[实用新型]全自主超低启动电流能量收集间歇电源及其电路拓扑

说明书

本实用新型属于电子技术领域中的电源管理电路，特别涉及全自主超低启动电流能量收集间歇电源及其电路拓扑。包括：换能器：用于将不同形式的能源转换为交流电；整流组件：用于将换能器输出的交流电转换为直流电；储能组件：用于储能整流组件输出的直流电，并为保护控制组件以及载荷供电；保护控制组件：进行检测并按设定的策略控制储能组件的输出电能给载荷。因此，本实用新型具有如下优点：1.本实用新型灵敏度高，能显著扩大传感器“无电池”应用范围；2.本实用新型结构简洁，体积小巧，适应性强，可靠性高；3.本实用新型所需元器件少，极大降低成本。

技术领域

本实用新型属于电子技术领域中的电源管理电路，特别涉及一种全自主型、具有超低启动电流的能量收集型的间歇电源。

背景技术

电源管理技术是近年来被加速研究的重点领域，特别是对能量收集领域的应用越来越广泛。在传感器技术加速推广应用的当下，各种超低功耗和高性能的元器件不断涌现，由此构成的传感器系统能在超低的系统功耗和超宽的电源范围运行，为传感器更大范围的推广应用奠定了物质基础。但是，如何收集利用环境能源，推动传感器工作，依然严重滞后。众所周知，传统的传感器工作时，主要依靠有线电源或电池等能源推动工作，而在传感器“泛在”的当下，要及时对电池进行维护和更换是极其浩繁的工作量；并且，大量废旧电池的回收管理极困难，亦可能对环境造成巨大压力。有线供电必须进行大量布线，不仅消耗大量资源，安装和维护工作量大，在某些特殊的应用现场，如高电压设备上，进行布线供电是不可能的。因此，利用收集的环境能源推动传感器工作就显得越来越重要和迫切。已经成为制约传感器大面积应用的瓶颈。

在环境能源收集方面，主要涉及将不同形式的环境能源进行转换和对电源进行有效管理等重点环节。其中，电源管理至关重要，已经成为“短板”。目前，在电源管理方面，国内外进行了大量的研究和推广应用，形成了两大方面的成果：理论研究成果和商业器件的推出。在电源管理的理论研究方面，国内外的大量研究推出了丰富的成果，各种局部功能电路和系统型的接口电路被推出，为应用研究提供了方法和手段。但是，一些理论研究成果也存在明显不足：一是结构复杂，组成环节过多，阻碍了向实际应用的推进；二是需要额外电源或其他辅助手段，进一步增加了应用难度；三是未进行面向应用的深入分析研究，例如大量的研究工作仅局限在“常温”条件下进行，没有对局部电路或集成的管理电路系统的热稳定性进行进一步的分析。这些不足形成了从理论向实际应用推进的障碍。

在应用研究方面，国内外也形成了大批成果，既有深入的理论分析，也有大量功能环节的深入研究，在此基础上形成的各种技术方案被不断推出，推动了利用收集的环境能量支撑传感器系统的应用。但是，一些技术方案还有改进和提升的空间。例如在201310535117.5专利文件中提出的技术方案，使用了三片换能片和与之对应的模块电路，使系统过于复杂，难以现场应用。又例如在201611152002.8的专利文件中提出的技术方案，电路系统很简洁，但其自身能耗太大，在不考虑其全桥整流部分、偏置电路等部分在全温度范围内可能的消耗外，仅两片模拟开关就可能消耗20uA工作电流，这严重制约其应用。

在商业器件的生产和供应方面，相关半导体元器件生产商投入资源进行研究和开发，推出了相应的PMIC器件，也推动了能量收集领域的工程应用。例如MB39C811型和LTC3588系列即为面向工程应用的PMIC器件。这类器件在特定的领域中，开发出了有比较成功的应用案例。然而，这两种类型的PMIC器件的静态工作电流依然偏高，在环境能源密度较低或空间受限的应用现场有其局限性。LTC3588系列在25摄氏度时的静态工作电流为700nA,考虑到温度上升的影响，以及内部的全桥电路和保护电路的消耗，当工作温度达到85摄氏度的工业要求范围时，其静态电流将急剧上升，降低其灵敏度和效率，使其应用受限。MB39C811在25摄氏度时静态工作电流达到775nA,加上内部两个全桥电路漏电流等，当工作温度达到85摄氏度的工业要求时，其静态工作电流也将急剧上升，制约其在实际工程领域的应用，该型号已于2018年被宣布为不推荐用于新的设计。在很多工程实际应用中，经常会碰到远远超过25摄氏度的工作温度，甚至接近85摄氏度的工作温度，例如配电室中高压开关柜的内环境即是如此。