无线低功率传输能量接收端的设计

摘要

无线能量传输技术在智能移动终端设备、医疗、航天航空、汽车充电等方面有巨大的应用潜力，成为了近些年来的研究热门，而能量接收端的设计又是无线功率传输的核心组成部分。
　　本文针对无线能量传输能量采集器进行了研究设计：首先介绍了现阶段国内外无线功率传输技术和能量采集器的研究情况，介绍了其发展现状以及未来趋势；然后对电路中的整流器以及DC/DC开关电源基本原理进行了阐述；接下来根据系统方案中的模块电路，使用仿真软件设计出具体模块电路并对其性能验证，主要包括有源整流器电路，带隙基准电源电路，振荡器电路等；最后对整体电路进行仿真以及版图设计。
　　在AC/DC有源整流器部分，设计了片内集成CMOS晶体管整流器，用CMOS管代替传统的二极管全波整流电路，这样提高了整流电路的转换效率和集成度；而DC/DC转换器部分是Boost型升压电路，采用电流控制模式PFM调制方案，这种方案在轻载情况下有很高的转换效率，而且有很快的响应速度。同时在电路中内置电压电流检测电路，有效的实现电路的过流、过压保护。设计了待机控制电路，实现了低待机损耗。
　　本文使用标准的SMIC0.18μm CMOS工艺进行了电路以及版图的设计仿真。仿真结果表明输入电压可以低至0.9V，输入0.9V时输出电压可以达到1.65V，负载电流65mA，最高效率可达75％。目前芯片整流器电路已经进行流片。

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第一章 绪论

1.1 课题研究目的及意义

1.2 发展现状

1.3 发展趋势

1.4 论文主要工作与简介

第二章 能量收集器基本原理分析

2.1 整流器基本原理

2.2 DC/DC开关电源的分类

2.3 DC/DC转换器稳态工作模式

2.4 调制模式

2.5 本章小结

第三章 能量采集器的系统设计

3.1 系统电路设计

3.2 DC/DC转换器的性能指标

3.3 外围元件选择

3.4 本章小结

第四章 能量采集器模块电路的设计

4.1 有源整流器电路设计

4.2 带隙基准电路设计

4.3 振荡器电路设计

4.4 待机状态控制发生器电路设计

4.5 误差放大器电路设计

4.6 限流比较器的设计

4.7 整体电路设计与仿真分析

4.8 本章小结

第五章 版图设计

5.1 版图设计关键点概述

5.2 版图验证

5.3 整体版图设计与验证

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢