【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路，具体涉及一种teg能量最大化收集电源管理电路。
技术介绍
1、随着物联网、人体健康监护等领域的快速发展，便携式无线传感器电子设备在这些领域的应用越来越广泛，但若采用可替换电池供电的方式，需要频繁更换电池来保证设备运行，十分不便。能量收集技术可以有效地将环境的能量转换为电能，为设备运行进行供电的同时，还能将环境能量存储起来，这样便可实现无线传感器设备的自供电，大大延长了设备的续航时间。
2、温差热电池(teg)是利用其材料接触面的温度差来产生电压差的环境能量源。通过电源管理技术将其产生的电压差转换为设备所需的电压，或将多余能量收集起来。teg产生的电压差通常在几十mv到几百mv范围内，因此需要升压电路将其输出电压升压到1v以上才能为设备供电。若无储能电池，设备只能在teg输出功率比设备所需的功率大时工作，因此不能保证系统的稳定运行。在拥有储能电池下，当teg输出功率不满足设备运行所需的功率时，储能电池通过降压电路供能来确保设备正常工作。然而，当设备由储能电池供电时，传统的电源管理技术通常停止收集teg产生的能量或者没有实现最大化收集，造成teg能量损失。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的是teg能量的高效管理以及实现最大化teg能量收集的问题。提出一种teg能量最大化收集电源管理电路。
2、为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种teg能量最大化收集电源管理电路，包括能量收集电源管理电路本体，其特征
4、vteg串联内阻rs后连接输入电容cin的上端节点vcin；输入电容cin上端节点vcin同时连接功率开关sn1的左端；功率开关管sn1的右端节点vlx连接电感l的左端；功率开关sn2的上端连接电感左端的vlx点，功率开关管sn2的下端连接gnd；电感l左端为节点vlx，电感右端为节点vly；功率开关管sp1上端连接可充电电池vbat的正极，下端连接电感左端vlx点；功率开关管sp2上端连接可充电电池vbat的正极，下端接电感右端vly点；功率开关管sn3上端连接电感右端vly点，下端连接gnd；功率开关管sp3左端连接电感右端vly点，右端连接输出电容cout的上端vdd节点，vdd节点同时和负载rl的上端相连，负载rl下端接地gnd。teg能量最大化收集电源管理电路的输出电压为vdd节点电压。核心控制模块输出的控制信号a、b、c、d、e、f分别连接到功率开关sn1、sn2、sn3、sp1、sp2、sp3的控制端a、b、c、d、e、f。
5、上述方案中，能量源teg由电源vteg和内阻rs组成，电源vteg上端连接内阻rs的左端，下端连接gnd；内阻rs左端连接电压vteg，右端通过节点vcin连接输入电容cin的上端和功率开关sn1的左端。
6、上述方案中，可充电电池vbat负极连接gnd，正极连接功率开关sp1的上端和sp2的上端。
7、上述方案中，输入电容cin上端通过节点vcin连接内阻rs和功率开关sn1，下端连接gnd；输出电容cout上端通过节点vdd连接负载rl的上端以及功率开关sp3的右端，下端连接gnd。
8、上述方案中，电感左端通过节点vlx连接功率开关sn1的右端、sn2的上端、sp1的下端，电感右端通过节点vly连接功率开关sp2的下端、sp3的左端、sn3的上端。
9、上述方案中，功率开关sn1左端通过节点vcin连接输入电容cin的上端和内阻rs的右端，右端连接电感左端节点vlx；功率开关sn2的上端连接电感左端节点vlx，下端连接gnd；功率开关sn3上端连接电感右端节点vly，下端连接gnd；功率开关sp1下端连接电感左端节点vlx，上端连接可充电电池vbat的正极；功率开关sp2下端连接电感右端节点vly，上端连接可充电电池vbat的正极；功率开关sp3的左端连接电感右端节点vly，右端通过节点vdd连接输出电容cout的上端以及负载rl的上端。
10、上述方案中，核心控制模块由带隙基准电压源、最大功率追踪(mppt)、模式切换、零电流检测器(zcd)、逻辑控制与驱动模块组成。带隙基准电压源输出偏置电压vb和参考电压vref。最大功率追踪(mppt)包括振荡器、电压采样、迟滞比较器com1。振荡器输出时钟信号clk，电压采样输出最大功率点电压vmppt，迟滞比较器com1同相端连接节点vcin，反相端连接最大功率电压vmppt，输出端连接逻辑控制与驱动模块；模式切换连接节点vdd和参考电压vref，输出连接逻辑控制与驱动模块；零电流检测器(zcd)的五个输入端分别连接可充电电池vbat的正极、节点vdd、节点vly、节点vlx、gnd，输出连接逻辑控制与驱动模块；逻辑控制与驱动模块的三个输入端分别连接最大功率追踪(mppt)的输出、模式切换输出和零电流检测器的输出，逻辑控制与驱动模块的六个输出控制信号分别连接功率开关sn1、sn2、sn3、sp1、sp2、sp3的控制端a、b、c、d、e、f。
11、与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：
12、本专利技术的teg电源管理电路具有的双相位切换的方式可保证系统在不同负载情况下实现最大化能量收集。当teg的输出功率比负载功率大时，该电源管理电路能在供给负载能量的同时将多余的能量回收至可充电电池。当teg的输出功率比负载功率小时，由电池额外提供能量；在电池提供能量时，本专利技术采用双相位切换的方式来控制电感的放电，使得电感电流具有两个不同的放电回路，具体选择哪个放电回路由输入电容cin上的节点电压vcin是否达到最大功率点电压来决定。第一放电回路是电感电流经过负载再经过teg回流到电感，第二放电回路是电感电流经过负载再经过功率开关sn2回流到电感。当输入电容cin上的节点电压vcin达到最大功率点电压时，优先选择第一放电回路，将teg的能量最大化地输送到负载。因此本专利技术解决了传统能量收集系统在重载时单纯由电池供电而无法收集teg能量或无法最大化收集teg能量的问题。
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1.一种TEG能量最大化收集电源管理电路，包括能量收集电源管理电路本体，其特征是，该能量收集电源管理电路包括TEG能量源、可充电电池VBAT、输入电容CIN、输出电容COUT、电感L、功率开关、核心控制模块、负载RL。TEG能量源由电源VTEG及其内阻RS组成；功率开关包括SN1、SN2、SN3、SP1、SP2、SP3；核心控制模块由带隙基准电压源、最大功率追踪(MPPT)、零电流检测器(ZCD)、模式切换、逻辑控制与驱动模块组成。
2.根据权利要求1所述的一种TEG能量最大化收集电源管理电路，其特征是，能量源TEG由电源VTEG和内阻RS组成，电源VTEG上端连接内阻RS的左端，下端连接GND；内阻RS左端连接电压VTEG，右端通过节点VCIN连接输入电容CIN的上端和功率开关SN1的左端。
3.根据权利要求1所述的一种TEG能量最大化收集电源管理电路，其特征是，可充电电池VBAT负极连接GND，正极连接功率开关SP1的上端和SP2的上端。
4.根据权利要求1所述的一种TEG能量最大化收集电源管理电路，其特征是，输入电容CIN上端通过节点VC
5.根据权利要求1所述的一种TEG能量最大化收集电源管理电路，其特征是，电感左端通过节点VLX连接功率开关SN1的右端、SN2的上端、SP1的下端，电感右端通过节点VLY连接功率开关SP2的下端、SP3的左端、SN3的上端。
6.根据权利要求1所述的一种TEG能量最大化收集电源管理电路，其特征是，功率开关SN1左端通过节点VCIN连接输入电容CIN的上端和内阻RS的右端，右端连接电感左端节点VLX；功率开关SN2的上端连接电感左端节点VLX，下端连接GND；功率开关SN3上端连接电感右端节点VLY，下端连接GND；功率开关SP1下端连接电感左端节点VLX，上端连接可充电电池VBAT的正极；功率开关SP2下端连接电感右端节点VLY，上端连接可充电电池VBAT的正极；功率开关SP3的左端连接电感右端节点VLY，右端通过节点VDD连接输出电容COUT的上端以及负载RL的上端。
7.根据权利要求1所述的一种TEG能量最大化收集电源管理电路，其特征是，核心控制模块由带隙基准电压源、最大功率追踪(MPPT)、模式切换、零电流检测器(ZCD)、逻辑控制与驱动模块组成。带隙基准电压源输出偏置电压VB和参考电压VREF。最大功率追踪(MPPT)包括振荡器、电压采样、迟滞比较器COM1。振荡器输出时钟信号CLK，电压采样输出最大功率点电压VMPPT，迟滞比较器COM1同相端连接节点VCIN，反相端连接最大功率电压VMPPT，输出端连接逻辑控制与驱动模块；模式切换连接节点VDD和参考电压VREF，输出连接逻辑控制与驱动模块；零电流检测器(ZCD)的五个输入端分别连接可充电电池VBAT的正极、节点VDD、节点VLY、节点VLX、GND，输出连接逻辑控制与驱动模块；逻辑控制与驱动模块的三个输入端分别连接最大功率追踪(MPPT)的输出、模式切换输出和零电流检测器的输出，逻辑控制与驱动模块的六个输出控制信号分别连接功率开关SN1、SN2、SN3、SP1、SP2、SP3的控制端A、B、C、D、E、F。
...【技术特征摘要】
1.一种teg能量最大化收集电源管理电路，包括能量收集电源管理电路本体，其特征是，该能量收集电源管理电路包括teg能量源、可充电电池vbat、输入电容cin、输出电容cout、电感l、功率开关、核心控制模块、负载rl。teg能量源由电源vteg及其内阻rs组成；功率开关包括sn1、sn2、sn3、sp1、sp2、sp3；核心控制模块由带隙基准电压源、最大功率追踪(mppt)、零电流检测器(zcd)、模式切换、逻辑控制与驱动模块组成。
2.根据权利要求1所述的一种teg能量最大化收集电源管理电路，其特征是，能量源teg由电源vteg和内阻rs组成，电源vteg上端连接内阻rs的左端，下端连接gnd；内阻rs左端连接电压vteg，右端通过节点vcin连接输入电容cin的上端和功率开关sn1的左端。
3.根据权利要求1所述的一种teg能量最大化收集电源管理电路，其特征是，可充电电池vbat负极连接gnd，正极连接功率开关sp1的上端和sp2的上端。
4.根据权利要求1所述的一种teg能量最大化收集电源管理电路，其特征是，输入电容cin上端通过节点vcin连接内阻rs和功率开关sn1，下端连接gnd；输出电容cout上端通过节点vdd连接负载rl的上端以及功率开关sp3的右端，下端连接gnd。
5.根据权利要求1所述的一种teg能量最大化收集电源管理电路，其特征是，电感左端通过节点vlx连接功率开关sn1的右端、sn2的上端、sp1的下端，电感右端通过节点vly连接功率开关sp2的下端、sp3的左端、sn3的上端。
6.根据权利要求1所述的一种teg能量最大化收集...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐卫林，李淦初，李海鸥，李明，蒋品群，陈庆，章金标，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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