[發(fā)明專利]一種能源自采集與供能系統(tǒng)及其在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810027688.7
• 申請日: 2008-04-25
• 公開（公告）號: CN101340102A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周翠英;孫志強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/34;H02J15/00;F03D9/00;F03G7/08
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 禹小明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微型電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微能源自采集與供能系統(tǒng)，及該系統(tǒng)在微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)背景

工業(yè)微電子化已是不爭的事實(shí)。各種植入式裝置、分布式系統(tǒng)、無線傳感器、無線通信設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等都朝向自動化、微小化的MEMS(Micro?ElectroMechanical?System，微電子機(jī)械系統(tǒng))發(fā)展?，F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，例如環(huán)境監(jiān)測、天氣監(jiān)測預(yù)報(bào)、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、城市交通監(jiān)控、機(jī)場安全監(jiān)控、大面積農(nóng)田或工業(yè)園區(qū)安全監(jiān)測等，一般將數(shù)量眾多MEMS設(shè)備部署在廣闊的區(qū)域內(nèi)。長距離布置電源線、更換電池等傳統(tǒng)的供能方式對于這些應(yīng)用是不現(xiàn)實(shí)的。

另一方面，這些MEMS設(shè)備工作的環(huán)境到處存在著微弱風(fēng)及微弱震動，開發(fā)一種可以長時(shí)間使用的、將外界環(huán)境中的微風(fēng)、微震等微能源轉(zhuǎn)換為電能的微能源自采集與供能系統(tǒng)，是人們期待解決的重要課題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有供電技術(shù)的不足，提供一種高集成度、可充電電池組與微型發(fā)電機(jī)互為補(bǔ)充的、利用微風(fēng)與微震等微能源的環(huán)保的微能源自采集與供能系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于根據(jù)該系統(tǒng)，提出一種在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的一，采用的技術(shù)方案如下：

一種能源自采集與供能系統(tǒng)，由發(fā)電機(jī)和管理電路組成，所述發(fā)電機(jī)采用將微風(fēng)或微震轉(zhuǎn)換為電能的能源轉(zhuǎn)換裝置。

上述技術(shù)方案中，所述發(fā)電機(jī)采用微型發(fā)電機(jī)，以及由可充電電容器組和可充電電池組組成的雙冗余電源。

所述管理電路由IC控制電路模塊、充電開關(guān)電路、調(diào)壓整流電路組成。

所述微型發(fā)電機(jī)連接可充電電容器組，可充電電容器組經(jīng)過IC控制電路模塊、充電開關(guān)電路、調(diào)壓整流電路后分成兩個(gè)輸出分支，其中一個(gè)與可充電電池組連接，另一個(gè)與外部設(shè)備連接。

所述可充電電池組與外部設(shè)備連接。

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的二，采用的技術(shù)方案如下：

一種能源自采集與供能系統(tǒng)在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用，所述微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備采用能源自采集與供能系統(tǒng)供電。

上述技術(shù)方案中，所述供電過程如下：

微型發(fā)電機(jī)將微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備所處環(huán)境中的微風(fēng)或微震微能源轉(zhuǎn)化為電能，存儲于可充電電容器組中，可充電電容器組一方面經(jīng)過調(diào)壓整流電路直接給微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備供電，一方面將多余電能存儲積累；若微型發(fā)電機(jī)工作正常，可充電電容器組處于充滿狀態(tài)，IC控制電路模塊打開充電開關(guān)電路，電流經(jīng)過調(diào)壓整流電路為可充電電池組充電，若微型發(fā)電機(jī)工作不正常，而且可充電電容器組處于過放電狀態(tài)，IC控制電路模塊關(guān)閉充電開關(guān)電路，并選擇可充電電池組作為電源為MEMS設(shè)備供電。

所述供電過程還包括可充電電池組在充電過程中處于過熱超溫狀態(tài)時(shí)，IC控制電路模塊關(guān)閉充電開關(guān)電路，保護(hù)可充電電池組的處理步驟。

所述供電過程的電路如下：

通過管理電路的P1、P2接口連接微型發(fā)電機(jī)，微型發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流經(jīng)過調(diào)壓整流電路中的二極管D2～D6、D8～D11后，存儲在可充電電容器組C4、C8中，存儲在C4、C8中的電流經(jīng)過二極管D1向U3供電，U3通過P3接口連接微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備；

通過U2A進(jìn)行電池電壓采樣放大處理，并將VBAT信號輸入到IC控制電路模塊U4的23針腳，通過U2B進(jìn)行充電電流采樣放大處理，并將IBAT信號輸入到IC控制電路模塊U4的24針腳，U4利用這兩個(gè)信號進(jìn)行判斷，如果微型發(fā)電機(jī)工作正常，可充電電容器組處于滿沖狀態(tài)，U4通過第15針腳發(fā)送PWM信號到U1，通過U1向可充電電池組充電，如果微型發(fā)電機(jī)工作不正常，可充電電容器組處于過放電狀態(tài)，可充電電池組經(jīng)過D7向U3供電。

所述供電過程的電路還包括U4經(jīng)過VBAT信號檢測可充電電池組的電壓狀態(tài)，以判斷可充電電池組是否充滿電，如果充滿電，則不需要繼續(xù)充電，如果未充滿電，則啟動U1進(jìn)行充電控制，可充電電池組還通過底部的溫度傳感器RT1檢測自身的溫度狀態(tài)，并將TBAT信號輸入到U4的25針腳，U4通過TBAT信號判斷是否需要斷開充電電路，以保護(hù)電池組。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、微型發(fā)電機(jī)采集利用環(huán)境中的微風(fēng)、微震，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，不需要提供額外的燃料，因而不需要更換燃料及不排放廢棄物。

2、可充電電容器組與可充電電池組組成雙冗余電源，在發(fā)電量充足時(shí)可以直接使用可充電電容器組作為電源供電，發(fā)電量不足時(shí)可以使用可充電電池組作為電源供電，保證了長期、穩(wěn)定電能供給。