一种能量管理电路制造技术

本发明专利技术公开了一种能量管理电路，该能量管理电路包括：预处理模块，第一能量储存模块，控制模块，充电管理模块和第二能量储存模块，其中：预处理模块用于对于输入的电信号进行预处理；第一能量储存模块用于对经过预处理的电信号进行能量收集和储存；控制模块用于根据第一能量储存模块的状态控制第一能量储存模块对于后级模块的供电通断；能量管理模块用于调制第一能量储存模块释放的电能，以对第二能量储存模块进行稳定充电；第二能量储存模块用于储存能量管理模块输入的电能，以为负载供电。本发明专利技术可以对所有输出电信号进行调制和能量管理，应用广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微纳能源收集存储
，具体涉及一种能量管理电路，是一种能够将电信号断续存储在能量储存模块中的完全自驱动自控制的新型能量管理电路。
技术介绍
摩擦发电机属于继电磁发电机和压电发电机之后又一重要的能量收集技术，它利用摩擦起电效应和静电感应的耦合，将周围环境中普遍存在的机械能转换为电能。根据发电机制的不同，摩擦发电机主要分为两大类：接触分离式和平面滑动式。除了旋转式摩擦发电机的输出为类正弦波信号，其它摩擦发电机的输出均为超短脉冲交流信号。绝大多数摩擦发电机的输出均具有一共同特点：高电压低电流低功率。目前，典型的摩擦发电机能量管理电路主要由变压器，整流桥，滤波电容，稳压管和电容组成，但是因为电容容量有限，同时放电时电压电流不稳定，这对于绝大多数需要恒压恒流供电的商用电子设备而言，很难得到实际的应用。另外，针对摩擦发电机高压输出的降压方法包括电容串并联降压和变压器降压方法，这两种方法都具有自身的局限性，其中，电容串并联降压法的局限性在于，当降压倍率较大时将会使用大量的电容，不便于集成，同时电容的串并联连接需要人为手动切换，因此这种降压方法将大大阻碍摩擦发电机的产业化以及在自驱动自控制系统中的应用；对于变压器降压法，由于变压器的功耗对于绝大多数非旋转式摩擦发电机低至毫瓦级别的功率而言太大，摩擦发电机的绝大部分甚至全部能量都将损耗在变压器上，可见对于绝大部分摩擦发电机而言，变压器降压法根本不适用。
技术实现思路
为了解决传统摩擦发电机能量管理电路功耗大、不便于集成、无法自控制以及不能真正适用于商用电子产品等问题，本专利技术的目的是提供一种新型能量管理电路，该电路主要由芯片组成，以方便集成，这使得摩擦发电机的产业化向前迈出了一大步，同时针对摩擦发电机的高电压输出，本专利技术出于功耗的考虑采取不降压的方式，并且最终选用可充电锂离子电池作为最终能量存储设备。由于锂离子电池给负载供电时，电压电流稳定且容量比电容大得多，所以本专利技术能量管理电路具有低功耗，完全自驱动自控制，便于集成和产业化的优点。本专利技术提出了一种能量管理电路，该能量管理电路包括：预处理模块，第一能量储存模块，控制模块，能量管理模块和第二能量储存模块，其中：所述预处理模块用于对于输入的电信号进行预处理；所述第一能量储存模块与所述预处理模块连接，用于对经过预处理的电信号进行能量收集和储存；所述控制模块与所述第一能量储存模块连接，用于根据所述第一能量储存模块的状态控制所述第一能量储存模块对于后级模块的供电通断；所述能量管理模块与所述控制模块连接，用于调制所述第一能量储存模块释放的电能，以对所述第二能量储存模块进行稳定充电；所述第二能量储存模块与所述能量管理模块和负载连接，用于储存所述能量管理模块输入的电能，以为负载供电。其中，所述预处理模块包括整流模块和/或滤波模块，其中，所述整流模块为由多个二极管构成的整流桥，所述滤波模块包括两个并联的电容。其中，所述二极管的反向恢复时间＜电信号的周期。其中，所述滤波模块中的两个电容的容量不同，其中，大容量电容的容量大于1μF，小容量电容的容量小于1nF，且大容量电容的容量与小容量电容的容量之比≥1000。其中，所述第一能量储存模块包括至少一个储能电容，所述储能电容的电容量≥500μF，漏电流小于10μA，功耗小于10μW。其中，当输入的电信号为高压电信号时，所述二极管的击穿电压、所述滤波模块中的电容以及所述储能电容的耐受电压均≥500V。其中，所述控制模块包括信号控制模块和开关模块，其中：所述信号控制模块用于根据所述第一能量储存模块的电压高低状态向所述开关模块输出相应的控制信号；所述开关模块用于根据所接收到的控制信号控制所述第一能量储存模块对于后续模块的供电通断。其中，所述信号控制模块为双迟滞比较器芯片，所述开关模块为开关芯片，所述双迟滞比较器芯片和开关芯片的启动功率均小于储能电容的输出功率。其中，所述能量管理模块至少包括断续充电管理芯片，所述断续充电管理芯片的启动功率小于储能电容的输出功率。其中，所述第二能量储存模块为可充电锂离子电池。除了摩擦发电机，本专利技术提出的上述能量管理电路同样适合于压电发电机的能量管理以及太阳能的收集存储，也就是说，本专利技术能量管理电路既可以对高电压、低电流、低功率电信号进行调制和能量管理，也可以对低电压、高电流、高功率电信号或其它电信号进行调制和能量管理。附图说明图1是本专利技术能量管理电路的结构框图；图2是根据本专利技术一实施例的能量管理电路的电路结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。图1是本专利技术能量管理电路的结构框图，如图1所示，所述能量管理电路包括：预处理模块，第一能量储存模块，控制模块，能量管理模块和第二能量储存模块，其中：所述预处理模块用于对于输入的电信号进行预处理，得到经过预处理的电信号；其中，所述预处理模块包括整流模块和/或滤波模块，所述整流模块用于对于输入的交流电信号进行整流，得到直流电信号；所述滤波模块用于对于输入电信号进行滤波，以滤除其中的噪声。本领域技术人员可以了解，当输入的电信号为交流电信号时，需要整流模块首先对交流电信号进行整流处理；但如果输入的电信号为直流电信号时，无需整流模块，可直接使用滤波模块对于直流电信号进行滤波。所述第一能量储存模块与所述预处理模块连接，用于对所述预处理模块输出的电信号进行能量收集和储存；所述控制模块与所述第一能量储存模块连接，用于根据所述第一能量储存模块的状态控制所述第一能量储存模块对于后级模块的供电通断；所述能量管理模块与所述控制模块连接，用于调制所述第一能量储存模块释放的电能，以对所述第二能量储存模块进行稳定充电；所述第二能量储存模块与所述能量管理模块和负载连接，用于最终储存输入的电能，以为负载进行供电。图2是根据本专利技术一实施例的能量管理电路的电路结构示意图，理论上，所述能量管理电路能够对于所有电信号进行能量管理，其不仅可以对于正弦电信号、锯齿电信号等常见的电信号进行能量管理，还可以对于脉冲电信号、短脉冲电信号等非常见电信号进行能量管理；不仅可以对于低压高功率信号进行能量管理，还可以对于高压低功率信号进行能量管理。为了方便起见，本实施例以摩擦发电机输出的高压脉冲交流电信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量管理电路，其特征在于，该能量管理电路包括：预处理模块，第一能量储存模块，控制模块，能量管理模块和第二能量储存模块，其中：所述预处理模块用于对于输入的电信号进行预处理；所述第一能量储存模块与所述预处理模块连接，用于对经过预处理的电信号进行能量收集和储存；所述控制模块与所述第一能量储存模块连接，用于根据所述第一能量储存模块的状态控制所述第一能量储存模块对于后级模块的供电通断；所述能量管理模块与所述控制模块连接，用于调制所述第一能量储存模块释放的电能，以对所述第二能量储存模块进行稳定充电；所述第二能量储存模块与所述能量管理模块和负载连接，用于储存所述能量管理模块输入的电能，以为负载供电。

【技术特征摘要】
1.一种能量管理电路，其特征在于，该能量管理电路包括：预处理
模块，第一能量储存模块，控制模块，能量管理模块和第二能量储存模块，
其中：
所述预处理模块用于对于输入的电信号进行预处理；
所述第一能量储存模块与所述预处理模块连接，用于对经过预处理的
电信号进行能量收集和储存；
所述控制模块与所述第一能量储存模块连接，用于根据所述第一能量
储存模块的状态控制所述第一能量储存模块对于后级模块的供电通断；
所述能量管理模块与所述控制模块连接，用于调制所述第一能量储存
模块释放的电能，以对所述第二能量储存模块进行稳定充电；
所述第二能量储存模块与所述能量管理模块和负载连接，用于储存所
述能量管理模块输入的电能，以为负载供电。
2.根据权利要求1所述的能量管理电路，其特征在于，所述预处理
模块包括整流模块和/或滤波模块，其中，所述整流模块为由多个二极管构
成的整流桥，所述滤波模块包括两个并联的电容。
3.根据权利要求2所述的能量管理电路，其特征在于，所述二极管
的反向恢复时间＜电信号的周期。
4.根据权利要求2所述的能量管理电路，其特征在于，所述滤波模
块中的两个电容的容量不同，其中，大容量电容的容量大于1μF，小容量
电容的容量小于1nF，且大容量电容的容量与小容量电容的容量之比≥
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马嘉豪，张兆华，刘雄，姚言，任天令，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11