[发明专利]一种微型电磁式动能采集器的电源管理电路

权利要求书

1.一种微型电磁式动能采集器的电源管理电路，其特征在于：针对包含线圈阵列、并具有高输出电压的电磁式动能采集器设计的电源管理电路。微型电磁式动能采集器(1)包括磁铁阵列(2)和线圈阵列(包括少部分线圈(3)和大部分线圈(4))，在外部振动作用下，磁铁阵列(2)相对于线圈(3)和(4)运动，在线圈(3)和(4)内产生感应电动势，从而将外界的动能转换为电能。这种采集器线圈串联，输出电压高，不同于一般的低压输出的电磁式能量采集器，所以电路也是针对采集器高输出电压的电气特性设计。本发明所提出的电源管理电路包含整流模块(5)、开关控制模块(6)、DC-DC转换模块(7)、储能模块(8)和放电模块(9)，最后，电路驱动的负载是(10)。把采集器的线圈分为两个部分，将大部分线圈(4)串联后为储能器充电，剩余的少量线圈(3)串联后用来给开关控制模块供电。

2.根据权利要求1所述的一种微型电磁式动能采集器的电源管理电路，其特征在于：将Buck-Boost型DC-DC转换器应用于电磁式动能采集器的电源管理电路，在Buck-Boost型DC-DC转换器的开关控制信号占空比较低情况下，对高输出电压的电磁式采集器进行阻抗匹配，提高了采集器的输出功率。

3.根据权利要求1所述的一种微型电磁式动能采集器的电源管理电路，其特征在于：将电路设计与采集器线圈阵列结构结合起来，利用少量线圈为开关电源管理电路的控制模块供电，以提高整个系统的综合性能。所用的电磁式动能采集器含有磁铁和线圈阵列结构，设计时选取大部分线圈的输出给储能器充电，剩余的少量线圈给DC-DC转换器的开关控制模块供电，在相同频率和激励条件下，它能够比全部线圈直接给储能器充电的速度快，提高了储能器的充电功率。

4.根据权利要求1所述的一种微型电磁式动能采集器的电源管理电路，其特征在于：所述采集器的电源管理电路包括两条支路，主支路和次支路，主支路是储能支路，次支路是控制支路。它形成针对单个电磁式动能采集器的两支路开环结构，不同于一般的反馈式闭环电路结构，该电路能够处理较宽电压范围内的采集器输出。本电路不使用有源晶振产生控制信号，克服了有源晶振工作电压范围窄的限制，使用方波发生电路产生控制信号，对于控制信号的供电问题给出解决方法，常规的微型电磁式动能采集器的电源管理电路用前端滤波电容、后端储能器或者外接电源为开关控制模块供电。同前端滤波电容供电的方案相比，本发明提出的方案降低了电压转换模块的能量损耗；同后端储能器供电的方案相比，本发明提出的方案避免了储能器电量耗尽不工作的问题；同外接电源供电的方案相比，本发明的提出的方案不需要外接电源，能够实现完全自主。

5.根据权利要求1所述的一种微型电磁式动能采集器的电源管理电路，其特征在于：主支路是储能支路，包括AC-DC全桥整流模块、DC-DC开关转换模块、储能模块和放电检测模块，整流模块的输入端与采集器大部分线圈的输出端相连接，采集器的输出电压整流后接入到DC-DC转换模块的输入，由开关管的控制信号实现对储能器的充电，开关管的控制信号来自次支路所产生的方波信号，DC-DC转换模块的输出端连接到储能器，这里的储能器选择电容，在储能电容的两端添加电压检测电路，储能电容充电电压达到放电阈值电压时，储能电容自主放电，经稳压后就可直接驱动负载，而且可以根据负载的大小，改变储能电容的大小和放电阈值电压的范围，以满足不同负载的需求。

6.根据权利要求1所述的一种微型电磁式动能采集器的电源管理电路，其特征在于：次支路主要是AC-DC整流滤波模块、稳压模块、方波发生模块,采集器剩余少量线圈的输出电压经整流稳压后给方波发生电路供电，在这里要使用稳压模块，否则难以驱动方波发生电路的产生稳定的方波控制信号。方波发生电路由一个低功耗的比较器和RC充放电电路实现，选取合适的RC值，就可以输出所需占空比的方波控制信号。这样就形成了一个自供能的电管管理电路，不需要外加电源，最后能驱动无线传感节点等负载。