一种传感器节点电源管理电路制造技术

本发明专利技术公开一种传感器节点的电源管理电路，传感器节点采用能量收集技术供电，电源管理电路包括前级储能模块、升压模块、后级储能模块、控制电路模块和应用电路模块，前级储能模块通过升压模块接后级储能模块及控制电路模块的输入端，后级储能模块的输出端接控制电路模块及应用电路模块的输入端，控制电路模块的输出端接应用电路模块的输入端；前级储能模块储存收集的环境能量，作为升压模块的输入电源，后级储能模块储存升压后的能量，为控制电路模块和应用电路模块提供能量；当后级储能模块两端电压在设定值的范围变动时，控制电路模块控制应用电路模块。本电源管理电路能够合理的控制收集到的能量作为应用电路的能量源，使其能够较稳定的工作。

A power management circuit for sensor nodes

The power management circuit of the invention discloses a sensor node, the sensor node uses the energy collection technology of power supply, the power management circuit includes first stage storage module, boost module, storage module, level control circuit module and Application module circuit, pre storage input module through the boost module is connected with the storage module and after class the control circuit module, output level storage module is connected with the control circuit module and Application module input circuit, output control circuit module connected with the input end of the application circuit module; first stage energy storage module to store the collection of environmental energy, as the input power booster module, storage module stores boost after class the energy to provide energy for the control circuit module and application circuit module; when the energy storage module ends voltage in the range of set value changes, the control circuit module Control application circuit module. The power management circuit can reasonably control the collected energy as the energy source of the application circuit, so that it can work stably.

【技术实现步骤摘要】
一种传感器节点电源管理电路
本专利技术涉及能量收集领域的电源管理技术，更具体地，涉及了一种适用能量收集技术供电的无线传感器网络节点电源管理电路。
技术介绍
在多数应用场景中，无线传感器网络终端节点是通过电池来供电的，电池储存的能量有限，网络节点的多数工作场合又不方便更换电池或进行有线电缆充电，因此，由电池成节点能量短缺的问题需要有效的解决方法。环境能量收集技术是通过收集环境中的能量，如太阳能、热能、无线射频能量等，将其转化为能够利用的直流电源，因此，环境能量收集技术在无线传感器网络中节点的供电、植入式医疗设备充电等其他低功耗设备供电方面表现出广阔的应用前景。由于应用环境的影响，如雨天太阳能收集的能量微弱、无线射频能量由于整流天线效率问题使得收集的能量微弱，能量收集技术并不能持续稳定的收集环境中的能量，因此，设计一种电源管理电路使得收集到的能量能持续稳定的给后续电路提供电源是非常有意义的。
技术实现思路
鉴于本领域现有技术上存在的不足，本专利技术提供了一种适用能量收集技术供电的无线传感器网络节点电源管理电路。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种传感器节点的电源管理电路，其中传感器节点采用能量收集技术供电，电源管理电路包括前级储能模块、升压模块、后级储能模块、控制电路模块和应用电路模块，前级储能模块的输出端接升压模块的输入端，升压模块的输出端接后级储能模块的输入端及控制电路模块的输入端，后级储能模块的输出端接控制电路模块的输入端及应用电路模块的输入端，控制电路模块的输出端接应用电路模块的输入端；所述前级储能模块储存收集的环境能量，作为升压模块的输入电源，后级储能模块储存升压后的能量，并为控制电路模块和应用电路模块提供工作所需能量；当后级储能模块两端电压在设定值的范围变动时，控制电路模块控制应用电路模块是否工作，工作时，后级储能模块向应用电路模块供电，否则不供电。本专利技术根据升压模块、控制电路模块、前后级储能模块储能供电的方式，能够将环境无线射频能量收集技术获取的微弱能量，为后续的电路提供持续、稳定的工作电压，使基于环境能量收集技术供电的传感器网络节点能持续稳定的工作。优选的，所述前级储能模块为超级电容C1，后级储能模块为超级电容C2，其中C1的电容值小于C2的电容值。优选的，所述控制电路模块包括反相器和MOS管，其中反相器输入端与升压模块的输出端连接，反相器输出端与MOS管的栅极连接，MOS管的源极与后级储能模块相连，漏极与应用电路模块相连。优选的，所述MOS管为P沟道增强型的MOS管。优选的，所述升压模块包括升压芯片BQ25504和电阻，升压芯片通过引脚6和7外接的电阻R3、R4控制升压输出的电压幅值大小，其中引脚7接电阻R3、R4，引脚6接于两个电阻之间，升压模块输出电压值U用如下公式进行计算：其中，VBIAS＝1.25V为升压芯片的偏置电压，通过调整R3、R4的阻值，得到满足后续电路工作的电压值；升压芯片的指示信号引脚11接控制电路模块输入端，升压芯片内部具有监测引脚14所接后级储能模块电压大小的功能，通过设置引脚9和10之间所接电阻的大小，指示信号引脚11能够根据后级储能模块两端电压做出相应的变化，其中：当后级储能模块两端电压上升到大于时，指示信号引脚输出高电平，等于此时后级储能模块两端电压幅值；当后级储能模块两端电压下降至小于时，指示信号引脚输出低电平，值为零。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：一种适用能量收集技术供电的无线传感器网络终端节点的电源管理电路，该电源管理电路包括：前级、后级储能模块，利用超级电容作为储能元件取代传统的电池；升压模块，将前级储能模块两端电压幅值升至预设的幅值；控制电路模块，采用反相器和MOS管，与升压芯片结合控制后级储能模块的放电与否；应用电路模块，利用组建无线传感器网络的终端节点作为应用电路。所述的电源管理电路能够合理的控制能量收集技术收集到的能量作为应用电路的能量源，使应用电路能够在无电池供电的情形下持续稳定的工作。附图说明图1为节点电源管理系统结构图。图2为实施例具体结构图。图3为升压模块电路图。图4为PMOS管符号与转移特性曲线图。图5为应用电路结构图。图6为系统工作流程图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，但本专利技术的实施方式并不限于此；下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的描述。如图1，一种适用能量收集技术供电的无线传感器网络节点电源管理电路，包括前级储能模块、升压模块、后级储能模块、控制电路模块、应用电路模块；前级储能模块储存环境能量收集技术收集的能量，作为升压模块的输入电源，并在后级升压电路负载较大变化时提供稳定的电流；前级储能模块能量微弱，电压幅值低，利用升压模块将电压幅值升至后续电路的工作电压值；后级储能模块储存升压后的能量，并为控制信号产生模块、应用电路模块提供工作所需能量；当后级储能模块两端电压在设定值的范围变动时，控制电路模块控制开关管的导通与关闭，从而控制终端节点是否工作；应用电路模块包括通用的无线传感器网络终端节点，用以组成无线传感器网络，实现数据的采集、传输。如图2，为本实施例的具体实现图。本实施例利用环境无线射频能量收集技术的输出作为能量源，前级储能模块(1)与整流天线的输出相连，后级储能模块(2)与升压芯片输出端相连，由于超级电容具有充电速度快、能量密度高、充放电线路简单等优点，因此前、后级储能模块利用超级电容作为储能元件。对于超级电容充电储能过程，可用如下公式进行表述：超级电容储存的能量：由于在射频能量收集技术中经整流天线转换得到的能量比较微弱，前级储能模块选用容值较小的超级电容，使得充电更快；同时，为使后级储能模块的超级电容经过一定时间的充电储能后能持续稳定的为后续电路提供能量，后级储能模块的超级电容采用容值较大的超级电容。如图2所示，升压功能由升压芯片实现。整流输出的微弱能量储存在前级电源模块中，电压幅值不能达到后级电路正常的工作电压值，故通过升压模块把电压幅值升至后级电路能正常工作的电压幅值。同时，升压芯片的信号指示引脚与控制电路模块相接，根据后级电源模块的储能元件两端电压的不同产生不同的指示信号，输出给控制电路模块。如图3，本实施例中采用升压芯片BQ25504，升压芯片通过引脚6和7外接的电阻R3、R4控制升压输出的电压幅值大小，其中引脚7接电阻R3、R4，引脚6接于两个电阻之间，具体可用如下公式进行计算：其中，VBIAS＝1.25V为芯片的偏置电压。通过调整R3、R4的阻值，得到满足后续电路工作的电压值。如图3，指示信号引脚11接控制电路模块输入端。BQ25504芯片内部具有监测引脚14所接后级储能模块电压大小的功能，通过设置引脚9和10之间所接电阻的大小，指示信号引脚11能够根据后级储能模块两端电压做出相应的变化，其中：当后级储能模块两端电压上升到大于时，指示信号引脚输出高电平，等于此时后级储能模块两端电压幅值；当后级储能模块两端电压下降至小于时，指示信号引脚输出低电平，值为零。如图2，控制电路模块(3)包括反相器、MOS开关管。反相器输入端与BQ25504芯片的11引脚相连，输出与MOS管栅极连接，同时，MOS管源极与后级电源模块的储能元件相连，漏极与应用电路模块相连。MOS管能够用于开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器节点的电源管理电路，其中传感器节点采用能量收集技术供电，其特征在于，电源管理电路包括前级储能模块、升压模块、后级储能模块、控制电路模块和应用电路模块，前级储能模块的输出端接升压模块的输入端，升压模块的输出端接后级储能模块的输入端及控制电路模块的输入端，后级储能模块的输出端接控制电路模块的输入端及应用电路模块的输入端，控制电路模块的输出端接应用电路模块的输入端；所述前级储能模块储存收集的环境能量，作为升压模块的输入电源，后级储能模块储存升压后的能量，并为控制电路模块和应用电路模块提供工作所需能量；当后级储能模块两端电压在设定值的范围变动时，控制电路模块控制应用电路模块是否工作，工作时，后级储能模块向应用电路模块供电，否则不供电。

【技术特征摘要】
1.一种传感器节点的电源管理电路，其中传感器节点采用能量收集技术供电，其特征在于，电源管理电路包括前级储能模块、升压模块、后级储能模块、控制电路模块和应用电路模块，前级储能模块的输出端接升压模块的输入端，升压模块的输出端接后级储能模块的输入端及控制电路模块的输入端，后级储能模块的输出端接控制电路模块的输入端及应用电路模块的输入端，控制电路模块的输出端接应用电路模块的输入端；所述前级储能模块储存收集的环境能量，作为升压模块的输入电源，后级储能模块储存升压后的能量，并为控制电路模块和应用电路模块提供工作所需能量；当后级储能模块两端电压在设定值的范围变动时，控制电路模块控制应用电路模块是否工作，工作时，后级储能模块向应用电路模块供电，否则不供电。2.根据权利要求1所述的一种传感器节点的电源管理电路，其特征在于，所述前级储能模块为超级电容C1，后级储能模块为超级电容C2，其中C1的电容值小于C2的电容值。3.根据权利要求1所述的一种传感器节点的电源管理电路，其特征在于，所述控制电路模块包括反相器和MOS管，其中反相器输入端与升压模块的输出端连接，反相器输出端与MOS管的栅极连...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，廖肇荣，曾淼旺，路崇，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，佛山市顺德区中山大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44