面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路

    技术2024-11-06  58


    本发明属于电能变换电路,尤其涉及面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路。


    背景技术:

    1、随着人工智能与大数据模型的日趋成熟,万物互联将成为将来人工智能与大数据模型的重要发展趋势。人工智能与大数据模型需要依靠前期的数据采集构建数据集进行训练,然而,如何在多种复杂环境中为数据采集传感器供电是亟需解决的问题。

    2、通过传统的有限式供电方案无法高效地为复杂环境的数据采集传感器进行供电,为此,目前已有通过收集多种环境中存在的微弱能量(如振动、温差、水流、太阳能等),作为数据传感器供电的无传输线供电技术方案。

    3、现有的这种基于环境微弱能量实现无传输线供电技术的方案,主要通过小型发电装置,产生低压交流(ac)输出电压,如0.4或0.7v峰值的交流。再通过交流-直流电能(ac-dc)变换电路,实现稳定的低压(比如3.3v)输出,为后级电池组、负载供电。但该类方案存在以下问题,不利于高效的能量转换。

    4、(1)传统的无桥变换电路仍然需要输入二极管,导致二极管导通压降损耗了发电装置回收的低压交流电,无法使电路正常运行。

    5、(2)由于发电装置产生的交流电压极低,因二极管整流桥的二极管导通压降,而无法高效甚至无法使用传统整流桥实现ac-dc。

    6、本发明提出面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路,可以解决低压发电装置低压交流输入无法被高效转换的问题,且通过单级升压电路,可以进一步将低压交流输入转换成3.3v的直流电为后级电池或负载使用。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路,以解决上述背景技术中提出的现有技术中低压发电装置低压交流输入无法被高效转换的问题。

    2、为实现上述目的,本发明采用以下技术方案实现:

    3、面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路,包括电感l1、电感l2、开关管s1、开关管s2、输出二极管d1、输出二极管d2、输出电容co;

    4、所述开关管s2、电感l2、输出二极管d2组成buck-boost单元,所述buck-boost单元与输出电容co连接,实现交流输入正半周期内的电能变换;

    5、所述开关管s1、电感l1、输出二极管d1组成boost单元,所述boost单元与输出电容co连接,用于实现交流输入负半周期内的电能变换。

    6、优选地,输入一端与开关管s2的漏极、电感l1的一端相连,开关管s2的源极与输出二极管d2的阴极、电感l2的一端相连;

    7、输入另一端与开关管s1的漏极、电感l2的另一端、输出电容co的正极、负载一端相连,开关管s1的源极与电感l1的另一端、输出二极管d1的阴极相连,输出二极管d1的阳极与输出二极管d2的阳极、输出电容co的负极、负载的另一端相连。

    8、优选地,所述开关管s1、开关管s2的驱动信号如下:

    9、输出电压vo采样信号与输出参考电压vo,ref比较,再经过pi参数调节得到误差反馈信号,误差反馈信号与三角波比较产生比较器1的输出信号vcomp1;

    10、输入电压vin采样信号与零参考信号比较,产生比较器2的输出信号vcomp2;

    11、vcomp2与vcomp1经过与门产生开关管s2的驱动信号;

    12、vcomp2经过非门后再与vcomp1经过与门产生开关管s1的驱动信号。

    13、优选地,面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路的工作模态如下:

    14、工作模态1:开关管s2处于导通状态,输入端向电感l2充能,电感电流il2线性上升,输出电容co为负载供能;

    15、工作模态2:开关管s2关断时该工作模态开始,输出二极管d2导通为电感电流il2提供续流通路,存储于电感l2的能量向负载供能,电感电流il2线性下降;

    16、工作模态3:电感电流il2线性下降到零时该工作模态开始,开关管s2和输出二极管d2均处于关断状态,输出电容co为负载供能;

    17、工作模态4:开关管s1处于导通状态,输入端向电感l1充能,电感电流il1线性上升,输出电容co为负载供能;

    18、工作模态5:开关管s1关断时该工作模态开始,输出二极管d1导通为电感电流il1提供续流通路,输入端和存储于电感l1的能量共同向负载供能,电感电流il1线性下降;

    19、工作模态6:电感电流il1线性下降到零时该工作模态开始,开关管s1和输出二极管d1均处于关断状态,输出电容co为负载供能。

    20、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

    21、(1)、本发明中相比于现有多数无桥变换器,本发明完全取消了二极管整流桥,提升了变换电路整体效率。

    22、(2)、本发明中电路结构简单,器件数少、成本低、体积小,适合微弱电能回收利用的应用场景。



    技术特征:

    1.面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路,其特征在于,包括电感l1、电感l2、开关管s1、开关管s2、输出二极管d1、输出二极管d2、输出电容co;

    2.根据权利要求1所述的面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路,其特征在于,

    3.根据权利要求2所述的面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路,其特征在于,所述开关管s1、开关管s2的驱动信号如下:

    4.根据权利要求2或3所述的面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路,其特征在于,其工作模态如下:


    技术总结
    本发明公开了面向低压能量回收源的高效无桥升压整流电路,涉及电能变换电路技术领域;该高效无桥升压整流电路包括电感L<subgt;1</subgt;、电感L<subgt;2</subgt;、开关管S<subgt;1</subgt;、开关管S<subgt;2</subgt;、输出二极管D<subgt;1</subgt;、输出二极管D<subgt;2</subgt;、输出电容C<subgt;o</subgt;;开关管S<subgt;2</subgt;、电感L<subgt;2</subgt;、输出二极管D<subgt;2</subgt;组成Buck‑boost单元,Buck‑boost单元与输出电容C<subgt;o</subgt;连接,实现交流输入正半周期内的电能变换;开关管S<subgt;1</subgt;、电感L<subgt;1</subgt;、输出二极管D<subgt;1</subgt;组成Boost单元,Boost单元与输出电容C<subgt;o</subgt;连接,用于实现交流输入负半周期内的电能变换。本发明中相比于现有多数无桥变换器,本发明完全取消了二极管整流桥,提升了变换电路整体效率。

    技术研发人员:陈正格,许建平,苗舒曼,蔡骥恒
    受保护的技术使用者:西南交通大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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