[發明專利]一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統和方法

有效

• 申請號: 201611196235.8
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106655375B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 羅孝兵;華濤;藍彥;呂敏;凌琪;熊光亞;胡波;李冰;李桂平;劉艷平;景波云
• 申請（專利權）人: 南京南瑞集團公司;國網電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統和方法，包括順次連接的防反接模塊、低壓保護模塊、電源路徑控制模塊、節能控制和電池電壓檢測模塊；防反接模塊用于防止反接，低壓保護模塊用于進行最低輸入電壓控制；電源路徑控制模塊用于進行電源電壓穩定和調節控制，使輸出電壓穩定在規定值范圍內；節能控制和電池電壓檢測模塊中直通供電電路用于為無線傳感器的微控制器MCU供電，可控供電電路可分別用于為通信電路、測量電路和電池電量檢測電路供電。本發明能夠達到能夠兼容多種電池(如鋰電池、鋰亞電池、干電池、鉛酸電池等)供電，從而充分利用電池電能之目的。

技術領域

本發明具體涉及一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統和方法。

背景技術

目前，無線傳感器因其安裝簡單方便，成本低廉，因而得到廣泛應用。由于其常用于野外，供電常采用太陽能電池供電或采用一次性電池供電。現在電池的發展越來越趨向體積小、重量輕、容量大、自放電率低的可充電鋰電池和一次性使用的鋰亞電池等類型品種。對于既可兼容太陽能充電電池和一次電池供電電源，又能充分利用電池能量，提高產品的工程應用環境兼容性，延長維護周期，降低傳感器制造成本和使用維護成本問題，不同廠商有不同的解決方案。

無線傳感器常安裝于野外，常采用太陽能電池供電或采用一次性電池供電。現在電池的發展越來越趨向體積小、重量輕、容量大、自放電率低的可充電鋰電池和一次性使用的鋰亞電池等類型品種。對于太陽能充電電池，如果容量相對較小，遇到長時間陰雨天氣，可能導致電池能量不夠用。這個解決方法一般是增大電池容量，增加太陽能板功率，就能解決，但帶來了成本的增加，體積的增大。對于一次性電池，如果電池使用時間不夠長，更換電池人力成本較高。一般解決方法同樣是增加電池容量，也會帶來了成本的增加。因此如果能在低成本情況下盡可能充分利用電池能量，延長持續工作時間，最終就能減小體積，降低生產成本或使用維護成本。

無線傳感器因需要進行數據采集、無線通信等，供電電壓一般要求在3.0～3.6V之間，在測量、信息發送期間的可靠工作電流需要在300mA以上。目前，可充電鋰電池電壓范圍較寬，對于單節3.6V的可充電鋰電池一般釋放電壓在4.2～2.75V之間；而單節3.6V一次性鋰亞電池在常溫下釋放電壓較為恒定，但當溫度降低時，其輸出電壓隨之降低，在300mA電流釋放下，在-40～80℃溫度范圍內，輸出電壓一般在3.7～2.9V之間。

要充分利用電池中儲存的電能量，又能提供穩定的電壓輸出，一種方法是采用低壓降的LDO來實現。目前比較優秀的LDO電源靜態功耗低至典型值15uA以下，但均有一定的壓降，具備300mA輸出能力的低壓降的LDO壓降在0.2～0.4V以上，并不能充分利用電池能量，而且可能導致在電池正常輸出電壓范圍內，無線傳感器就不能正常工作了；另一種方法是Buck-Boost DC/DC器件，使電源電壓輸出為穩定到一定的電壓值范圍內，但這種器件目前靜態功耗在40uA以上，對于無線傳感器來說，其功耗太大，無法實現總功耗控制。