[實用新型]基于半導(dǎo)體溫差發(fā)電的能量收集裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720737204.2
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN207184356U
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊鴻城;文浩;郭珂;王芮
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心50201
• 代理人: 王翔

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于半導(dǎo)體溫差發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及一種可直接應(yīng)用于對半導(dǎo)體溫差發(fā)電片輸出電能進行收集、儲存并可向無線傳感器供電的能量收集裝置。

背景技術(shù)

在工業(yè)4.0時代，無線傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，針對其運行供電的方案中，自供電的方案突顯出了其優(yōu)越性，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在數(shù)量上的增加和在尺寸上的減小，對電源的體積、壽命和能量密度要求越來越嚴格，傳統(tǒng)上遠程無線傳感器一直依靠電池供電來測量數(shù)據(jù)并以無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)，這種方式工作可靠，但電池的可用壽命一般為3-5年，在有些應(yīng)用中難以更換電池，而且更換電池費用高昂，因此，人們希望能實現(xiàn)傳感器的自供電。而溫差發(fā)電主要利用熱電效應(yīng)，通過熱電轉(zhuǎn)換材料實現(xiàn)熱能與電能之間的轉(zhuǎn)換。在自然界和人工系統(tǒng)中，溫度梯度和熱流無處不在，這為利用熱能轉(zhuǎn)換成電能量提供條件。溫差為有效的能量轉(zhuǎn)換提供了電勢，而熱流則提供了功率。雖然從熱能中提取的功率很低，但對于無線傳感器這樣的低功耗設(shè)備，通過熱電能量收集進行供電是切實可行的。同時，利用設(shè)備和環(huán)境之間的溫差產(chǎn)生電能使無線傳感器實現(xiàn)自供電，可以將人工系統(tǒng)中運行設(shè)備產(chǎn)生的熱量有效利用起來，從而提高了能源利用率，改善了能源結(jié)構(gòu)，可見半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)是一種新型的綠色環(huán)保發(fā)電技術(shù)。然而，在現(xiàn)有的半導(dǎo)體溫差發(fā)電控制器技術(shù)及方法中，很少有針對2.0V及以下半導(dǎo)體溫差發(fā)電的輸出能量收集。

實用新型內(nèi)容

本實用新型解決的技術(shù)問題是提供一種基于半導(dǎo)體溫差發(fā)電的能量收集裝置，目的是為克服現(xiàn)階段的半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于無線傳感器供電中，在受應(yīng)用環(huán)境的溫差、空間以及受半導(dǎo)體發(fā)電過程中散熱效率等方面的限制時發(fā)電輸出電壓和功率較低而不利于能量收集的問題，通過基于控制電路的合理設(shè)計，結(jié)合低輸入電壓同步升壓轉(zhuǎn)換器的控制特性，將半導(dǎo)體溫差發(fā)電片輸出的低電壓電能采用低輸入電壓同步升壓轉(zhuǎn)換器進行升壓變換后，儲存在電能儲存裝置中，從而為無線傳感器的數(shù)據(jù)測量和數(shù)據(jù)傳輸供電。

為實現(xiàn)本實用新型目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種基于半導(dǎo)體溫差發(fā)電的能量收集裝置，包括預(yù)儲能電容C8、控制電路和升壓電路；

所述預(yù)儲能電容C8的兩端與發(fā)電裝置的輸出端相連；所述的發(fā)電裝置即為半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置。該裝置利用發(fā)熱設(shè)備和環(huán)境之間的溫差進行發(fā)電。所述的預(yù)儲能電容C8正負極性端分別接半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊輸出的正負極性端，用來預(yù)先收集發(fā)電裝置發(fā)出的電能。

采集預(yù)儲能電容兩端電壓大小以作為產(chǎn)生控制信號的觸發(fā)電壓閾值，控制電路的輸出端和升壓電路的使能控制端相連，用來控制升壓電路的工作和停止。所述控制電路包括第一級分壓電路、第二級分壓電路和第三級分壓電路；所述第一級分壓電路包括一個可調(diào)電位器R6；所述第二級分壓電路包括MOS管Q1和電阻R7；所述第三級分壓電路包括MOS管Q2、電阻R8和電容C7；所述預(yù)儲能電容 C8與可調(diào)電位器R6的電阻體并聯(lián)；所述可調(diào)電位器R6的電位輸出腳引連接MOS管Q1的柵極；所述MOS管Q1的源極、預(yù)儲能電容C8 的負極性端和電阻R8的一端共地連接；電阻R8的另一端連接括MOS 管Q2的漏極；電容C7并聯(lián)在電阻R8的兩端；MOS管Q2的柵極連接 MOS管Q1的漏極；MOS管Q1的漏極串聯(lián)電阻R7后，連接預(yù)儲能電容C8的正極性端和MOS管Q2的源極；

所述升壓電路以低輸入電壓同步升壓轉(zhuǎn)換器TPS61200為核心，還包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6和電感L1構(gòu)成的外圍電路；

TPS61200的L引腳串聯(lián)電感L1后，連接預(yù)儲能電容C8的正極性端；TPS61200的VIN引腳分出三路，第一路串聯(lián)電容C2后接地、第二路依次串聯(lián)電阻R2和電阻R3后接地、第三路依次串聯(lián)電阻R1 和電容C1后接地；電阻R1和電容C1之間連接預(yù)儲能電容C8的正極性端；TPS61200的PS引腳連接VIN引腳；TPS61200的UVLO引腳連接電阻R2和電阻R3之間；TPS61200的EN引腳連接MOS管Q2的漏極；TPS61200的PWPD引腳接地；TPS61200的VOUT引出四路，第一路串聯(lián)電容C4后連接FB引腳、第二路依次串聯(lián)電阻R4和電阻R5 后接地，第三路串聯(lián)電容C5后接地，第四路串聯(lián)電容C6后接地，電容C5和電容C6是共地連接；TPS61200的PGND引腳接地；TPS61200 的VAUX引腳串聯(lián)電容C3后接地；TPS61200的FB引腳連接在電阻 R4和電阻R5之間；TPS61200的GND引腳接地。