直接進入MCU的A/D轉換電路，在通過內部軟體的控制環路調節後，MCU直接輸出PWM信號到功率管Q，實現恆壓，恆流，MPPT功能。
如圖4所示的一種升壓電路無電流採樣實現恆流工作的控制方法，輸出電流計算模塊實現公式的計算，計算出來的輸出電流作為電流反饋信號與電流參考比較，經過PI調節器後，與電壓給定相加，之後與輸出電壓反饋相減，得到電壓的誤差信號，經PI調節器後輸出佔空比D，MCU的PWM電路輸出對應佔空比的PWM信號驅動功率管，當需要恆壓模式工作時，可以去掉電流環輸出與電壓參考的相加，需要恆流控制是，加入電流環的調節輸出。通過這種方式可以實現只採樣輸入電壓輸出電壓實現輸出的恆流控制。
以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。