[發明專利]基于振動能量采集器的無源無線傳感器節點電源電路

有效

• 申請號: 201610150268.2
• 申請日: 2016-03-16
• 公開（公告）號: CN105656167B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 徐大誠;李夢陽;董川;何啟盛;唐翹楚;李昕欣
• 申請（專利權）人: 蘇州大學;中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發明公開了一種能量采集器的無源無線傳感器節點電源電路，包括能量采集器、轉換儲存電路、電源管理電路、傳感器模塊和信息發送模塊；所述能量采集器包括復數個振動能量采集器，所述轉換儲存電路包括整流電路和儲能單元，所述電源管理電路包括啟動閾值檢測電路、反饋電路、關斷閾值檢測電路和開關電路。本發明所述的電源原理電路是一種無電阻低功耗電路，在任意能量采集器輸出功率條件下，自動檢測儲能單元上電壓變化，儲能單元上能量滿足傳感節點工作要求時，為節點提供穩定電源。

技術領域

本發明涉及一種基于振動能量采集器的無源無線傳感器節點電源電路，屬于傳感技術領域。

背景技術

隨著無線通信、傳感技術、嵌入式應用和微電子技術的日趨成熟，無線傳感網絡可以在任何時間、任何地點、任何環境條件下獲取人們所需信息，為物聯網的發展奠定基礎。這些組成無線傳感網的傳感器節點常在能源極度受限的情況下工作，例如國防邊境、自然野外或無人區域等。若采用有線供電將極大地限制物聯網節點的部署范圍，削弱無線傳感技術的意義；采用電池供電則將將導致相當高成本的電池更換和維護工作。因此，在保證可靠性的前提下為傳感器節點提供穩定能量，實現自供電的傳感器節點對解決無線傳感網工作壽命受限、推動物聯網發展具有重大意義。

近年來，隨著微機械系統技術的發展及無線傳感網節點對微小型新能源需求的增長，出現了不同形式的能量采集器，如振動能量采集器可以將環境中不同頻率不同頻帶振動轉換為電能并具有體積結構小、易集成、不需更換等優點，為解決上述問題提供了一種合理的方法。但是實際環境中，振動較為雜散，分布頻帶較寬，常常在10Hz量級的低頻，不管振動能量采集器采用壓電式、電磁感應式還是靜電式的換能機制，對于大多數能量收集器而言，雖然振動產生相當高的輸出電壓，但其最大輸出功率往往不高、輸出電流較小，其輸出電壓是環境振動隨機變化，對于可應用的小體積能量采集器而言上述問題更加突出。因此，能量采集器輸出的能量是無法直接驅動后續電路。

發明專利申請201310508550X中，介紹了一種采用分級儲能方式的微能量控制電路，可以實現由控制器按照輸入電壓等級不同將能量儲存在不同的存儲模塊內，實現微能量的高效儲存轉化；實用新型專利201320277157. X中，提出了一種多能量采集的無線傳感網絡節點電源，可以在不同的環境條件下有穩定能量供應。但上述方案都無法實現儲能單元電壓的閾值控制且存在功耗過大缺陷，不宜適用于能量采集器供電的無源無線傳感節點中。

現有技術仍存在以下問題：首先，由于振動能量采集器的輸出功率小，在儲能單元電壓增長速率有限情況下，如何設計電源管理電路使微控制器芯片、傳感器芯片、射頻芯片電源端的壓擺率達到上電復位啟動的要求；其次，如何管理儲能單元上的能量，為傳感節點提供充足能量，使自供電傳感節點可以穩定工作，高效率的實現信息發送；最后，在有限能量下，如何設計傳感節點的工作模式，使節點可以實現高效率低功耗的數字信息發射。

有鑒于此，本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是：如何設計一個高效率低功耗的電源電路，在能量采集器輸出功率有限情況下，使得整個電源電路穩定工作。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種基于振動能量采集器的無源無線傳感器節點電源電路，解決現有技術低效率、高功耗、信息傳播距離短等問題。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種基于振動能量采集器的無源無線傳感器節點電源電路，包括能量采集器、轉換儲存電路、電源管理電路、傳感器模塊和信息發送模塊，

所述能量采集器與轉換儲存電路電連接，所述轉換儲存電路與電源管理電路電連接，所述電源管理電路分別與傳感器模塊和信息發送模塊電連接，

所述能量采集器包括復數個振動能量采集器，所述轉換儲存電路包括整流電路和儲能單元，所述電源管理電路包括啟動閾值檢測電路、反饋電路、關斷閾值檢測電路和開關電路。