一种具有自适应功率可扩展最大功率点跟踪（MPPT）控制和直接电力到数字转换器功能的宽动态范围光伏能量采集器

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：A Wide-Dynamic-Range Photovoltaic Energy Harvester With Adaptive Power-Scalable MPPT Control and Direct Power-to-Digital Converter

高效光伏能量收集器自适应MPPT控制策略研究，提出采用直接功率到数字转换器消除电流检测和模拟乘法器，在180nm CMOS工艺下实现10万倍动态范围，峰值MPPT效率99.9%，转换效率92%，较传统方案提升10倍动态范围。

　　

摘要：

本文介绍了一种光伏能量收集器（PVEH），该收集器在输入功率动态范围（DR）为100,000（从10 μW W到1W）的情况下，实现了较高的最大功率点跟踪（MPPT）效率和功率转换效率。由于MPPT精度与控制器功耗之间存在固有的权衡，因此宽动态范围运行具有挑战性。为了解决这个问题，本文提出了一种自适应的、可扩展功率的MPPT方案，该方案采用直接功率到数字转换器（PDC），无需电流检测、模拟乘法器或查找表（LUT）。PDC利用等效功率比较技术来最小化其功耗。MPPT控制器能够自主调节自身的功耗，在低辐照条件下仅消耗少量能量，同时在高辐照条件下保持高跟踪精度和速度。此外，多重计数技术有效减少了比较器的噪声和稳态误差。该收集器采用180纳米CMOS工艺实现，其峰值MPPT效率达到99.9%，并且在整个功率范围内均保持在98%以上，相比现有技术，输入功率动态范围提升了10倍。在同一功率动态范围内，其功率转换效率也达到了82%以上（峰值达92%）。