一种带能量管理功能的小型无源物联网实用开发板制造技术

本发明专利技术涉及一种带能量管理功能的小型无源物联网实用开发板，其特征在于，包括物联网部分、能源管理电路以及能量收集部分，能量收集部分收集的能量通过能源管理电路为物联网部分供电。本发明专利技术考虑到如今无源物联网领域实用开发板的稀缺，整合了集整流、欠压锁定、可调阈值电压、极低漏电流和稳压输出的能量管理电路与能进行蓝牙、WIFI、Zigbee等无线组网通信的低功耗SOC(嵌入式片上系统)最小系统，组成了设计紧凑、易小型化与量产化的无源物联网实用开发板。用户可以根据实际场景，调节能量管理电路，编写特定的蓝牙通信指令，从而高效、可靠地完成整个无源物联网的开发过程。靠地完成整个无源物联网的开发过程。靠地完成整个无源物联网的开发过程。

【技术实现步骤摘要】
一种带能量管理功能的小型无源物联网实用开发板


[0001]本专利技术涉及一种针对无源物联网的带能量管理功能的实用开发板，属于无源物联网领域。

技术介绍

[0002]物联网蓬勃发展，随着物联网节点的增多，未来对于物联网设备内部电池的布置和维修成本将会非常大，所以伴着能量收集技术的进步，无源物联网应运而生，即无电池的物联网。无源物联网的能源可以为太阳能、射频信号、运动能和温差等等。利用专属的能量收集器，就可以将能量收集起来，为物联网设备供电。但是，从环境所收集的能量往往是间断的、微小的、交流的，而物联网设备所需要的是稳定的直流，所以无源能量无法直接驱动物联网设备，即使是极低功耗的SOC最小系统。这之间的转换需要一个能量管理电路，将收集的能量存储起来，具体来说是一个兼备了整流、欠压锁定、可调阈值电压、极低漏电流和稳压输出的综合性电路。如今相关的综合性能量管理模块极其稀缺且价格昂贵，对无源物联网的开发造成了不便。
[0003]在品类繁多嵌入式开发板中，没有任何一款开发板是针对无电池物联网场景，也没有任何一款开发板可以打通微电源管理到物联网等上层应用。总的说，在无源物联网领域，还没有一种能兼顾能量管理、可调节、小体积、低功耗和低成本的实用开发板。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：在无源物联网领域，还没有一种能兼顾能量管理、可调节、小体积、低功耗和低成本的实用开发板。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供了一种带能量管理功能的小型无源物联网实用开发板，其特征在于，包括物联网部分、能源管理电路以及能量收集部分，能量收集部分收集的能量通过能源管理电路为物联网部分供电，其中：
[0006]物联网部分用于实现基于多种主流组网的通信；
[0007]能源管理电路的阈值电压可调，通过调节阈值电压使得微能量能够不经过升压直接送至能量管理电路进行能量存储，达到要求后直接稳压输出；能源管理电路由能量输入部分、能量存储部分、欠压锁定部分以及稳压输出部分组成，能量收集部分收集的能量通过能量输入部分输入能量存储部分，由能量存储部分存储能量，能量存储部分存储的能量通过欠压锁定部分以及稳压输出部分为物联网部分供电；通过欠压锁定部分判断能量存储部分存储的能量是否达到要求，仅在达到要求的情况下，能量存储部分存储的能量才通过稳压输出部分稳压后送至物联网部分。
[0008]优选地，所述物联网部分基于低功耗SOC最小系统实现，低功耗SOC最小系统与JLink接口和天线相连。
[0009]优选地，所述能量输入部分采用二极管，以确保能量的单向传递；所述量存储部分采用电容；所述欠压锁定部分由阻值可调的电阻、三极管以及场效应管组成；所述稳压输出
部分采用场效应管实现。
[0010]优选地，所述能源管理电路包括能量输入部分，能量输入部分与电容C
s
并联；功率开关Q2的栅极经由串联的电阻R2以及电阻R3连接电容C
s
的正极，同时，功率开关Q2的栅极经由电阻R1连接电容C
s
的负极；功率开关Q2的源极连接电容C
s
的负极；功率开关Q2的漏极与电阻R4的一端相连，同时，连接功率开关Q3的栅极；电阻R4的另一端与电流镜的输入端相连，电流镜的输出端经由电阻R2连接功率开关Q2的栅极；功率开关Q3的源极连接电容C
s
的正极，功率开关Q3的漏极连接耗尽型NMOS Q4的漏极；负载R
o
连接在耗尽型NMOS Q4的栅极与源极之间。
[0011]本专利技术考虑到如今无源物联网领域实用开发板的稀缺，整合了集整流、欠压锁定、可调阈值电压、极低漏电流和稳压输出的能量管理电路与能进行蓝牙、WIFI、Zigbee等无线组网通信的低功耗SOC(嵌入式片上系统)最小系统，组成了设计紧凑、易小型化与量产化的无源物联网实用开发板。用户可以根据实际场景，调节能量管理电路，编写特定的蓝牙通信指令，从而高效、可靠地完成整个无源物联网的开发过程。
附图说明
[0012]图1A以及图1B为本专利技术的功能说明图，图1A为正面，图1B为反面；
[0013]图2为本专利技术正常工作时的能量流动图；
[0014]图3为本专利技术的电源稳定时的能量流动图；
[0015]图4A及图4B为本专利技术应用实例的线条图，图4A是正面，图4B是反面；
[0016]图5为本专利技术的能量管理电路图。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0018]本专利技术提供的开发板的物联网部分由低功耗SOC最小系统、JLink接口和天线组成，能实现基于多种主流组网的通信。其能源管理电路由二极管、电容、电阻、三极管和场效应管组成，分为能量输入、能量存储、欠压锁定和稳压输出四个部分，每个部分都尽量以最少元器件实现功能，精简了无必要的部件，所以整体电路非常紧凑，能耗与成本极低，为无源物联网的广泛部署带来可能。
[0019]如今常用的无源物联网系统往往具备如下几个部分：能量收集设备、升压电路、能量管理电路、物联网设备等。当前能量收集和管理电路均不够灵活，体现在阈值固定，功耗较高等方面。如此的方案很难大批量应用于生产和消费电子场景。与传统能量管理电路相比，本专利技术的能量管理电路(如图5)不仅更简洁、低成本，而且阈值电压可调节，可编程性与实用性更强。在部分能量源供电时，例如磁电换能器，收集的电压只有2
‑
3V，这时能量管理电路就无法工作。因本专利技术的能量管理电路灵活的可调性，能实现最低1.8V的阈值电压设置，使得能量可以不经过升压，直接送至能量管理电路进行能量存储，达到要求就可以直接稳压输出，如此便节省了宝贵的微能量，减少了能量死区，大大降低了无源物联网的门槛，
使得为许多小能量收集的场景批量部署物联网设备成为了可能。
[0020]收集的能量会先经过整流器整形为直流，然后经过电容进行能量存储，欠压锁定电路将判断能量是否达到要求，若能量不足，低功耗SOC不会被供电，若检测到能量充足，能量会经过精简的稳压电路启动低功耗SOC，低功耗SOC通过天线发送信号，完成整个无源物联网的运行过程。因为低功耗SOC实际发送信号的功率可以计算，所以最低的、刚好满足电路工作的阈值电压也可被计算，完成了供需平衡。
[0021]如图5所示，本专利技术提供的一种能源管理电路包括能量输入部分，能量输入部分与电容C
s
并联。功率开关Q2的栅极经由串联的电阻R2以及电阻R3连接电容C
s
的正极，同时，功率开关Q2的栅极经由电阻R1连接电容C
s
的负极。功率开关Q2的源极连接电容C
s
的负极。功率开关Q2的漏极与电阻R4的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带能量管理功能的小型无源物联网实用开发板，其特征在于，包括物联网部分、能源管理电路以及能量收集部分，能量收集部分收集的能量通过能源管理电路为物联网部分供电，其中：物联网部分用于实现基于多种主流组网的通信；能源管理电路的阈值电压可调，通过调节阈值电压使得微能量能够不经过升压直接送至能量管理电路进行能量存储，达到要求后直接稳压输出；能源管理电路由能量输入部分、能量存储部分、欠压锁定部分以及稳压输出部分组成，能量收集部分收集的能量通过能量输入部分输入能量存储部分，由能量存储部分存储能量，能量存储部分存储的能量通过欠压锁定部分以及稳压输出部分为物联网部分供电；通过欠压锁定部分判断能量存储部分存储的能量是否达到要求，仅在达到要求的情况下，能量存储部分存储的能量才通过稳压输出部分稳压后送至物联网部分。2.如权利要求1所述的一种带能量管理功能的小型无源物联网实用开发板，其特征在于，所述物联网部分基于低功耗SOC最小系统实现，低功耗SOC最小系统与JLink接口和天线相连。3.如权利要求1所述的一种带能量管理功能的小型无源物联网实用开发板，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梓杰，滕雳，梁俊睿，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：