片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于太陽能【技術(shù)領(lǐng)域】，為提高片上供電系統(tǒng)的整體效率，為射頻識別、無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等微功耗系統(tǒng)提供持久、穩(wěn)定的能源供給，為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)，包括：一組太陽能電池單元，并采用金屬互連工藝實現(xiàn)并行連接；一個能量收集模塊，該模塊包括環(huán)形振蕩器、多級串聯(lián)的電荷泵和一個儲能電容；一個控制電路；一個線性穩(wěn)壓器，包括啟動電路、帶隙基準(zhǔn)和運算放大器，其作用是為負(fù)載電路提供穩(wěn)定的工作電壓VDD。本發(fā)明主要應(yīng)用于太陽能電池的設(shè)計制造。
【專利說明】片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝兼容的片上太陽能電池，以及集成片上太陽能電池的電源管理系統(tǒng)，具體講，涉及片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球生態(tài)環(huán)境不斷惡化，傳統(tǒng)石化能源的日益短缺，迫切需要一種清潔、無污染且供給豐富的新能源來推動人類文明和社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，這已成為世界各國持續(xù)關(guān)注和不斷探索的科學(xué)問題之一。
[0003]目前，學(xué)術(shù)界已報道了采用機(jī)械振動、溫度梯度及太陽能等多種能量獲取方式。與其他能量獲取方式相比，以光作為能量來源的太陽電池轉(zhuǎn)換效率高、技術(shù)成熟，無需交流-直流轉(zhuǎn)換，是一種取之不盡、用之不竭的綠色環(huán)保能源。當(dāng)前，太陽能電池已占據(jù)了新型綠色能源市場的絕大多數(shù)份額。
[0004]得益于CMOS電路低功耗技術(shù)的不斷進(jìn)步，對于射頻識別標(biāo)簽和無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等周期性工作的微系統(tǒng)而言，芯片的總體功耗可控制在?百微瓦附近。因此，對于這樣的微功耗系統(tǒng)而言，利用太陽能實現(xiàn)系統(tǒng)能量的自動獲取成為可能。雖然采用常規(guī)的分立太陽能電池單元和電源管理電路可實現(xiàn)電子系統(tǒng)能源的自供給，但常規(guī)太陽能電池的制造工藝決定其無法與CMOS電路系統(tǒng)單片集成，因而整體系統(tǒng)的體積大、成本高，難以適應(yīng)微型化的發(fā)展需求。
[0005]若采用與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的微型太陽能電池與電源管理電路和微功耗系統(tǒng)單片集成，即可實現(xiàn)片上供電，降低系統(tǒng)體積和成本，又使系統(tǒng)的集成度和功能不斷提高。然而，受硅基標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的限制，片上太陽能電池的襯底寄生二極管的反向泄漏損耗顯著，目前還難以找出有效的隔離方法消除襯底影響。因此，基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝實現(xiàn)的微型太陽能電池多采用單元并聯(lián)方式提高輸出功率，因而開路輸出電壓較低(通常在0.5V附近)。此外，太陽能電池的輸出特性具有非線性，其輸出功率受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度及負(fù)載情況的影響，因而采用太陽能電池難以直接驅(qū)動后繼負(fù)載電路的工作，需要在其后增加電源管理電路，實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高片上供電系統(tǒng)的整體效率，為射頻識別、無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等微功耗系統(tǒng)提供持久、穩(wěn)定的能源供給，為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)，包括:
[0007]一組太陽能電池單元，該太陽能電池單元由標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制備，并采用金屬互連工藝實現(xiàn)并行連接；
[0008]一個能量收集模塊，該模塊包括環(huán)形振蕩器、多級串聯(lián)的電荷泵和一個儲能電容，其作用是將片上太陽能電池的輸出電壓升高，并將能量存儲在儲能電容Cs中；[0009]一個控制電路，其作用是監(jiān)控儲能電容兩端的電壓Vs，在儲能電壓Vs被提升到門限電壓Vh之前，控制電路的開關(guān)斷開，儲能電容Cs中斷向后繼電路提供能量，當(dāng)儲能電壓Vs達(dá)到門限電壓Vh時，控制電路的開關(guān)閉合，儲能電容Cs通過線性穩(wěn)壓器給負(fù)載電路提供穩(wěn)定的工作電壓Vdd ;當(dāng)儲能電容Cs的能量泄放完畢后，控制電路的開關(guān)斷開，儲能電容Cs重新開始充電，重復(fù)上述過程；
[0010]一個線性穩(wěn)壓器，包括啟動電路、帶隙基準(zhǔn)和運算放大器，其作用是為負(fù)載電路提供穩(wěn)定的工作電壓Vdd。
[0011]根據(jù)太陽能供電系統(tǒng)所驅(qū)動微系統(tǒng)的功耗和工作周期，儲能電容Cs可用片上集成的MOS電容、PN結(jié)電容或MM電容實現(xiàn)，也可選用片外的傳統(tǒng)電容器。
[0012]根據(jù)負(fù)載電路工作電壓Vdd的大小，調(diào)節(jié)電荷泵的級數(shù)，以滿足負(fù)載電壓對儲能電容最大電壓值的要求，通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路中負(fù)載電阻的比例，使輸出電壓穩(wěn)定在VDD。
[0013]控制電路包含一個電壓感應(yīng)模塊和一個開關(guān)管M2tl, Vs是儲能電容Cs上的電壓，以二極管形式串連的NMOS管Mnl~Mnn等效為一個大電阻，與電容C1串聯(lián)，晶體管M21和M22構(gòu)成由輸出電壓Vout控制C1放電的回路；M0S管M23和M24以及MOS管M25和M26分別構(gòu)成兩個反相器，MOS管M27, M28, M29和電阻R(!構(gòu)成一個非平衡反相器,其輸出低電位時開關(guān)管Mm導(dǎo)通，輸出高電位時開關(guān)管M2tl截止；
[0014]開關(guān)電路的工作過程如下:電荷泵給儲能電容Cs充電過程時，Vs上升，電容C1兩端電壓Va隨之升高，電容C1的串聯(lián)電阻使C1的充電電流很小，所以Va上升速度遠(yuǎn)小于Vs，在儲能電容Cs上電壓上升到門限電SVh前，Va相當(dāng)于低電位，不足以打開晶體管M22, Vci經(jīng)過兩級反相控制非平衡反相器輸出高電位，開關(guān)管M2tl截止，晶體管M21管截止，電容Cl不放電，Va跟隨Vs持續(xù)上升；`
[0015]當(dāng)儲能電容Cs上的電壓達(dá)到門限電壓Vh時，Vci升至高電位，晶體管M22管導(dǎo)通，三級反相后，非平衡反相器輸出為零，開關(guān)管M2tl打開，儲能電容Cs向后續(xù)電路泄放能量，此時輸出電壓Vout為負(fù)載工作電壓VDD，晶體管M21截止，C1仍然不放電，Vs繼續(xù)給C1充電，使開關(guān)管M20保持一段時間導(dǎo)通，在此期間，儲能電容Cs放掉電荷使Vs將低，線性穩(wěn)壓器進(jìn)入截至區(qū)，輸出電壓Vout近似為零，此時晶體管M21導(dǎo)通，C1通過晶體管M21和M22快速放電，使Va降為低電位，開關(guān)管M20關(guān)斷，儲能電容Cs上的電壓Vs再次上升，Va跟隨Vs上升，控制電路進(jìn)入下一工作周期。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)特點及效果:
[0017]1、利用硅基標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的結(jié)構(gòu)特點，實現(xiàn)了片上集成的微型太陽能電池單元及電源管理電路，使得太陽能供電系統(tǒng)一體化、微型化；
[0018]2、對電源管理電路的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行優(yōu)化，采用低功耗設(shè)計方法，降低了系統(tǒng)的總體功耗；
[0019]3、提出一種新型的控制電路模塊，避免了傳統(tǒng)控制電路模塊中高能耗的遲滯比較器，簡化了控制電路模塊的整體結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定時的靜態(tài)功耗基本為零；
[0020]4、本發(fā)明設(shè)計的太陽能電池供電系統(tǒng)與硅基標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，可實現(xiàn)同一芯片上太陽能電池供電系統(tǒng)與射頻識別、無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等微功耗系統(tǒng)的單片集成，從而降低成本和體積，豐富功能，提升系統(tǒng)的整體性能。
[0021]綜上所訴，本發(fā)明提出的片上太陽能電池供電系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1本發(fā)明所設(shè)計的片上太陽能電池供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0023]圖2本發(fā)明所設(shè)計的太陽能電池單元的剖面結(jié)構(gòu)圖和頂視圖。
[0024]圖3本發(fā)明所設(shè)計的片上太陽能電池供電系統(tǒng)的電路原理圖，其中
[0025](a)能量收集模塊的電路圖
[0026](b)控制電路模塊的電路圖
[0027](c)線性穩(wěn)壓器的電路圖
[0028]圖4本發(fā)明所示片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)的仿真結(jié)果。
【具體實施方式】
[0029]為了克服常規(guī)太陽能供電系統(tǒng)體積大、成本高、可靠性差等不利因素，實現(xiàn)射頻識另IJ、無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等周期性工作的微功耗系統(tǒng)能量的自動獲取，本發(fā)明提出一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的片上集成太陽能電池，以及集成該太陽能電池的電源管理電路。本發(fā)明提高了片上供電系統(tǒng)的整體效率，為射頻識別、無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等微功耗系統(tǒng)提供持久、穩(wěn)定的能源供給。
[0030]1、本發(fā)明提出的片上集成太陽能電池充分利用硅基標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的結(jié)構(gòu)特點，可實現(xiàn)N阱/p襯底、N+有源區(qū)\p襯底、P+有源區(qū)/N阱及P+有源區(qū)/深N阱等多種結(jié)構(gòu)的PN結(jié)型太陽能電池單元，通過標(biāo)準(zhǔn)CMOS的金屬互連工藝實現(xiàn)太陽能電池單元的并聯(lián)，增大輸出功率。
[0031]2、本發(fā)明提出的基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的片上集成太陽能供電系統(tǒng)包括:
[0032]一組太陽能電池單元，該太陽能電池單元由標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制備，并采用金屬互連工藝實現(xiàn)并行連接，增大輸出功率，其作用是將太陽光轉(zhuǎn)換為電能，為后繼電路提供能量來源；
[0033]一個能量收集模塊，該模塊包括環(huán)形振蕩器、多級串聯(lián)的電荷泵和一個儲能電容，其作用是將片上太陽能電池的輸出電壓升高，并將能量存儲在儲能電容Cs中；
[0034]一個控制電路，其作用是監(jiān)控儲能電容兩端的電壓Vs，在儲能電壓Vs被提升到門限電壓Vh之前，控制電路的開關(guān)斷開，儲能電容Cs中斷向后繼電路提供能量，當(dāng)儲能電壓Vs達(dá)到門限電壓Vh時，控制電路的開關(guān)閉合，儲能電容Cs通過線性穩(wěn)壓器給負(fù)載電路提供穩(wěn)定的工作電壓VDD。當(dāng)儲能電容Cs的能量泄放完畢后，控制電路的開關(guān)斷開，儲能電容(；重新開始充電，重復(fù)上述過程；
[0035]一個線性穩(wěn)壓器，包括啟動電路、帶隙基準(zhǔn)和運算放大器，其作用是為負(fù)載電路提供穩(wěn)定的工作電壓Vdd。
[0036]3、根據(jù)太陽能供電系統(tǒng)所驅(qū)動微系統(tǒng)的功耗和工作周期，儲能電容Cs可用片上集成的MOS電容、PN結(jié)電容或MM電容實現(xiàn)，也可選用片外的傳統(tǒng)電容器。
[0037]4、根據(jù)負(fù)載電路工作電壓Vdd的大小，可以調(diào)節(jié)電荷泵的級數(shù)，以滿足負(fù)載電壓對儲能電容最大電壓值的要求，通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路中負(fù)載電阻的比例，使輸出電壓穩(wěn)定在負(fù)載工作電壓Vdd。
[0038]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳述。[0039]本發(fā)明提供了一種基于硅基標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝實現(xiàn)的片上太陽能電池供電系統(tǒng)。所述太陽能電池供電系統(tǒng)利用硅基標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的結(jié)構(gòu)特點，實現(xiàn)了片上集成的微型太陽能電池；利用CMOS電路低功耗、高集成度的優(yōu)點，設(shè)計出一款能耗低、輸出穩(wěn)定性高的電源管理電路。本發(fā)明所設(shè)計的片上太陽能電池供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該太陽能供電系統(tǒng)包括一組并聯(lián)的太陽能電池單元、一個能量收集模塊、一個控制電路和一個線性穩(wěn)壓器。
[0040]作為優(yōu)選實例，本發(fā)明中的太陽能電池單元由PMOS器件的P+有源區(qū)和N阱實現(xiàn)，器件的剖面結(jié)構(gòu)圖和頂視圖如圖2所示。其中，I為p型襯底；2為氧化物填充的淺溝槽隔離區(qū)；3為中等摻雜的N阱；4為重?fù)诫s的P+有源區(qū)；5為重?fù)诫s的N阱接觸區(qū)；6為太陽能電池單元的陽極電極；7為太陽能電池單元的陰極電極。由于本發(fā)明提出的太陽能電池結(jié)構(gòu)與硅基標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，所以可在制備PMOS和NMOS晶體管的過程中同時實現(xiàn)片上太陽能電池單元，無需額外增加工藝步驟。
[0041]下面結(jié)合實施例和附圖2對太陽能電池的具體實現(xiàn)工藝進(jìn)行描述:在優(yōu)選實施例中，首先利用氧化、淀積、光刻及刻蝕等標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝在p型輕摻雜硅襯底I定義出淺溝槽隔離區(qū)，然后利用高密度等離子體化學(xué)氣相淀積工藝淀積氧化物，填充隔離槽，最后采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝實施全局整平，制備出淺溝槽隔離區(qū)2。接著利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中PMOS晶體管的N阱注入形成N阱3，所述N阱作為PN結(jié)型太陽能電池的N型基底；利用PMOS晶體管的源漏注入形成大面積的P+有源區(qū)4 ;利用NMOS晶體管的源漏注入形成PN結(jié)型太陽能電池的N阱接觸區(qū)5 ;利用金屬化工藝制備出太陽能電池的陽極電極6和陰極電極7 ;最后利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的互連金屬實現(xiàn)太陽能電池單元的并聯(lián)。
[0042]圖3 (a)給出了能量收集模塊的一個優(yōu)選實施例。該模塊包括一個環(huán)形振蕩器、一組級聯(lián)的電荷泵和一個儲能電容Cs。當(dāng)太陽能電池給儲能電容Cs充電時,儲能電容Cs中斷為后續(xù)負(fù)載提供電流。振蕩器和電荷泵的輸入由太陽能電池的輸出電壓直接供給。為了使振蕩器和電荷泵正常工作，太陽能電池的工作點應(yīng)盡量接近開路電壓Vre (約為0.5V)，使其等效為一個輸出電壓為開路電壓\c的電壓源。
[0043]圖3(a)給出了能量收集模塊的一個優(yōu)選實施例。該模塊包括一個振蕩器、一組級聯(lián)的電荷泵和一個儲能電容Cs。其中，振蕩器和電荷泵的輸入由太陽能電池的輸出電壓Vsolar直接供給。為了使振蕩器和電荷泵正常工作，太陽能電池的工作點應(yīng)盡量接近開路電壓U約為0.5V)，使其等效為一個輸出電壓為開路電壓Vre的電壓源。當(dāng)太陽能電池通過電荷泵向儲能電容Cs充電時，儲能電容Cs中斷為后續(xù)負(fù)載提供電流。在優(yōu)選實施例中，為使電荷泵轉(zhuǎn)換效率和儲能電容充電時間之間達(dá)到最好的折中，振蕩器采用三級環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，輸出脈沖頻率設(shè)置為1.67MHz,電荷泵則根據(jù)輸出電壓Vs的高低采用多級Dickson電荷泵。
[0044]圖3(b)給出了控制電路的一個優(yōu)選實施例。儲能電容Cs的儲能和供能周期由控制電路決定的。為了實現(xiàn)所述功能，同時達(dá)到最低功率損耗，提出了一種全新的控制電路模塊，該控制模塊不包含遲滯比較器，結(jié)構(gòu)簡單，靜態(tài)功耗基本為零。
[0045]控制電路包含一個電壓感應(yīng)模塊和一個PMOS開關(guān)管M2tl。Vs是儲能電容Cs上的電壓。以二極管形式串連的NMOS管Mnl?Mnn等效為一個大電阻，與電容C1串聯(lián)。M21和M22構(gòu)成控制C1放電的回路；M23和M24,以及M25和M26分別構(gòu)成兩個反相器。M27,M28,M29和Rtl構(gòu)成一個非平衡反相器，其輸出低電位時開關(guān)管M2tl導(dǎo)通,輸出高電位時開關(guān)管M2tl截止。
[0046]開關(guān)電路的工作過程如下:電荷泵給儲能電容Cs充電過程時，Vs上升，C1兩端電壓Va隨之升高，C1的串聯(lián)電阻使C1的充電電流很小，所以Va上升速度遠(yuǎn)小于Vs，在儲能電容Cs上電壓上升到門限電SVh前，Va相當(dāng)于低電位，不足以打開M22, Va經(jīng)過兩級反相控制非平衡反相器輸出高電位，開關(guān)管M20截止。M21管截止，Cl不放電，Vci跟隨Vs持續(xù)上升。
[0047]當(dāng)儲能電容Cs上的電壓達(dá)到門限電壓Vh時，Va升至高電位，M22導(dǎo)通,三級反相后，非平衡反相器輸出為零，開關(guān)管M2tl打開，儲能電容Cs向后續(xù)電路泄放能量。此時輸出電壓Vout為負(fù)載工作電壓VDD，M21晶體管截止，C1仍然不放電，Vs繼續(xù)給C1充電，使開關(guān)管M20保持一段時間導(dǎo)通。在此期間，儲能電容Cs放掉電荷使Vs將低，線性穩(wěn)壓器進(jìn)入截至區(qū)，輸出電壓Vout近似為零，此時M21管導(dǎo)通，C1通過M21和M22快速放電，使Va降為低電位，開關(guān)管M20關(guān)斷。儲能電容Cs上的電壓Vs再次上升，Va跟隨Vs上升，控制電路進(jìn)入下一工作周期。
[0048]圖3(c)給出了線性穩(wěn)壓器的一個優(yōu)選實施例。電路包含一個帶隙基準(zhǔn)、反饋電阻和誤差放大器，負(fù)載等效為電阻&與電容Q的并聯(lián)。線性穩(wěn)壓器的輸入電壓為控制電路的輸出電壓vin。輸入電壓Vin通過帶隙基準(zhǔn)為誤差放大器的反相輸入端提供一個參考電壓Vbg,反饋電阻Rfl與Rf2對輸出電壓Vwt采樣，采樣電壓加在誤差放大器的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓Vbg相比較，兩者的差值經(jīng)放大器放大后，調(diào)整功率管M3tl的柵極電壓，改變其導(dǎo)通電阻，從而使得輸出電壓穩(wěn)定。
[0049] 對于超高頻RFID無源標(biāo)簽，其工作電壓Vdd=L 8V，輸入電流30 iiA。為了實現(xiàn)對所述無源標(biāo)簽的供電，采用UMC0.1Sym標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝對太陽能供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。其中，太陽能電池開路電壓Vre取為0.5V，選擇器件閾值電壓VTH〈Vre的MOS管設(shè)計電路。設(shè)置振蕩器功耗為2 y W，電荷泵給儲能電容Cs的充電電流不超過Iu A，此時太陽能電池等效為一個輸出為開路電壓Vre的恒壓源。儲能電容Cs選用片外鉭電容，電荷泵被設(shè)為8級，門限電壓Vh設(shè)為2.5V，這樣可保證儲能電容電壓Vs能夠被泵送到2.5V以上，穩(wěn)壓器的功耗設(shè)計為1.5114，壓差6011^，儲能電容電壓從2.5V到1.86V的跌落過程中，可以保證穩(wěn)定輸出1.8V的工作電壓。圖4給出了所述太陽能供電系統(tǒng)的瞬態(tài)仿真曲線。由圖可見，所設(shè)計片上集成太陽能供電系統(tǒng)可以滿足超高頻RFID無源標(biāo)簽的要求。
【權(quán)利要求】
1.一種片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)，其特征是，包括: 一組太陽能電池單元，該太陽能電池單元由標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制備，并采用金屬互連工藝實現(xiàn)并彳了連接； 一個能量收集模塊，該模塊包括環(huán)形振蕩器、多級串聯(lián)的電荷泵和一個儲能電容，其作用是將片上太陽能電池的輸出電壓升高，并將能量存儲在儲能電容Cs中； 一個控制電路，其作用是監(jiān)控儲能電容兩端的電壓Vs，在儲能電壓Vs被提升到門限電壓Vh之前，控制電路的開關(guān)斷開，儲能電容Cs中斷向后繼電路提供能量，當(dāng)儲能電壓Vs達(dá)到門限電壓Vh時，控制電路的開關(guān)閉合，儲能電容Cs通過線性穩(wěn)壓器給負(fù)載電路提供穩(wěn)定的工作電壓VDD;當(dāng)儲能電容Cs的能量泄放完畢后，控制電路的開關(guān)斷開，儲能電容Cs重新開始充電，重復(fù)上述過程； 一個線性穩(wěn)壓器，包括啟動電路、帶隙基準(zhǔn)和運算放大器，其作用是為負(fù)載電路提供穩(wěn)定的工作電壓VDD。
2.如權(quán)利要求1所述的片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)，其特征是，根據(jù)太陽能供電系統(tǒng)所驅(qū)動微系統(tǒng)的功耗和工作周期，儲能電容Cs可用片上集成的MOS電容、PN結(jié)電容或MM電容實現(xiàn)，或者選用片外的傳統(tǒng)電容器。
3.如權(quán)利要求1所述的片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)，其特征是，根據(jù)負(fù)載電路工作電壓Vdd的大小，調(diào)節(jié)電荷泵的級數(shù)，以滿足負(fù)載電壓對儲能電容最大電壓值的要求，通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路中負(fù)載電阻的比例，使輸出電壓穩(wěn)定在VDD。
4.如權(quán)利要求1所述的片上集成太陽能電池供電系統(tǒng)，其特征是，控制電路包含一個電壓感應(yīng)模塊和一個開關(guān)管M20, Vs是儲能電容Cs上的電壓，以二極管形式串連的NMOS管Mnl~Mnn等效為一個大電阻，與電容C1串聯(lián)，晶體管M21和M22構(gòu)成由輸出電壓Vout控制C1放電的回路；M0S管M23和M24以及MOS管M25和M26分別構(gòu)成兩個反相器，MOS管M27, M28, M29和電阻R(!構(gòu)成一個非平衡反相器,其輸出低電位時開關(guān)管M2tl導(dǎo)通,輸出高電位時開關(guān)管Mm截止； 開關(guān)電路的工作過程如下:電荷泵給儲能電容Cs充電過程時，Vs上升，電容C1兩端電壓^隨之升高，電容C1的串聯(lián)電阻使C1的充電電流很小，所以Va上升速度遠(yuǎn)小于Vs，在儲能電容Cs上電壓上升到門限電SVh前，Va相當(dāng)于低電位，不足以打開晶體管M22, ^經(jīng)過兩級反相控制非平衡反相器輸出高電位，開關(guān)管M2tl截止，晶體管M21管截止，電容Cl不放電，Vci跟隨Vs持續(xù)上升； 當(dāng)儲能電容Cs上的電壓達(dá)到門限電SVh時，Vci升至高電位，晶體管M22管導(dǎo)通，三級反相后，非平衡反相器輸出為零，開關(guān)管M2tl打開，儲能電容Cs向后續(xù)電路泄放能量，此時輸出電壓Vout為負(fù)載工作電壓VDD，晶體管M21截止，C1仍然不放電，Vs繼續(xù)給C1充電，使開關(guān)管M20保持一段時間導(dǎo)通，在此期間，儲能電容Cs放掉電荷使Vs將低，線性穩(wěn)壓器進(jìn)入截至區(qū)，輸出電壓Vout近似為零，此時晶體管M21導(dǎo)通，C1通過晶體管M21和M22快速放電，使Va降為低電位，開關(guān)管M20關(guān)斷，儲能電容Cs上的電壓Vs再次上升，Vci跟隨Vs上升，控制電路進(jìn)入下一工作周期。
【文檔編號】H02S40/36GK103762708SQ201410012615
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】謝生, 毛陸虹, 張世林, 韓聃, 侯賀剛 申請人:天津大學(xué)