用于无源感知网络的超低输入功率供能电路及采用该电路实现的供能方法技术

用于无源感知网络的超低输入功率供能电路及采用该电路实现的供能方法，涉及为无源感知节点供能领域。本发明专利技术是为了解决现有缺少无源感知节点在超低输入功率情况下的供能问题。为减少采样功耗，本申请使用积分电路计算电压和电流的平均值，对于输入电压，电容C1端电压经电阻分压后送入由运算放大器U3构成的电压跟随器，随后送入由运算放大器U4构成的积分电路，运算放大器U4输出值为一段时间内电压的平均值；控制器每隔一段时间仅读取一次运算放大器U2、U4的输出值计算出该时间段的电压、电流平均值，进而计算出输入功率，节省了频繁采样的能耗。它用于为无源感知节点供能。

Ultra low input power supply circuit for passive sensing network and energy supply method implemented by the circuit

The ultra low input power supply circuit for passive sensing network and the energy supply method realized by this circuit involve the field of passive sensing node energy supply. The present invention is to solve the problem of the lack of passive sensing nodes under the condition of ultra low input power. In order to reduce the power consumption of the sample, the average for the use of the integral circuit calculation of voltage and current values for the input voltage, the capacitor C1 voltage of the resistor divider into voltage composed of operational amplifier U3 follower, then into the integral circuit composed of operational amplifier U4, U4 operation amplifier output value for the average for a period of time the inner value of voltage controller; every time read only one operational amplifier U2, U4 output value to calculate the time average value of voltage and current, and then calculate the input power, saves the energy consumption for frequent sampling. It is used to provide energy for passive sensing nodes.

【技术实现步骤摘要】
用于无源感知网络的超低输入功率供能电路及采用该电路实现的供能方法
本专利技术涉及为无源感知网络的超低输入功率供能电路及采用该电路实现的供能方法。
技术介绍
无源感知网络(Energy-harvestingWSNs,EH-WSNs)通常使用太阳能电池(PVCell)获取环境中的太阳能能源，但直接将太阳能电池接在无源感知节点上存在两个问题。其一，太阳能电池的输出功率如图2中曲线1所示，其功率随输出电压呈凹函数关系，因此需要控制其输出电流，使得输出功率达到最大，该方法称之为最大功率点追踪(MPPT)控制方法。其二，无源感知节点内通常使用大容量电容储存能量，其充电速度取决于太阳能电池的输出电压与储能电容的电压差，因此太阳能电池需要使用升压(BOOST)等DC-DC电路提高输出电压。现有的MPPT-BOOST方法和产品通常适用于大功率太阳能电池阵列，需要太阳能电池能够提供充足的能量，并输出连续且恒定的电压。而无源感知节点受成本和体积限制，其太阳能电池的功率偏小，当光照不充足时输出功率可能仅为几毫瓦甚至更低，无法提供足够的电流供MPPT-BOOST电路工作。其简化的等效电路如图3所示，在短时间内本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于无源感知网络的超低输入功率供能电路，它包括太阳能板、电流采样电阻Rs和PMOS管Q3，其特征在于，它还包括升压电路(1)和最大功率点追踪控制电路(2)，升压电路(1)包括电感L、电解电容C1、电解电容C2、NMOS管Q1、PMOS管Q2和二极管D，最大功率点追踪控制电路(2)包括电流放大电路(2‑1)、电流积分电路(2‑2)、电压采样电路(2‑3)、电压积分电路(2‑4)、电压检测单元及稳压单元和控制器，太阳能板的正极同时连接电流采样电阻Rs的一端和电流放大电路(2‑1)的同相输入端，电阻Rs的另一端同时连接电流放大电路(2‑1)的反相输入端、电解电容C1的正极、电感L的一端和电压采样电路...

【技术特征摘要】
1.用于无源感知网络的超低输入功率供能电路，它包括太阳能板、电流采样电阻Rs和PMOS管Q3，其特征在于，它还包括升压电路(1)和最大功率点追踪控制电路(2)，升压电路(1)包括电感L、电解电容C1、电解电容C2、NMOS管Q1、PMOS管Q2和二极管D，最大功率点追踪控制电路(2)包括电流放大电路(2-1)、电流积分电路(2-2)、电压采样电路(2-3)、电压积分电路(2-4)、电压检测单元及稳压单元和控制器，太阳能板的正极同时连接电流采样电阻Rs的一端和电流放大电路(2-1)的同相输入端，电阻Rs的另一端同时连接电流放大电路(2-1)的反相输入端、电解电容C1的正极、电感L的一端和电压采样电路(2-3)的同相输入端，太阳能板的负极同时连接电解电容C1的负极、NMOS管Q1的源极、电解电容C2的负极，并接电源地，NMOS管Q1的栅极连接控制器的PFM端，电感L的另一端同时连接NMOS管Q1的漏极和PMOS管Q2的源级，PMOS管Q2的栅极连接控制器的C1测量端，PMOS管Q2的漏极连接二极管D的阳极，二极管D的阴极同时连接电解电容C2的正极、PMOS管Q3的源极、电压检测单元及稳压单元的输入端和控制器的输出电压检测端，当电压检测单元及稳压单元检测升压电路(1)输出电压超过启动电压时，电压检测单元及稳压单元开始向最大功率点追踪控制电路(2)供电，电流放大电路(2-1)的瞬时电流信号输出端同时连接电流积分电路(2-2)的同相输入端和控制器的电流瞬时值端，电流积分电路(2-2)的累计电流信号输出端连接控制器的累积电荷量端，电压采样电路(2-3)的瞬时电压信号输出端同时连接电压积分电路(2-4)的同相输入端和控制器的电压瞬时值端，电压积分电路(2-4)的累计电压信号输出端连接控制器的电压平均值端，电流积分电路(2-2)的归零信号输出端和电压积分电路(2-4)的归零信号输出端均连接控制器的归零端，PMOS管Q3的栅极连接控制器的输出使能端，PMOS管Q3的漏极和电解电容C2的正极用于为无源感知节点供能，控制器的通信端用于与无源感知节点进行通信。2.根据权利要求1所述的用于无源感知网络的超低输入功率供能电路，其特征在于，电流放大电路(2-1)、电流积分电路(2-2)、电压采样电路(2-3)和电压积分电路(2-4)均采用运算放大器实现。3.根据权利要求1所述的用于无源感知网络的超低输入功率供能电路，其特征在于，电流放大电路(2-1)用于放大电阻Rs上的电流，电流放大电路(2-1)瞬时电流信号输出端输出值为电流的瞬时值，电流积分电路(2-2)内部含有NMOS管Q4，电流积分电路(2-2)的累计电流信号输出端输出值为一段时间内电流的积分，根据Q＝∫I(t)dt，一段时间内电流的积分为输入的电荷量，该电荷量能够通过NMOS管Q4归零，电压采样电路(2-3)的瞬时电压信号输出端输出值为电容C1电压的瞬时值，电压积分电路(2-4)内部含有NMOS管Q5，电压积分电路(2-4)的累计电压信号输出端输出值为电容C1电压的平均值，该平均值能够通过NMOS管Q5归零。4.根据权利要求1所述的用于无源感知网络的超低输入功率供能电路，其特征在于，电压检测单元及稳压单元包括电压检测单元和稳压单元，电压检测单元用于采集升压电路(1)输出的电压进入稳压单元进行稳压，稳压后输出的电压值为控制器提供供电电源。5.根据权利要求1所述的用于无源感知网络的超低输入功率供能电路实现的供能方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、刚开始上电时，电解电容C2电压低于启动电压，此时NMOS管Q1和PMOS管Q3关断，PMOS管Q2开启，向电容C2充电，电压检测单元及稳压单元关断，最大功率点追踪控制电路(2)不工作以减少能量浪费，保证所有电荷充入电解电容C2；步骤二、当电解电容C2电压超过启动电压后，电压检测单元及稳压单元开始向最大功率点追踪控制电路(2)供电，控制器初始化；步骤三、设置电解电容C1的电压上限VCup...

【专利技术属性】
技术研发人员：张扬，高宏，程思瑶，李建中，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23