发明内容

考虑到上述缺点，本发明的目的是提供用于基于开关电容技术将直流电转换为直流电的包括最大功率点跟踪的改进的电能转换器单元，所述最大功率点跟踪用于测量电能转换器单元的输出和控制器模块处的转换后的功率。

本发明的其他目的是提供这样的具有改进的能量效率的电能转换器，其中最大功率点跟踪的控制所消耗的能量与已知的电能转换器单元相比是减少的。

根据本发明的第一方面，提供包括功率检测器的电能转换器单元。用于将直流电转换为直流电的开关电容器电能转换器单元使得实现装置的大规模集成和非常小的装配大小。此外，因为本发明中所包括的功率检测器测量输出电流而不是电压，所以该功率检测器允许使用高电容器能量存储。

在实施例中，通过能够被编程的电阻器来驱动开关电容器电能转换器单元的输出电流，由此产生电阻器两端的所述第一电位差和第二电位差的电压降。此外，电阻器两端的电压降由电压放大器放大，并且由采样保持比较器采样。采样保持比较器读取放大的电压降，并比较这两个采样。采样保持比较器输出进入状态机，该状态机用于决定是否必须改变电能转换器单元参数以增大输出功率。通过用于控制电能转换器单元的开关频率和电压增益的控制器模块来改变参数。

在诸如RF能量收集模块、以及基于PV的能量收集模块等的能量收集系统中，从能量源捕获非常低的能量水平。因此，需要极高效的功率管理控制以将电能从能量收集源转换到负载(例如，物联网传感器)。已知的最大功率点跟踪器通常使用用于测量最大功率点的专用微控制器。与(例如基于RF的)能量收集器的应用相比，这些微控制器消耗大量的能量，这使得这些微控制器对这样的应用不是非常高效和合适。

在实施例中，包括DC-DC转换模块、控制器模块和最大功率点跟踪模块的电能转换器单元被完全集成为片上系统SoC。这使得能够实现电能转换器的高功率效率和亚微瓦(sub-microwatt)功耗。不需要额外的低功率效率的微控制器来对连接到DC-DC转换模块的输入的电源的最大功率点进行测量。

在实施例中，电能转换器单元被配置为用于随后接通和断开最大功率点跟踪模块。

在实施例中，电能转换器单元被配置为用于随后接通和断开到所述电阻器的电流。

在实施例中，电能转换器单元被配置为用于同时接通和断开最大功率点跟踪模块和到所述电阻器的电流。

在另一实施例中，电能转换器单元被配置为用于最大功率点跟踪模块组件(诸如，最大功率点跟踪模块本身以及还优选为电阻器等)的功率门控。这通过随后禁用和启用功率点跟踪模块和/或(但优选为同时)禁用和启用通过电阻器的电流来实现，以降低功耗。因此，禁用最大功率点跟踪例如可以通过将到电阻器的电流直接从DC-DC转换模块的输出旁路到负载来实现，该电阻器与DC-DC转换模块的电输出串联连接。因此，禁用最大功率点跟踪也可以通过禁用最大功率点跟踪模块本身来实现。最优选地，使用同时的接通和断开定时以及定时间隔来在同一时间禁用这两者。因此，在最优选的实施例中，状态机断开最大功率点跟踪并对传感器电阻器进行短路/编程以保证低功率操作。

优选地，电阻器是可调整电阻器或可编程电阻器其中之一。在另一示例中，最大功率点跟踪可以通过用零值对电阻器进行调整或编程来禁用。

在示例中，至少一个状态机(优选为同步状态机)被配置用于最大功率点模块的功率门控。至少一个状态机可以包括在最大功率点跟踪模块或控制器模块中。

利用在至少一段时间内禁用流过电阻器的电流的任何实施例，获得不连续的测量结果。与通常基于连续的测量结果的已知解决方案相比，这些方面或实施例中的任何一个方面或实施例的最大功率点跟踪模块实现了改进的功耗效率。

利用最大功率点跟踪模块的功率门控，实现了电能转换器单元的亚微瓦功耗。功率门控确保在转换能量的同时在电阻器中不会耗散功率。

功率门控的占空比可以改变。为了高效的功耗，启用了最大功率跟踪的时隙小，并且禁用了最大功率跟踪的时隙大，优选占空比为10％，更优选为小于5％。换句话说，最大功率点跟踪模块的接通时间和断开时间之间的比率或者至少流过电阻器的电流的接通时间和断开时间之间的比率至少为1:2，但更优选为1:4、1:8、1:10、1:20或甚至更高。更优选地，该比率是动态的并且可以随时间而改变。

利用该占空比，实现了能量转换期间的亚微瓦功耗，而不会连续启用最大功率点跟踪器。在优选为不超过1秒的小时隙期间做出对最大功率点的决定。在又一实施例中，电能转换器单元被配置为检测是否例如由于断电而没有电力输送到DC-DC转换模块的输出、以及停止能量转换。优选地，这由至少一个状态机来完成。