一种磁场能量电源管理电路制造技术

本发明专利技术涉及一种磁场能量电源管理电路，该电路包括设置在电缆或任意高压输电线外侧的取能装置，电缆或高压输电线用于提供工频磁场环境，取能装置包括取能磁芯和取能线圈，取能线圈用于收集环境中磁场能并以电能的形式输出；取能线圈后续依次串联连接有匹配电容C0、前端冲击保护模块、整流滤波模块、储能模块以及稳压模块，匹配电容C0用于消除线圈自感，前端冲击保护模块用于保护后续电路，整流滤波模块用于滤波和抵抗环境中电磁信号干扰，储能模块用于储存多余能量，稳压模块用于减小纹波电压输出的同时降低外围电路复杂度。该电源管理电路具有成本低、稳定性高、输出效率高等优点，弥补了以往取能装置复杂、能量转换效率低等问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种磁场能量电源管理电路


[0001]本专利技术属于电源管理
，特别是涉及一种低功耗、高效率的简易电源管理电路。

技术介绍

[0002]磁场作为空间中广泛存在的物质，由于其可再生、无污染的特点，对其高效利用，一直是热门话题。现以电缆周边磁场为例，该环境中工频磁场丰富，可通过取能线圈将环境中磁场能收集，但电缆周围磁场除了工频磁场外，还会因为环境中其他因素影响，产生许多杂散磁场，干扰能量收集。此外，由于电缆中电流及电压大小存在波动，取能线圈可能无感应电压输出或者感应出冲击电压，造成后端设备供电不足或损坏。因此，综合高效取能、安全获能的考虑，设计合理的电源管理电路，对连接供能端与耗能端至关重要。
[0003]电源管理技术便是解决能源分配和管理的问题，电源管理技术可以合理的将电源有效分配给系统的各个组件，对于需要电池供电的设备已发展较为成熟。作为新型自环境取能技术带来的能量管理问题，由于取能环境较为复杂，需根据情况，针对性设计电源管理系统。磁场环境下能量管理问题主要是解决如何将取能线圈俘获的复杂交流磁场能转化为稳定电能输出。2019年，重庆邮电大学的严冬等人设计了一种电线磁场能量采集电源，专利申请公开号为CN109687540A，该专利技术主要通过设计取能线圈、匹配保护电路、整流电路、能量存储电路、电压监控及控制电路和稳压输出电路，以较好地解决感应磁场能量输出问题。但电路整体存在电源管理电路设计的共病，电子器件繁多、能量转换效率不高、内损过大和控制不便的问题，因此如何在提高电源管理电路能量转换效率的同时减小电路复杂度对磁场能量收集利用的研究具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于采用电源管理技术，设计合理的电路拓扑结构，优化电路元件，通过各器件搭配完成交流电能到直流电能的稳定输出。本专利技术设计的电源管理电路具有成本低、稳定性高、输出效率高等优点，弥补了以往取能装置复杂、能量转换效率低等问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现的。
[0006]一种磁场能量电源管理电路，包括设置在电缆或任意高压输电线外侧的取能装置，电缆或高压输电线用于提供工频磁场环境，取能装置包括取能磁芯和取能线圈，取能线圈用于收集环境中磁场能并以电能的形式输出；取能线圈后续依次串联连接有匹配电容C0、前端冲击保护模块、整流滤波模块、储能模块以及稳压模块，匹配电容C0用于消除线圈自感，前端冲击保护模块用于保护后续电路，整流滤波模块用于滤波和抵抗环境中电磁信号干扰，储能模块用于储存多余能量，稳压模块用于减小纹波电压输出的同时降低外围电路复杂度。
[0007]进一步地，所述前端冲击保护模块采用的元器件为瞬态电压抑制二极管TVS；整流滤波模块包括整流部分和滤波部分，整流部分采用单相桥式整流电路，滤波部分采用π型RC
滤波方式，设置电容C1用于滤波；储能模块采用的元器件为双层超级电容C2；稳压模块采用的是LDO稳压器。
[0008]进一步地，所述取能线圈的一次侧为电缆，取能线圈的二次侧与匹配电容C0串联并与瞬态电压抑制二极管TVS并联，后续连接桥式整流电路输入端，桥式整流电路输出端串联电容C1滤波，整流滤波模块后续串联二极管D1，并在二极管D1的输出端并联超级电容C2，后续再串联稳压模块的LDO稳压器。
[0009]本专利技术技术方案带来的有益效果：
[0010]本专利技术提出了一种电源管理电路，其电路设计简单、易于制作、能量转换效率高、稳定性好。通过提出的电路拓扑及元件规格参数在提高了电路稳定性的同时也使得转换效率大大提升。通过前端冲击电路保护模块、整流滤波模块、储能模块以及稳压模块，根据电路的基本特性实现了交流到稳定直流转换，完成了对磁场能的转化输出。采用了低功耗元件，使得电路具有结构简单、易于制作的同时，内耗更低，提高了电路整体可靠性和高效性。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例中磁场能量电源管理电路的结构框图。
[0012]图2为本专利技术实施例中匹配电容C0的等效工作原理图。
[0013]图3为本专利技术实施例中磁场能量电源管理电路的整体结构图。
[0014]图中：1
‑
电缆或高压输电线，2
‑
取能线圈，3
‑
电源管理电路等效模型，4
‑
前端冲击保护模块，5
‑
整流滤波模块，6
‑
储能模块，7
‑
稳压模块。
具体实施方式
[0015]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并不限于下面公开的具体实施例的限制。
[0016]本专利技术提出了一种磁场能量电源管理电路，该电路主要是对电缆周围捕获的复杂磁场进行处理，能输出稳定直流电。电路的结构框图如图1所示，该磁场能量电源管理电路包括设置在电缆或任意高压输电线1外侧的取能装置，电缆或高压输电线1能够提供工频磁场环境，取能装置包括取能磁芯和取能线圈2，取能线圈2用于收集环境中磁场能并以电能的形式输出；取能线圈后续连接匹配电容C0、前端冲击保护模块4、整流滤波模块5、储能模块6以及稳压模块7。
[0017]其中，取能磁芯为可改变弧度的可调式磁芯，所述可调式磁芯由若干小长方体磁芯组成，相邻两个小长方体磁芯之间能够相对上下移动，将可调式磁芯整体调节成大长方体磁芯、半弧状磁芯或U型磁芯；取能线圈套设在所有的小长方体磁芯外部，且能跟随可调式磁芯改变形状；取能磁芯的弧度可调节，能够更好地贴合在电缆或高压输电线外侧，减小磁芯与电缆或高压输电线间的距离，增大线圈内磁通密度。
[0018]更详细的，匹配电容C0工作原理如图2所示，U
i
等效为取能线圈感应电压，R
s
、L
s
分别为取能线圈等效内阻和感抗，通过电源管理电路等效模型3中的匹配电容C0可利用谐振原理消除线圈自感，提升输出功率，电源管理电路等效模型3中的R0表示后续电路模块的等
效电阻；匹配电容根据取能线圈不同其容值不同，串联匹配电容计算公式为式中，c0表示匹配电容C0的电容值，ω表示磁场角速度，l
s
表示取能线圈的电感。图3为磁场能量电源管理电路的整体结构图，其中，前端冲击保护模块4采用的电路保护器件为瞬态电压抑制二极管TVS，更具体的，TVS钳位电压为5V，该器件具有响应时间短的特点，可在极短时间内反应保护后续电路；整流滤波模块5包括整流部分和滤波部分，整流部分采用单相桥式整流电路，该整流电路效率更高、输出波形更加稳定、体积更小的特点。滤波部分采用π型RC滤波方式，具体采用的元器件为电容C1，该方法可在有效滤波的同时抵抗环境中电磁信号干扰。储能模块6采用耐压值为5.5V、容值为2F的双层超级电容C2，超级电容C2能够储存多余能量的同时解决负载续航问题本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场能量电源管理电路，包括设置在电缆或任意高压输电线外侧的取能装置，电缆或高压输电线用于提供工频磁场环境，取能装置包括取能磁芯和取能线圈，取能线圈用于收集环境中磁场能并以电能的形式输出；其特征在于，取能线圈后续依次串联连接有匹配电容C0、前端冲击保护模块、整流滤波模块、储能模块以及稳压模块，匹配电容C0用于消除线圈自感，前端冲击保护模块用于保护后续电路，整流滤波模块用于滤波和抵抗环境中电磁信号干扰，储能模块用于储存多余能量，稳压模块用于减小纹波电压输出的同时降低外围电路复杂度。2.根据权利要求1所述的磁场能量电源管理电路，其特征在于，所述前端冲击保护模块采用的元器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，李伟，陈忠斌，张巨锋，裴蕴智，
申请(专利权)人：中光华研电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：