一种定时输出电能的微能量收集系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了能量收集领域的一种定时输出电能的微能量收集系统及控制方法，包括储能电容A、储能电容B和储能电容C；单向导通电路的输出端和储能电容A电性连接；所述单向导通电路的输入端用于连接能量源；所述储能电容A分别与储能电容B、储能电容C电性连接，单片机对所述储能电容B和储能电容C的电压取样；所述单片机控制选择电路选择储能电容B和储能电容C放电；单向导通电路、定时器电路、电子开关电路、DC

【技术实现步骤摘要】
一种定时输出电能的微能量收集系统及控制方法


[0001]本专利技术属于能量收集领域，具体涉及一种定时输出电能的微能量收集系统及控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，环境中微弱能量的收集由于具有收集方便、来源广泛等优点得到了极大关注，目前微弱能量的收集是国际上的研究热点之一。然而传统的微能量收集电路不能实时切断电源供电，不能实现按需供给，并且系统首次进入工作状态时间过长，这样大大增加了DC
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DC电路的能量损耗，导致能量利用率低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种定时输出电能的微能量收集系统及控制方法，当能量源供电中断时，通过储能电容采集到的电能为耗电元件按时按需供电，避免电能不足时启动负载并消耗额外电能，解决了能量利用率低和电路供电不稳定的问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]本专利技术第一方面提供了一种定时输出电能的微能量收集系统，包括储能电容A、储能电容B和储能电容C；单向导通电路的输出端和储能电容A电性连接；所述单向导通电路的输入端用于连接能量源；
[0006]所述储能电容A分别与储能电容B、储能电容C电性连接，所述储能电容B和储能电容C并联设置；单片机对所述储能电容B和储能电容C的电压取样；，所述单片机控制选择电路选择储能电容B和储能电容C放电；
[0007]单向导通电路、定时器电路、电子开关电路、DC
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DC电路、施密特触发缓冲器和电容B依次电性连接；所述定时器电路在设定时间结束后启动，单片机可通过给予关断信号控制定时器，施密特触发缓冲器由超级电容B上的电压控制。
[0008]优选的，所述储能电容B的容值小于储能电容C的容值。
[0009]优选的，所述单向导通电路和储能电容A之间电路上设有流控稳压电路A；所述储能电容A与储能电容B之间电路上设有流控稳压电路B；所述储能电容A与储能电容C之间电路上设有流控稳压电路C；所述流控稳压电路A、流控稳压电路B和流控稳压电路C为场效晶体管。
[0010]优选的，所述单片机为STM32单片机；所述定时器电路中的定时器为芯片TPL5110DDCT；所述施密特触发缓冲器为芯片SN74AUP1G17DBVR；所述选择电路为芯片TS5A3160DBVR；所述DC
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DC电路内设有芯片TPS61220DCKR；所述芯片TPS61220DCKR作用于提升直流电压。
[0011]优选的，所述芯片TPS61220DCKR由施密特触发器和定时器电路双重控制。
[0012]优选的，所述单片机与储能电容B之间电路上设有取样电路A；所述单片机与储能电容C之间电路上设有取样电路B；
[0013]所述取样电路A和取样电路B包括依次电性连接第一电阻、第二电阻和场效晶体管；所述第一电阻、第二电阻之间的电路上设有接单片机支路和接地支路；所述接地支路上设有保护电容；所述场效晶体管的栅极与单片机电性连接；所述场效晶体管的漏极与第二电阻电性连接；所述场效晶体管的源极接地；所述场效晶体管的源极和所述场效晶体管的栅极之间通过第三电阻电性连接。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种微能量收集系统的控制方法，包括：
[0015]能量源对储能电容A、储能电容B和储能电容C进行充电；单片机对所述储能电容B和储能电容C的电压取样；
[0016]在输入电压达到施密特触发缓冲器上限阈值电压输出高电平的情况下，定时器电路在每设定时间段内控制DC
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DC电路使能，单片机每次完成工作后通过定时器控制DC
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DC电路停止工作；
[0017]当能量源供电中断时，储能电容A优先放电；储能电容A放电后，根据所述储能电容B和储能电容C的电压，单片机控制选择电路选择储能电容B和储能电容C放电；当储能电容A、储能电容B和储能电容C的电压小于相应阈值时，微能量收集系统停止工作。
[0018]优选的，能量源供电恢复后依次对储能电容A、储能电容B和储能电容C进行充电。
[0019]优选的，根据所述储能电容B和储能电容C的电压，单片机控制选择电路选择储能电容B和储能电容C放电的方法包括：
[0020]当所述储能电容B和储能电容C的电压均大于相应阈值时，所述单片机通过选择电路优先选择容值较小的储能电容B放电；
[0021]当储能电容B放电后电压小于相应阈值时，所述单片机通过选择电路、选择储能电容C放电。
[0022]本专利技术第三方面提供了一种发电系统，包括用于产生直流电的太阳能电池板和所述微能量收集系统；所述太阳能电池板与所述微能量收集系统中单向导通电路的输入端电性连接；所述微能量收集系统中为耗电元件持续稳定供电。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术中单向导通电路的输出端和储能电容A电性连接；所述单向导通电路的输入端用于连接能量源；所述储能电容A分别与储能电容B、储能电容C电性连接，当能量源供电中断时，通过储能电容A、储能电容B和储能电容C采集到的电能为耗电元件按时按需供电，避免电能不足时启动负载并消耗额外电能。
[0025]本专利技术中根据所述储能电容B和储能电容C的电压，单片机控制选择电路选择储能电容B和储能电容C放电；所述储能电容B的容值小于储能电容C的容值；利用大小电容的互补优势，通过容值较小的储能电容B实现快速响应完成放电；通过容值较大的储能电容C储存较多电能，待能量供应不足时长时间进行补充电能。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例提供的一种定时输出电能的微能量收集系统的结构图；
[0027]图2为本专利技术实施例提供的一种定时输出电能的微能量收集系统的电路图；
[0028]图3为本专利技术实施例提供的单片机和耗能电路的结构图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0030]实施例一
[0031]如图1所示，一种定时输出电能的微能量收集系统，其特征在于，包括储能电容A、储能电容B和储能电容C；各储能电容在微能量源供电能力不足以维持负载工作时提供后备电能；单向导通电路的输出端和储能电容A电性连接；所述单向导通电路的输入端用于连接直流型微能量源；直流型微能量源的作用是将弱光太阳能转换为直流电源；单向导通电路的作用是避免储能电容A中的电能逆向流至直流型微能量源泄放，单向导通电路与第一流控稳压电路A直接连接；所述单向导通电路为超低漏电流的高速开关二极管。
[0032]所述储能电容A分别与储能电容B、储能电容C电性连接，所述储能电容B和储能电容C并联设置；所述储能电容B的容值为1F，储能电容C的容值为7F，利用大小电容的互补优势，通过容值较小的储能电容B实现快速响应完成放电；通过容值较大的储能电容C储存较多电能，待能量供应不足时长时间进行补充电能；单片机对所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定时输出电能的微能量收集系统，其特征在于，包括储能电容A、储能电容B和储能电容C；单向导通电路的输出端和储能电容A电性连接；所述单向导通电路的输入端用于连接能量源；所述储能电容A分别与储能电容B、储能电容C电性连接，所述储能电容B和储能电容C并联设置；单片机对所述储能电容B和储能电容C的电压取样；所述单片机控制选择电路选择储能电容B和储能电容C放电；单向导通电路、定时器电路、电子开关电路、DC
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DC电路、施密特触发缓冲器和储能电容B依次电性连接；所述定时器电路在设定时间结束后启动，单片机可通过给予关断信号控制定时器，施密特触发缓冲器由储能电容B上的电压控制。2.根据权利要求1所述的一种定时输出电能的微能量收集系统，其特征在于，所述储能电容B的容值小于储能电容C的容值。3.根据权利要求1所述的一种定时输出电能的微能量收集系统，其特征在于，所述单向导通电路和储能电容A之间电路上设有流控稳压电路A；所述储能电容A与储能电容B之间电路上设有流控稳压电路B；所述储能电容A与储能电容C之间电路上设有流控稳压电路C；所述流控稳压电路A、流控稳压电路B和流控稳压电路C为场效晶体管。4.根据权利要求1所述的一种定时输出电能的微能量收集系统，其特征在于，所述单片机为STM32单片机；所述定时器电路中的定时器为芯片TPL5110DDCT；所述施密特触发缓冲器为芯片SN74AUP1G17DBVR；所述选择电路为芯片TS5A3160DBVR；所述DC
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DC电路内设有芯片TPS61220DCKR；所述芯片TPS61220DCKR用于提升直流电压。5.根据权利要求1所述的一种定时输出电能的微能量收集系统，其特征在于，所述芯片TPS61220DCKR由施密特触发器和定时器电路双重控制。6.根据权利要求1所述的一种定时输出电能的微能量收集系统，其特征在于，所述单片机与储能电容B之间电路上设有取样电路A；所述单片机与储能电容C之间电路上...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，李敏，张加宏，苏将豪，柴敏佳，陈杨建，谢俊杰，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：