[發明專利]自全式智能傳感器電源管理電路

在審

• 申請號: 201410372213.7
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN105322635A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 惠鐵軍
• 申請（專利權）人: 惠鐵軍
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電源管理電路的改進，具體地是涉及一種自全式智能傳感器電源管理電路；在環境監測、健康護理、軍事等領域廣泛應用，對于用電安全進行實時監控。

背景技術

近年來，人們對大功率用電設備的需求不斷增加，因用電過量而引起的電火災時有發生，因此對電線狀態的監測變得尤為重要。

隨著無線傳感網絡技術的發展，小體積、低功耗的無線傳感器節點在環境監測、健康護理、軍事等領域得到了廣泛的應用。采用無線傳感節點對電線狀態參數進行無線傳輸，可實現用電安全實時監控。傳統的方法采用的電池對無線傳感器供電，但電池自身攜帶能量有限，不能滿足長期工作的需求，在嚴酷環境或者人類無法到達的場合，電池更換非常困難。采集環境中的能量轉換為電能，實現無線傳感器的自供能，可以有效地解決電池更換難的問題。

目前，自供能技術普遍采用的環境能量有太陽能、風能、機械能、電磁能等，而空間電磁場普遍存在于自然界的各個角落，是自供電無線傳感器的潛在能源。

現有技術中的傳感器電源管理系統功能低級、自供電性能差、不能長期滿足供電，參考中國發明專利，專利號為200710117796.9，其公開了一種傳感器節點能量管理系統包括開關切換電路、充電電路、穩壓電路、升壓電路、單片機及A/D轉換電路。太陽能光伏電池輸出的能量通過充電電路和穩壓電路向鋰離子電池充電并為傳感器節點、單片機和A/D轉換電路供電;同時,太陽能光伏電池背面粘貼的溫差電池通過升壓電路直接向超級電容器充電。單片機電路控制A/D轉換器定時檢測超級電容器兩端電壓,當超級電容器兩端電壓等于超級電容器的耐壓值2.7V時,單片機則打開開關切換電路,超級電容器經升壓電路后和太阻能光伏電池并聯向鋰離子電池充電。

傳統的電源管理電路采用橋式整流電路和控制電路結合，對電能進行存儲；為了增加儲能電容的存儲能量，使用調理電路和DC-DC電路將管理電路的輸出電壓提高到3.3V，采用匹配電路和倍壓電路使管理電路的輸出電壓達到無線傳感節點的額定工作電壓，提出一種自適應算法調整轉換器占空比來提高能量采集管理電路的輸出功率。然而，電線周圍交變的電磁場頻率為低頻50Hz，受換能器線圈電感體積的限制，傳統方法的管理電路品質因數很低，在弱電磁能量密度環境中電路的輸出功率不足以驅動無線傳感節點正常工作。

因此，有必要設計一種高品質因數的電源管理電路，使電路足以驅動電子負載正常工作。

發明內容

本發明就是針對上述問題，彌補現有技術的不足，提供一種自全式智能傳感器電源管理電路，高品質因數的電源管理電路，具有高的輸出功率和能量采集效率，使電路足以驅動電子負載正常工作。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

本發明自全式智能傳感器電源管理電路包括線圈換能器、電源管理電路，其結構特點是：空間電磁場將交變的電磁場能量送給線圈換能器，線圈換能器將電磁場能量轉換為電能，然后將電能輸送給上變頻匹配電路，上變頻匹配電路與儲能電路相連接，儲能電路與控制電路相互連接，最后再與穩壓輸出電路連接，控制電路啟動穩壓輸出電路使超級電容放電，電量輸送給溫度、電流傳感器和驅動無線收發節點工作；PC機與主節點相連進行數據處理和顯示，可實現用電狀態實時監測。

作為本發明的一種優選方案，所述線圈換能器由磁芯和繞制在其上的漆包線組成，當電線中流通交流電時，套在電線周圍的線圈可以感受交變的磁場并輸出電能。

作為本發明的另一種優選方案，所述電源管理電路由上變頻匹配電路、AC/DC整流電路、存儲電路、控制電路和穩壓輸出電路組成。電路經過頻率上變換、匹配后整流輸出，將電能存儲在超級電容中。當超級電容兩端電壓達到預設門限電壓時，控制電路啟動穩壓電路工作，將存儲在超級電容中的能量釋放，驅動無線收發節點工作。

作為本發明的又一種優選方案，所述上變頻匹配電路由變壓器、雙向開關和匹配電容組成，雙線圈換能器與匹配電容分別形成變壓器的初級回路和次級回路。變壓器的初級回路設置了一個雙向開關、一個控制電路控制開關的導通和關斷，通過開關導通和斷開時間內電感與電容之間的震蕩，實現頻率上變換。

本發明的有益效果：本發明針對管理電路品質因數很低，存儲在超級電容中的能量不足以驅動小體積的自全式智能傳感器工作的問題，提出了一種自全式智能傳感器電源管理電路，其中包括的上變頻電源管理電路提高了超級電容的充電功率。通過提高電路的工作頻率來減小諧振電容值，增加電路的品質因數，使電路在微弱的環境能量中產生較高的輸出功率，提高能量采集效率。

附圖說明