适用于压电能量获取的自适应采样开路电压MPPT方法及系统

本发明属于最大功率点跟踪，具体涉及适用于压电能量获取的自适应采样开路电压mppt方法及系统。

背景技术：

1、压电能量获取技术具有功率密度高、体积小、结构相对简单等特点，十分适用于为便携式电子设备等供电。为了使压电能量获取装置能一直以最大功率输出，需要对压电能量获取装置采用mppt(maximum power point tracking，最大功率点跟踪)技术。mppt电路的工作效率与压电能量获取电路中整流器所产生的比较信号的占空比有关，当占空比为50％时，mppt电路的理论跟踪效率为100％。当占空比偏离50％的程度越大，mppt电路跟踪效率越低，此时需重新进行开路电压采样，进行mppt跟踪。

2、传统的focv mppt方法是定周期地执行mppt(例如128个压电振动周期)，即使在不需要mppt的稳态下也会激活该过程，不必要的开路采样导致了能量收集中断，并且造成mppt电路工作存在过多能量损耗，导致能量收集效率降低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种适用于压电能量获取的自适应采样开路电压mppt方法及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供了一种适用于压电能量获取的自适应采样开路电压mppt方法，所述方法包括：

3、利用所述mppt控制电路中的占空比监测电路，实时监测压电能量获取电路中的整流器在每一个监测周期内产生的比较信号vcomp，产生表征比较信号vcomp的占空比的监测信号；所述监测信号包括：第一监测信号vdet和第二监测信号vdet，所述第一监测信号vdet与比较信号vcomp的导通脉冲宽度对应，第二监测信号vdet与比较信号vcomp的关断脉冲宽度对应；

4、利用所述mppt控制电路中的采样信号产生电路，比较第一监测信号vdet和第二监测信号vdet，选择第一监测信号vdet和第二监测信号vdet中的较大值作为第一输出信号vdet_max，选择第一监测信号vdet和第二监测信号vdet中的较小值作为第二输出信号vdet_min，根据第一输出信号vdet_max和第二输出信号vdet_min输出比较信号vmpp_comp，对所述比较信号vmpp_comp进行检测判断，当检测到比较信号vmpp_comp的下降沿时产生低电平脉冲作为所述采样信号vsample；

5、若生成采样信号vsample，利用所述mppt控制电路中的采样保持电路，对所述压电能量获取电路中的压电源的开路电压vp进行采样确定最大功率点电压vmppt，控制所述压电能量获取电路中的mppt功率级根据所述最大功率点电压vmppt进行工作以实现最大功率点跟踪。

6、在本发明的一个实施例中，占空比监测电路，包括：

7、依次连接的监测控制信号产生电路和电容充放电电路。

8、在本发明的一个实施例中，利用所述mppt控制电路中的占空比监测电路，实时监测压电能量获取电路中的整流器在每一个监测周期内产生的比较信号vcomp，产生表征比较信号vcomp的占空比的监测信号，包括：

9、所述监测控制信号产生电路在使能信号en_mppt的控制下，根据一个监测周期内所述压电能量获取电路中的整流器产生的比较信号vcomp，产生监测控制信号；

10、所述电容充放电电路根据所述监测控制信号，产生反映比较信号vcomp的占空比情况的第一监测信号vdet和第二监测信号vdet。

11、在本发明的一个实施例中，第一监测信号vdet和所述整流器产生的比较信号vcomp的导通脉冲宽度成正比。

12、在本发明的一个实施例中，第二监测信号vdet和所述整流器产生的比较信号vcomp的关断脉冲宽度成正比。

13、在本发明的一个实施例中，采样信号产生电路，包括：

14、依次连接的电压选择电路、分压电路、比较电路和低脉冲产生电路。

15、在本发明的一个实施例中，利用所述mppt控制电路中的采样信号产生电路，比较第一监测信号vdet和第二监测信号vdet，选择第一监测信号vdet和第二监测信号vdet中的较大值作为第一输出信号vdet_max，选择第一监测信号vdet和第二监测信号vdet中的较小值作为第二输出信号vdet_min，根据第一输出信号vdet_max和第二输出信号vdet_min输出比较信号vmpp_comp，对所述比较信号vmpp_comp进行检测判断，当检测到比较信号vmpp_comp的下降沿时产生低电平脉冲作为所述采样信号vsample，包括：

16、所述电压选择电路对所述第一监测信号vdet和第二监测信号vdet进行检测，选择第一监测信号vdet和第二监测信号vdet中的较大值作为第一输出信号vdet_max并输出至所述分压电路，选择第一监测信号vdet和第二监测信号vdet中的较小值作为第二输出信号vdet_min并输出至所述比较电路；

17、所述分压电路对第一输出信号vdet_max进行分压处理，输出分压电压vdiv_max；

18、所述比较电路对第二输出信号vdet_min和分压电压vdiv_max进行比较，输出比较信号vmpp_comp；

19、所述低脉冲产生电路对比较信号vmpp_comp进行检测判断，当检测到比较信号vmpp_comp的下降沿时产生低电平脉冲作为所述采样信号vsample。

20、第二方面，本发明提供了一种适用于压电能量获取的自适应采样开路电压mppt系统，所述系统包括：

21、占空比监测电路、采样信号产生电路和采样保持电路；其中，

22、所述占空比监测电路用于，实时监测压电能量获取电路中的整流器在每一个监测周期内产生的比较信号vcomp，产生表征比较信号vcomp的占空比的监测信号；所述监测信号包括：第一监测信号vdet和第二监测信号vdet，所述第一监测信号vdet与比较信号vcomp的导通脉冲宽度对应，第二监测信号vdet为比较信号vcomp的关断脉冲宽度对应；

23、所述采样信号产生电路用于，比较第一监测信号vdet和第二监测信号vdet，选择第一监测信号vdet和第二监测信号vdet中的较大值作为第一输出信号vdet_max，选择第一监测信号vdet和第二监测信号vdet中的较小值作为第二输出信号vdet_min，根据第一输出信号vdet_max和第二输出信号vdet_min输出比较信号vmpp_comp，对所述比较信号vmpp_comp进行检测判断，当检测到比较信号vmpp_comp的下降沿时产生低电平脉冲作为所述采样信号vsample；

24、所述采样保持电路用于，若生成采样信号vsample，对所述压电能量获取电路中的压电源的开路电压vp进行采样确定最大功率点电压vmppt，控制所述压电能量获取电路中的mppt功率级根据所述最大功率点电压vmppt进行工作以实现最大功率点跟踪。

25、在本发明的一个实施例中，占空比监测电路，包括：

26、依次连接的监测控制信号产生电路和电容充放电电路；其中，

27、所述监测控制信号产生电路包括：分频器和分频控制电路；其中，

28、所述分频器的输入端与所述分频控制电路的第一输入端连接，并接入整流器产生的比较信号vcomp，输出端与所述分频控制电路的第二输入端连接；

29、所述分频控制电路的第三输入端接入使能信号en_mppt；

30、所述电容充放电电路包括：第一电流源i、第二电流源i、第一pmos管q、第二pmos管q、第一nmos管q、第二nmos管q、第一充电电容c和第二充电电容c；其中，

31、所述第一电流源i的输入端接电源电压，输出端与所述第一pmos管q的源极连接；

32、所述第二电流源i的输入端接电源电压，输出端与所述第二pmos管q的源极连接；

33、所述第一pmos管q的栅极与所述分频控制电路的第一输出端连接，漏极与所述第一充电电容c的第一端连接；

34、所述第二pmos管q的栅极与所述分频控制电路的第二输出端连接，漏极与所述第二充电电容c的第一端连接；

35、所述第一nmos管q的源极接地，栅极与所述分频控制电路的第三输出端连接，漏极与所述第一pmos管q的漏极连接；

36、所述第二nmos管q的源极接地，栅极与所述分频控制电路的第三输出端连接，漏极与所述第二pmos管q的漏极连接；

37、所述第一充电电容c的第二端与所述第一nmos管q的源极连接；所述第一充电电容c上的电压作为第一监测信号vdet；

38、所述第二充电电容c的第二端与所述第二nmos管q的源极连接；所述第二充电电容c上的电压作为第二监测信号vdet。

39、在本发明的一个实施例中，采样信号产生电路，包括：

40、电压选择电路、分压电路、比较电路和低脉冲产生电路；其中，

41、所述电压选择电路的第一输入端接入所述第一监测信号vdet，第二输入端接入所述第二监测信号vdet，第一输出端与所述分压电路的输入端连接，第二输出端与所述比较电路的反相输入端连接；

42、所述分压电路的输出端与所述比较电路的同相输入端连接；

43、所述比较电路的输出端与所述低脉冲产生电路的输入端连接；

44、所述低脉冲产生电路的输出端作为所述采样信号产生电路的输出端。

45、本发明的有益效果：

46、本发明所提供的方案中，利用占空比监测电路对整流器产生的比较信号的占空比进行实时监测，结合采样信号产生电路对监测信号进行判断决定是否生成采样信号，来调整mppt控制电路，从而实现压电能量获取电路的效率提升。当占空比为50％时，mppt电路的理论跟踪效率为100％。当占空比偏离50％的程度越大，mppt电路跟踪效率越低，此时保持电路重新对压电源的开路电压进行采样确定最大功率点电压，进行最大功率点跟踪。通过上述方法可以根据整流器产生的占空比信号来按需调整开路采样和mppt控制电路，实现了开路采样和mppt的自适应控制。当占空比接近50％时，关闭开路电压采样的相关电路，节约了压电能量获取装置的损耗，减少了能量浪费、提升了能量收集效率。