无线传感网络节点中光伏电池升压转换芯片的设计
发布时间：2021-04-20 05:45
无线传感网络技术自从新世纪以来,从理论已经走入生活,对于无线传感网络中的微小节点,用户希望的是让它们持续的、稳定地工作,但是现实因素是许多无线传感网络节点（Wireless Sensor Network nodes,WSNs）的工作环境十分恶劣,并且节点数目巨大,遍布范围甚广,在电源方面,使用普通的电池根本无法满足要求,因此,当前的研究方向是收集利用环境中能量,实现电源的自供足,而最常见的自然能源就是光能,光能收集元件就是光伏电池。本文首先调研了国内外各类与光伏电池相关的、带有最大功率追踪技术（Maximum Power Point Tracking,MPPT）功能的电压转换器芯片的研究成果,对已有的升压转换电路结构进行对比和总结。本文根据实际应用场景,建立了光伏电池的系统级数学模型,对系统级结构进行仿真,得到光伏电池的输出特性曲线,以系统级仿真结果为基础,建立了光伏电池的电路模型,为后续的升压转换电路设计提供仿真源;分析了各类MPPT算法,最后选择适合硬件实现精度较高的扰动观察法,并且建立了扰动观察法的系统级模型,仿真得到MPPT算法的运算结果,验证了MPPT算法与光伏电池输出特性的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 国内外研究成果综述
1.3 主要研究内容及结构安排
第2章 光伏电池的建模与MPPT算法研究
2.1 光伏电池的原理与建模
2.1.1 光伏电池的原理
2.1.2 光伏电池的系统级建模
2.1.3 光伏电池的电路设计与仿真
2.2 MPPT原理与算法分析
2.2.1 MPPT算法原理
2.2.2 MPPT系统级建模与仿真
2.2.3 MPPT算法分析与修正
2.3 本章小结
第3章 升压转换芯片电路设计与仿真
3.1 升压芯片整体方案设计
3.1.1 升压结构分析
3.1.2 带有MPPT的升压转换器整体方案
3.2 四相位高效率电荷泵的电路设计
3.3 MPPT控制模块的设计
3.3.1 低功耗比较器和D触发器的设计
3.3.2 MPPT系统设计和仿真
3.4 四相位时钟产生电路的设计
3.4.1 两相不交叠时钟
3.4.2 四相不交叠时钟
3.5 纳安级电流基准电路的设计
3.6 电流饥饿型振荡器的设计
3.7 控制时钟产生电路的设计
3.8 升压转换电路整体仿真
3.9 本章小结
第4章 升压转换芯片版图设计及后仿真
4.1 版图设计
4.1.1 深N阱工艺
4.1.2 电荷泵版图设计
4.1.3 MPPT模块版图设计
4.1.4 整体电路版图设计
4.2 后仿真结果
4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种光伏电池最大功率点跟踪控制芯片设计[J]. 章丹艳. 电子世界. 2018(18)
[2]低功耗的电流饥饿型环形振荡器[J]. 毛帅宇,叶彤旸,郭红. 电子世界. 2015(23)
[3]EasiSolar:一种高效的太阳能传感器网络节点系统设计与实现[J]. 张静静,赵泽,陈海明,崔莉. 仪器仪表学报. 2012(09)
[4]光伏阵列最大功率点跟踪控制方法综述[J]. 周林,武剑,栗秋华,郭珂. 高电压技术. 2008(06)
[5]智能微尘发展与应用前景[J]. 钱光耀,赵光兴,卢宇. 传感器世界. 2006(07)
[6]无线传感器网络研究进展[J]. 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽. 计算机研究与发展. 2005(01)
[7]光伏水泵系统中 CVT 及 MPPT 的控制比较[J]. 余世杰,何慧若,曹仁贤. 太阳能学报. 1998(04)
博士论文
[1]多模式DC-DC转换器研究与多样化应用电路设计[D]. 成立业.西安电子科技大学 2016
[2]高性能升压型电源管理芯片的研究与优化设计[D]. 池源.西安电子科技大学 2015
[3]用于便携式医疗电子设备的低压低功耗电源管理关键技术研究[D]. 陈明阳.浙江大学 2013
[4]无线传感器节点能量管理系统的研究[D]. 赵清华.太原理工大学 2010
硕士论文
[1]热能与振动能量复合收集的电源管理ASIC研究[D]. 杨冬臣.重庆大学 2018
[2]自供电无线传感器网络能量管理研究[D]. 戴海成.兰州交通大学 2018
[3]无线传感器网络节点低功耗电源管理芯片研究[D]. 谢伟杰.电子科技大学 2018
[4]超低功耗CMOS基准电压源的研究与设计[D]. 周勇.重庆大学 2017
[5]高频隔离型准Z源光伏微逆变器的控制策略研究[D]. 司文旭.重庆理工大学 2017
[6]太阳能电池最大功率跟踪芯片的设计与实现[D]. 刘放.浙江大学 2015
[7]一款具备恒流输出功能的BOOST型DC-DC转换器XD1415的研究与设计[D]. 王振东.西安电子科技大学 2014
[8]无线传感器网络太阳能电源管理电路设计[D]. 王大美.吉林大学 2014
[9]基于室内光能和振动能的复合式能量采集微电源系统研究[D]. 刘鹏宇.重庆大学 2013
[10]基于固定电压法的太阳能电池MPPT控制芯片[D]. 葛丽芳.浙江大学 2008
本文编号：3149094
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 国内外研究成果综述
1.3 主要研究内容及结构安排
第2章 光伏电池的建模与MPPT算法研究
2.1 光伏电池的原理与建模
2.1.1 光伏电池的原理
2.1.2 光伏电池的系统级建模
2.1.3 光伏电池的电路设计与仿真
2.2 MPPT原理与算法分析
2.2.1 MPPT算法原理
2.2.2 MPPT系统级建模与仿真
2.2.3 MPPT算法分析与修正
2.3 本章小结
第3章 升压转换芯片电路设计与仿真
3.1 升压芯片整体方案设计
3.1.1 升压结构分析
3.1.2 带有MPPT的升压转换器整体方案
3.2 四相位高效率电荷泵的电路设计
3.3 MPPT控制模块的设计
3.3.1 低功耗比较器和D触发器的设计
3.3.2 MPPT系统设计和仿真
3.4 四相位时钟产生电路的设计
3.4.1 两相不交叠时钟
3.4.2 四相不交叠时钟
3.5 纳安级电流基准电路的设计
3.6 电流饥饿型振荡器的设计
3.7 控制时钟产生电路的设计
3.8 升压转换电路整体仿真
3.9 本章小结
第4章 升压转换芯片版图设计及后仿真
4.1 版图设计
4.1.1 深N阱工艺
4.1.2 电荷泵版图设计
4.1.3 MPPT模块版图设计
4.1.4 整体电路版图设计
4.2 后仿真结果
4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种光伏电池最大功率点跟踪控制芯片设计[J]. 章丹艳. 电子世界. 2018(18)
[2]低功耗的电流饥饿型环形振荡器[J]. 毛帅宇,叶彤旸,郭红. 电子世界. 2015(23)
[3]EasiSolar:一种高效的太阳能传感器网络节点系统设计与实现[J]. 张静静,赵泽,陈海明,崔莉. 仪器仪表学报. 2012(09)
[4]光伏阵列最大功率点跟踪控制方法综述[J]. 周林,武剑,栗秋华,郭珂. 高电压技术. 2008(06)
[5]智能微尘发展与应用前景[J]. 钱光耀,赵光兴,卢宇. 传感器世界. 2006(07)
[6]无线传感器网络研究进展[J]. 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽. 计算机研究与发展. 2005(01)
[7]光伏水泵系统中 CVT 及 MPPT 的控制比较[J]. 余世杰,何慧若,曹仁贤. 太阳能学报. 1998(04)
博士论文
[1]多模式DC-DC转换器研究与多样化应用电路设计[D]. 成立业.西安电子科技大学 2016
[2]高性能升压型电源管理芯片的研究与优化设计[D]. 池源.西安电子科技大学 2015
[3]用于便携式医疗电子设备的低压低功耗电源管理关键技术研究[D]. 陈明阳.浙江大学 2013
[4]无线传感器节点能量管理系统的研究[D]. 赵清华.太原理工大学 2010
硕士论文
[1]热能与振动能量复合收集的电源管理ASIC研究[D]. 杨冬臣.重庆大学 2018
[2]自供电无线传感器网络能量管理研究[D]. 戴海成.兰州交通大学 2018
[3]无线传感器网络节点低功耗电源管理芯片研究[D]. 谢伟杰.电子科技大学 2018
[4]超低功耗CMOS基准电压源的研究与设计[D]. 周勇.重庆大学 2017
[5]高频隔离型准Z源光伏微逆变器的控制策略研究[D]. 司文旭.重庆理工大学 2017
[6]太阳能电池最大功率跟踪芯片的设计与实现[D]. 刘放.浙江大学 2015
[7]一款具备恒流输出功能的BOOST型DC-DC转换器XD1415的研究与设计[D]. 王振东.西安电子科技大学 2014
[8]无线传感器网络太阳能电源管理电路设计[D]. 王大美.吉林大学 2014
[9]基于室内光能和振动能的复合式能量采集微电源系统研究[D]. 刘鹏宇.重庆大学 2013
[10]基于固定电压法的太阳能电池MPPT控制芯片[D]. 葛丽芳.浙江大学 2008
本文编号：3149094
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