[发明专利]一种能量管理电路

说明书

技术领域

本发明涉及微纳能源收集存储技术领域，具体涉及一种能量管理电路，是一种能够将电信号断续存储在能量储存模块中的完全自驱动自控制的新型能量管理电路。

背景技术

摩擦发电机属于继电磁发电机和压电发电机之后又一重要的能量收集技术，它利用摩擦起电效应和静电感应的耦合，将周围环境中普遍存在的机械能转换为电能。根据发电机制的不同，摩擦发电机主要分为两大类：接触分离式和平面滑动式。除了旋转式摩擦发电机的输出为类正弦波信号，其它摩擦发电机的输出均为超短脉冲交流信号。绝大多数摩擦发电机的输出均具有一共同特点：高电压低电流低功率。

目前，典型的摩擦发电机能量管理电路主要由变压器，整流桥，滤波电容，稳压管和电容组成，但是因为电容容量有限，同时放电时电压电流不稳定，这对于绝大多数需要恒压恒流供电的商用电子设备而言，很难得到实际的应用。另外，针对摩擦发电机高压输出的降压方法包括电容串并联降压和变压器降压方法，这两种方法都具有自身的局限性，其中，电容串并联降压法的局限性在于，当降压倍率较大时将会使用大量的电容，不便于集成，同时电容的串并联连接需要人为手动切换，因此这种降压方法将大大阻碍摩擦发电机的产业化以及在自驱动自控制系统中的应用；对于变压器降压法，由于变压器的功耗对于绝大多数非旋转式摩擦发电机低至毫瓦级别的功率而言太大，摩擦发电机的绝大部分甚至全部能量都将损耗在变压器上，可见对于绝大部分摩擦发电机而言，变压器降压法根本不适用。

发明内容

为了解决传统摩擦发电机能量管理电路功耗大、不便于集成、无法自控制以及不能真正适用于商用电子产品等问题，本发明的目的是提供一种新型能量管理电路，该电路主要由芯片组成，以方便集成，这使得摩擦发电机的产业化向前迈出了一大步，同时针对摩擦发电机的高电压输出，本发明出于功耗的考虑采取不降压的方式，并且最终选用可充电锂离子电池作为最终能量存储设备。由于锂离子电池给负载供电时，电压电流稳定且容量比电容大得多，所以本发明能量管理电路具有低功耗，完全自驱动自控制，便于集成和产业化的优点。

本发明提出了一种能量管理电路，该能量管理电路包括：预处理模块，第一能量储存模块，控制模块，能量管理模块和第二能量储存模块，其中：

所述预处理模块用于对于输入的电信号进行预处理；

所述第一能量储存模块与所述预处理模块连接，用于对经过预处理的电信号进行能量收集和储存；

所述控制模块与所述第一能量储存模块连接，用于根据所述第一能量储存模块的状态控制所述第一能量储存模块对于后级模块的供电通断；

所述能量管理模块与所述控制模块连接，用于调制所述第一能量储存模块释放的电能，以对所述第二能量储存模块进行稳定充电；

所述第二能量储存模块与所述能量管理模块和负载连接，用于储存所述能量管理模块输入的电能，以为负载供电。

其中，所述预处理模块包括整流模块和/或滤波模块，其中，所述整流模块为由多个二极管构成的整流桥，所述滤波模块包括两个并联的电容。

其中，所述二极管的反向恢复时间＜电信号的周期。

其中，所述滤波模块中的两个电容的容量不同，其中，大容量电容的容量大于1μF，小容量电容的容量小于1nF，且大容量电容的容量与小容量电容的容量之比≥1000。

其中，所述第一能量储存模块包括至少一个储能电容，所述储能电容的电容量≥500μF，漏电流小于10μA，功耗小于10μW。

其中，当输入的电信号为高压电信号时，所述二极管的击穿电压、所述滤波模块中的电容以及所述储能电容的耐受电压均≥500V。

其中，所述控制模块包括信号控制模块和开关模块，其中：

所述信号控制模块用于根据所述第一能量储存模块的电压高低状态向所述开关模块输出相应的控制信号；

所述开关模块用于根据所接收到的控制信号控制所述第一能量储存模块对于后续模块的供电通断。

其中，所述信号控制模块为双迟滞比较器芯片，所述开关模块为开关芯片，所述双迟滞比较器芯片和开关芯片的启动功率均小于储能电容的输出功率。

其中，所述能量管理模块至少包括断续充电管理芯片，所述断续充电管理芯片的启动功率小于储能电容的输出功率。

其中，所述第二能量储存模块为可充电锂离子电池。