[发明专利]一种应用于220V电力线的电场能量采集电源

说明书

本发明涉及一种应用于220V电力线的电场能量采集电源，属于能量采集技术领域。该电源包括双层铜箔电极能量采集器和能量管理模块；所述双层铜箔电极能量采集器包括：紧贴电力线的第一层铜箔电极、覆盖铜箔的第一层高介电常数绝缘层、包裹绝缘层的第二层铜箔电极和覆盖铜箔的第二层高介电常数绝缘层；所述能量管理模块：整流电路、开关电路和降压稳压电路；所述双层铜箔电极能量采集器通过从220V电力线采集电场能量，并通过能量管理模块将所收获的能量转换为3.3V电源输出，供给低功耗用电模块。本发明能实现快速充电，同时为低功耗电子产品提供3.3V稳定电压。

技术领域

本发明属于能量采集技术领域，涉及一种应用于220V电力线的电场能量采集电源。

背景技术

能量采集技术是将环境中未被使用的杂散能量收集起来，并转换为可以直接使用的电能的技术。环境中存在的光能、热能、电磁能、机械能等，其本身是扩散状态，存在很多未被利用的部分。能量采集技术则根据不同能量设计不同的采集器，将未被利用的能量集中起来。集中起来的能量再经过AC-DC整流电路，DC-DC变换器，以及能量管理控制方法转化为可以直接使用的电能。能量采集所获得的电能，普遍很少，一般在几uJ至几百mJ。物联网、智能传感器、智能可穿戴设备等功耗越来越低，能量采集技术可以有效实现电能供给，极大推动了相关领域的发展。

目前能量采集方向主要有振动能量采集，电磁能量采集，光能采集等。不同能量有相对成熟的能量采集器和等效电路模型。如压电片实现振动能量采集，电磁线圈实现电磁能量采集，光伏电池实现光能采集。这些能量采集方向共同面临的主要问题是能量采集效率低，和能量管理电路的器件损耗占比大。

电场能量和电磁能量均存在于电力线周围。而不同于电磁能量的是，电场能量采集不受电力线负载影响，不必考虑线圈的启动电流。但受电力线电压影响较大，低压电力线周围电场能量密度非常低。目前，电场能量采集研究主要针对于上千伏的高压电力线，对于220V电力线的电场能量研究较少。220V低压条件下，很难提高电场能量采集功率，因为器件损耗，能量传递效率低，对mJ级别的能量管理也极具挑战。

现有低压电力线电场能量采集研究中，均采用单层金属电极结构，在有限长度内形成的分布电容非常小，在几十pF到几百pF不等；所能实现的采集功率也都在uW级别；所采用的压电式MEMS开关成本较高，易受静电影响，不利于推广应用。在固定220V低压条件下，通过增大分布电容大小减小取能结构内等效容抗，是提高取能结构充电功率的有效途径。当然，增加铜箔的长度同样可以达到这个目的，但无论工业现场还是家庭住宅，过长的铜箔不易装贴。电力线弯曲转折会导致铜箔破裂，使得电场能量泄露，取能结构输出功率减小。双层铜箔电极结构，可通过并联增大分布电容，使得取能结构有较大输出功率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于220V电力线的电场能量采集电源，该电源采用双层铜箔电极作为采集器，采集功率达到3.4uW，可在13分钟将47uF储能电容充电至11V。采用微功耗电池管理芯片MAX666，和低功耗LDO芯片TLV70433，实现短暂时间内3.3V电压输出。可为单次用电量在2mJ以内的用电设备供电。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种应用于220V电力线的电场能量采集电源，包括双层铜箔电极能量采集器和能量管理模块；所述双层铜箔电极能量采集器包括：紧贴电力线的第一层铜箔电极、覆盖铜箔的第一层高介电常数绝缘层、包裹绝缘层的第二层铜箔电极和覆盖铜箔的第二层高介电常数绝缘层；所述能量管理模块：整流电路、开关电路和降压稳压电路；

所述双层铜箔电极能量采集器通过从220V电力线采集电场能量，并通过能量管理模块将所获的能量转换为3.3V电源输出，供给低功耗用电模块。

进一步，所述第一层铜箔电极与电力线内部导线形成第一层分布电容；所述第二层铜箔电极与电力线内部导线形成第二层分布电容；两层铜箔电极在末端连接，由导线引出；两层分布电容并联。