[發(fā)明專利]一種低功耗超聲波能量收集電路及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011579077.0
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112688408B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許明;王冠
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發(fā)明公開了一種低功耗超聲波能量收集電路及其使用方法。現(xiàn)有的超聲波能量收集電路難以實現(xiàn)對負載的精準(zhǔn)通斷電控制。本發(fā)明一種低功耗超聲波能量收集電路，包括整流器模塊、突發(fā)檢測模塊、開關(guān)管、超聲波采集器和儲能電容。整流器模塊的輸入接口與超聲波采集器的輸出接口連接；整流器模塊的輸出接口與儲能電容連接。開關(guān)管和負載串聯(lián)在由整流器模塊和儲能電容提供的電源電壓與地線之間。所述突發(fā)檢測模塊為開關(guān)管提供狀態(tài)工作信號。本發(fā)明中通過依次串聯(lián)的波形轉(zhuǎn)換器、邊沿提取模塊和看門狗電路，能夠在超聲波持續(xù)輸入時自動控制開關(guān)管導(dǎo)通，在超聲波停止時立刻控制開關(guān)管關(guān)斷，由此通過對外部超聲波信號源的控制來實現(xiàn)對負載通斷電的精準(zhǔn)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電能轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低功耗超聲波能量收集電路及其使用方法。

背景技術(shù)

超聲波能量收集電路是將機械能收集轉(zhuǎn)換為電能的電路，具有廣泛的應(yīng)用前景；但是，現(xiàn)有的超聲波能量收集電路內(nèi)用于穩(wěn)定電壓的電容在外部超聲波源撤除后會繼續(xù)為對負載供電一段時間，導(dǎo)致負載的工作時間與提供和撤除外部超聲波源的時間之間存在差異，進而難以實現(xiàn)對負載的精準(zhǔn)通斷電控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種低功耗超聲波能量收集電路及其使用方法。

本發(fā)明一種低功耗超聲波能量收集電路，包括整流器模塊、突發(fā)檢測模塊、開關(guān)管、超聲波采集器Y1和儲能電容C_stor。整流器模塊的輸入接口與超聲波采集器Y1的輸出接口連接；整流器模塊的輸出接口與儲能電容C_stor連接。開關(guān)管和負載串聯(lián)在由整流器模塊和儲能電容C_stor提供的電源電壓V_Rec與地線之間。所述突發(fā)檢測模塊為開關(guān)管提供狀態(tài)工作信號Pas/Act。開關(guān)管根據(jù)狀態(tài)工作信號Pas/Act來控制負載的通斷電。突發(fā)檢測模塊包括依次串聯(lián)的波形轉(zhuǎn)換器、邊沿提取模塊和看門狗電路。波形轉(zhuǎn)換器的輸入端連接到超聲波采集器Y1的，將超聲波采集器Y1輸出端信號轉(zhuǎn)換為方波信號。當(dāng)輸入波形轉(zhuǎn)換器的交變信號的頻率小于閾值時，開關(guān)管保持負載通電；當(dāng)輸入波形轉(zhuǎn)換器的交變信號的頻率大于閾值時，開關(guān)管控制負載斷電。

作為優(yōu)選，所述的波形轉(zhuǎn)換器通過偶數(shù)個數(shù)字反相器串聯(lián)得到。

作為優(yōu)選，所述的邊沿提取模塊包括延時單元和異或門。延時單元包括依次串聯(lián)的偶數(shù)個反相器。波形轉(zhuǎn)換器的輸出信號分為兩路，一路接入異或門的第一個輸入端，另一路經(jīng)過延時單元后接入異或門的第二個輸入端。

作為優(yōu)選，所述的看門狗電路包括電流源IS2、MOS管M22、電容C_WD和反相器U3。電流源IS2的輸入端接電源電壓V_Rec，輸出端接MOS管M22的源極、電容C_WD的一端和反相器U1的輸入端。MOS管M22的漏極及電容C_WD的另一端均接地。MOS管M22的柵極作為看門狗電路的輸入端。反相器U1的輸出端輸出狀態(tài)工作信號Pas/Act。

作為優(yōu)選，本發(fā)明一種低功耗超聲波能量收集電路，還包括雙通穩(wěn)壓器模塊、啟動電路模塊。整流器模塊采用有源整流器。雙通穩(wěn)壓器模塊通過串聯(lián)穩(wěn)壓器模塊和并聯(lián)穩(wěn)壓器模塊進行穩(wěn)壓。啟動電路模塊為整流器模塊提供啟動工作信號SU。

作為優(yōu)選，所述的整流器模塊包括場效應(yīng)管MS3、場效應(yīng)管MS4和兩個有源二極管模塊。場效應(yīng)管MS3的柵極和場效應(yīng)管MS4的漏極均接超聲波采集器Y1的IN1端；場效應(yīng)管MS3的漏極和場效應(yīng)管MS4的柵極均接超聲波采集器Y1的IN2端；場效應(yīng)管MS3和場效應(yīng)管MS4的源極連接在一起提供地線。有源二極管模塊包括有源比較器模塊Comp1和動態(tài)偏置模塊。有源比較器模塊Comp1包括場效應(yīng)管MS1、場效應(yīng)管M1～M8和緩沖器BUF；場效應(yīng)管M1的柵極接外部輸入的基準(zhǔn)電壓V_BP1；場效應(yīng)管M1的漏極接場效應(yīng)管M2的源極，場效應(yīng)管M2的漏極接場效應(yīng)管M3的漏極；場效應(yīng)管M3、場效應(yīng)管M4和場效應(yīng)管M5的柵極連接在一起；場效應(yīng)管M3、場效應(yīng)管M4、場效應(yīng)管M5的源極和緩沖器BUF的負電源端均接雙通穩(wěn)壓器模塊提供的輸入電壓V_LDO。場效應(yīng)管M6的漏極接場效應(yīng)管M4的漏極，柵極接場效應(yīng)管M7的柵極。