[發明專利]一種用于可穿戴式設備的能量獲取電路及其電源管理電路

有效

• 申請號: 202010176596.6
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111313568B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 劉冬生;金子睿;鄢奉賾;蘇彥文
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J50/20
• 分類號: H02J50/20;H02M3/07;H02M1/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尹麗媛;李智

1.一種用于可穿戴式設備的電源管理電路，其特征在于，包括：

亞閾值偏置產生電路，用于基于一種用于可穿戴式設備的能量獲取電路所產生的初級電源電壓VCC，啟動并產生與所述初級電源電壓VCC和環境溫度無關的參考電壓VREF；

基于亞閾值放大器的LDO電路，用于基于所述參考電壓VREF，通過負反饋環路控制調整管，對所述初級電源電壓VCC過濾紋波，得到次級電源電壓VDD，用以對所述電源管理電路后端的功能電路模塊供電；

所述能量獲取電路包括天線以及N個級聯的主從電荷泵單元，N為正整數；

其中，每個主從電荷泵單元包括輔助電荷泵和主整流電荷泵；所述主整流電荷泵用于基于其內各整流開關的閾值電壓而開啟，并將所述天線輸入的電磁波所攜帶的交流能量轉換成直流能量并倍壓，實現能量獲取；

所述輔助電荷泵采用電荷傳輸開關結構，用于基于所述電磁波產生閾值補償電壓；所述主整流電荷泵內設有鉗壓管，所述鉗壓管用于對所述輔助電荷泵產生的所述閾值補償電壓的大小進行控制并提供給所述主整流電荷泵內各整流開關的柵極，以等效降低所述閾值電壓；

所述亞閾值偏置產生電路包括：

啟動電路，用于上電啟動亞閾值基準電路；

所述亞閾值基準電路，用于在上電啟動后，通過負反饋回路，產生與所述初級電源電壓VCC無關的基準電流IREF，提供給溫度補償電路、所述基于亞閾值放大器的LDO電路；

所述溫度補償電路，用于將所述基準電流IREF轉換為負溫度系數電壓V1，并通過亞閾值差分結構電路單元，對所述負溫度系數電壓V1進行溫度補償，產生經溫度補償的參考電壓VREF；

所述亞閾值基準電路為電源電壓無關電流源電路；其中，所述電源電壓無關電流源電路中的大阻值源極電阻采用亞閾值NMOS管進行等效；所述電源電壓無關電流源電路包括由一條PMOS鏡像電流源和NMOS鏡像電流源形成的負反饋回路，提供NMOS鏡像電流源中的所述亞閾值NMOS管柵極偏置電壓，用于穩定所述大阻值源極電阻的電阻；

具體的，亞閾值基準電路包括第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第五PMOS管MP5、第四PMOS管MP4、第六PMOS管MP6、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第七PMOS管MP7、第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4，第二PMOS管MP2的漏極與第一NMOS管MN1的漏極和柵極短接，并與第二NMOS管MN2的柵極和第四PMOS管MP4的漏極相接，第一NMOS管MN1的源極接地，第四PMOS管MP4的源極和柵極短接，并接到第三PMOS管MP3的漏極，第三PMOS管MP3的源極接所述初級電源電壓VCC，第三PMOS管MP3與第五PMOS管MP5的漏極和柵極短接，并接到第六PMOS管MP6的源極，第五PMOS管MP5的源級接所述初級電源電壓VCC，第六PMOS管MP6的漏極與第二NMOS管MN2的漏極連接，第二NMOS管MN2的源極與第三NMOS管MN3的漏極連接，第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的尺寸比為1:M，第三NMOS管MN3的源極接地，第三NMOS管MN3的柵極與第四NMOS管MN4的漏極和柵極短接，并接到第七PMOS管MP7的漏極，且作為第一輸出端口BIAS的輸入端，第七PMOS管MP7的源極接所述初級電源電壓VCC，第四NMOS管MN4的源極接地；

所述溫度補償電路為帶隙基準電路；其中，所述帶隙基準電路中的BJT管采用亞閾值NMOS管代替，用于完成所述基準電流IREF向電壓的轉換，得到負溫度系數電壓V1。

2.根據權利要求1所述的電源管理電路，其特征在于，所述基于亞閾值放大器的LDO電路包括：放大器電路，米勒補償電路，以及反饋網絡；

其中，所述放大器電路中各MOS管工作于亞閾值狀態；

所述米勒補償電路中，去零電阻連接至所述初級電源電壓VCC，隔斷噪聲從初級電源電壓VCC至所述次級電源電壓VDD的前饋路徑。

3.根據權利要求1所述的電源管理電路，其特征在于，

所述帶隙基準電路設有亞閾值差分結構電路單元，用于提供正溫度系數電壓，并基于亞閾值MOS管指數伏安特性，完成所述正溫度系數電壓和所述負溫度系數電壓疊加，實現溫度補償。