[實用新型]一種集成無線傳感器光電微能源能量控制系統

有效

• 申請號: 201420735206.4
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN204732952U
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發明（設計）人: 何永泰;肖麗仙
• 申請（專利權）人: 楚雄師范學院
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 何健

技術領域

本實用新型屬于光電技術應用領域，具體涉及一種集成無線傳感器光電微能源能量控制系統。

背景技術

隨著微電子技術及MEMS傳感器技術的發展，MEMS無線傳感器節點的功耗越來越小(激活狀態功耗為幾mW，休眠狀態功耗為幾十μW)，而且激活狀態所占時間較短，節點長期工作在休眠狀態。使用傳統的電源技術為MEMS無線傳感器節點供電，其直接限制無線傳感器節點的微型化。另外，考慮到無線傳感器節點通常用于對邊遠地區環境及有毒有害物質的監測等，后續的維護較為困難。為此，轉換環境能量為MEMS無線傳感器節點供電是擴大和延長無線傳感器節點工作壽命的主要途徑。其中，由于太陽能具有分布廣泛、能量密度大、無污染和光伏電池易于與電路集成等特點，因此，研究光電微能源為MEMS無線傳感器節點供電成為了一種重要的選擇。

在專利“一種光伏能源與傳感器節點集成的自供電微系統”介紹了一種在光伏能源中，利用專用鋰離子電池充電保護芯片MAX1811作為充電保護電路，實現對鋰離子電池的充電保護的方法。在專利“光伏微能源系統中對鋰離子電池合理充電的方法及裝置”中，介紹了一種利用單片機控制的脈沖式為鋰離子電池充電的方法。以上光電微能源的能量存儲控制方式，其控制系統較為復雜，自身功耗較大，達到十幾mW，其適合于為功耗幾十mW的無線傳感器節點供電，光伏微能源采用電路板方式集成。

但是，隨著微電子技術及MEMS傳感器技術的發展，MEMS無線傳感器節點的功耗越來越小(激活狀態功耗為幾mW，休眠狀態功耗為幾十μW)，而且激活狀態所占時間較短，節點長期工作在休眠狀態。其平均功耗在μW級。因此，光伏微能源的片上集成已成為MEMS微型化的必然要求。但是，復雜的能量管理方案由于電路系統復雜及自身功耗較大等特點，難于與太陽能電池實現片上集成。因此，先前介紹的光伏微能源系統的能量存儲管理模式不適合在片上集成光伏微能源系統中使用。

目前，能長期在光照和無光照條件下為MEMS無線傳感器節點供電的片上集成光電微能源能量轉換、存儲及保護控制系統及其控制方法研究沒有相關的報道。

發明內容

本實用新型的目的正是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能長期在光照和無光照條件下為MEMS無線傳感器節點供電的片上集成光電微能源能量轉換、存儲及分配的控制系統。

一種集成無線傳感器光電微能源能量控制系統，包括太陽能電池、分壓電路、基準電壓電路，本實用新型特征在于:還包括保護二極管A、保護二極管B、充電保護器、能量存儲器、能量分配管理控制電路、輔助存儲器、穩壓器、MEMS無線傳感器；

其中，太陽能電池用于轉換太陽能為電能；

保護二極管A用于防止太陽能電池在充電保護器導通時太陽能電池短路；

充電保護二極管B用于防止充電保護時能量存儲器輸出端被短路放電；

能量存儲器用于在太陽光照和MEMS傳感器休眠狀態時存儲太陽能電池輸出能量，在MEMS傳感器激活狀態時與輔助能量存儲混合為MEMS傳感器供電；

充電保護器在能量存儲器充滿時導通，將光伏電池輸出旁路，光伏電池停止對能量存儲器充電；

分壓電路為能量分配控制電路提供控制輸入信號；

基準電壓電路為能量分配控制電路提供基準控制電壓；

能量分配控制電路通過控制輸入信號實時監測能量存儲器的充電電壓，能量存儲器充滿時，能量分配控制單元輸出充電保護控制信號，控制充電保護器導通；

輔助能量存儲器主要用于在MEMS無線傳感器節點激活狀態時，與能量存儲器并聯為傳感器節點供電；

穩壓器主要用于為MEMS無線傳感器節點提供穩定工作電壓。

上述組成器件的連接關系為：

太陽能電池經保護二極管A同時與充電保護器的一端和保護二極管B的一端相連，充電保護器的另一端與能量分配控制器的一端相連，保護二極管B的另一端同時與能量存儲器、分壓電路、能量分配控制器、基準電壓電路、穩壓器的一端相連，分壓電路的一端與能量分配控制器一端相連，基準電壓電路的一端與能量分配控制器一端相連，穩壓器的一端與MEMS傳感器的一端相連，太陽能電池的負極同時與分壓電路、基準電壓電路、充電保護器、能量存儲器、能量分配管理控制電路、輔助存儲器、穩壓器、MEMS無線傳感器的負極相連。