【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能量管理，特别涉及一种自供能无线加速度计节点的能量管理电路，是一种主副储能模块切换并稳定为无线加速度计传感节点供电的电路，主要针对振动能量采集器的输出特性进行匹配和能量收集存储利用。
技术介绍
1、能量采集的目的是收集环境中各种形式的较为微弱的难以直接利用的能量来为电子系统提供可靠的电能供应。能量采集技术避免了传统电池更换难度大，带来环境污染的问题，符合可持续发展理念。振动能量采集器可以将环境中的微弱振动能转换为可以直接利用或者储存的电能。能量采集器较低的输出功率和供电负载的要求，采集器往往无法直接为负载供电。需要能量管理电路来有效存储和适时释放采集的能量。
2、在能量采集的能量管理电路领域，目前存在的主要问题在于能量采集器收集能量受环境因素影响，输出不稳定。可能出现能量采集器收集到的能量少于后端设备的消耗或出现取能高峰期与耗电高峰期不匹配。专利申请号为201410488401.6的专利技术提供了一种微电子器件的能量收集电路，利用n级倍压整流模块对交流信号进行倍压整流得到较高电压的直流信号，利用储能模块将直流信号进行存储，比较模块对储能模块存储的直流电压进行判断，在实现当能量采集器采集得到的能量小于微电子器件的工作电量时，仍然能够对微电子器件进行间歇性供电，但是无法稳定为后级负载供电。专利申请号为201310257373.2的专利技术公开一种道路震动发电装置，通过汽车碾压压电换能器而产生电压，该多倍压整流电路对电压进行多倍升压、整流后，经稳压充电电路为超级电容和可充电电池进行充电，但未涉及完整的放电电路
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种自供能无线加速度计节点的能量管理电路，以能量采集器输出能量为主电源，锂电池为备用电源，实现了在不稳定环境下为后端传感器节点的稳定供电。
2、为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、一种针对振动能量采集的能量管理电路，包括能量采集器1，能量采集器1的线圈交流输出端将电能传输给阻抗匹配电路2，阻抗匹配电路2将能量采集器1内阻和后端的充电电路3和超级电容4进行自动的阻抗匹配，充电电路3对接收的交流电能进行升压整流，输出直流电为超级电容4进行充电，放电电路5的输入端接超级电容4，对超级电容4进行区间放电控制的同时对锂电池6进行放电控制，输出稳定的电压为无线加速度计传感节点7供电，无线加速度计传感节点7包括微控制模块702、传感模块701和无线通信模块703，传感模块701收集加速度信息，经微控制模块702的控制芯片处理后，通过无线通信模块703传输给接收器，接收器作为接收端和pc机采用有线通信方式。
4、具体电路原理为：能量采集器1的交流输出端与自动阻抗匹配电路2的左侧电容相接，调节电容来匹配网络；阻抗匹配电路2由一个固定电感和2个可调电容构成，将充电电路3的输入阻抗与能量采集器1的内阻进行匹配；阻抗匹配电路输出的交流电进入充电电路3的输入端，充电电路3对电能进行升压整流，阻抗匹配电路2输出的交流电在负半周时，经过铝电解电容c6耦合在二极管d1上侧节点，d1导通，其他二极管截止，电容充电至电压vm；当正半周时，d2导通，其他二极管截止，电容c7接收正半周的能量采集器1交流输出和铝电解电容c6上的能量，充电至2vm；同理，后级二极管与铝电解电容实现了电流能量的单向流动，输出一个电压达6vm的直流电，整个电路完成整流升压为超级电容4供电；超级电容4经过可调电阻r2、r3分压后与放电电路5的输入端连接；放电电路5芯片内dc/dc进行电压转换后输出稳定的直流电压为无线加速度计传感节点7供电，与此同时，放电电路5多余的电量通过芯片vstore端为锂电池6供电。
5、所述阻抗匹配电路2采用自动阻抗匹配电路，能量采集器1采用可调的阻抗匹配网络，根据实际输入功率的大小、负载，自动调节阻抗匹配网络来适应阻抗变化，在阻抗匹配电路2中，负载匹配的目标是使得负载能吸收最大的功率，设rs为电源内部阻抗，rl为负载阻抗，当且仅当rl＝rs时，负载获得最大的输出功率，此时的状态为匹配状态。
6、所述充电电路3选用沃尔顿式六倍压整流电路，整流元件中每个电容上的电压不会超过能量采集器1中峰值电压的两倍；二极管选用肖特基二极管，电容选用铝电解电容，将能量采集器1输出的交流的小电压的电能整流升压，使能量可以储存于超级电容4和锂电池6中。
7、所述放电电路5选用亚德诺公司的ltc3106作为电源管理芯片，通过run端口的电阻比值控制超级电容4的放电区间，通过ss1和ss2端口的端口配置，改变电压输出vout，通过os1和os2端口的配置，确定可充电的锂电池6的放电区间，最终实现储能模块的能量释放，将能量转化为适用于无线加速度计传感节点7电压的电能，为后端节点供能；所述储能模块选用0.1f的超级电容4与3.7v可充电的锂电池6，超级电容4作为主电源存储，由充电电路3从能量采集器1采集的能量；锂电池6作为备用电源，在超级电容4输出能量不足电压跌至下阈值电压时，此时经电阻分压的run端电压低于下限电压，超级电容4停止供电，切换锂电池6的高电压锂电池为放电电路5供电，放电电路5输出稳定的直流电压；在能量采集器1采集能量充足时，对锂电池组6中的低电压锂电池进行涓流充电。
8、所述放电电路5在run端设计可调电阻网络，针对振动能量采集器1的输出电压情况，调节电阻网络改变放电区间。
9、所述锂电池6，通过ltc3016的端口配置设置锂电池的充放电上下限区间，采用涓流充电，采用两块锂电池轮流切换供电，当超级电容4电压升高时，此时处于超级电容4充电，锂电池6切换较高电压的锂电池为后端无线加速度计节点7供电；当超级电容4电压降低时，此时超级电容4放电为后端无线加速度计节点7供电，锂电池6切换较低电压的锂电池进行涓流充电。
10、所述无线加速度计传感节点7中微控制模块702选用mcu stm32f103c8、传感模块701选用三轴加速计adxl335、无线通信模块703选用cc2530芯片，无线通信模块703将微控制模块702发送过来的传感数据进行包装，加上数据头和数据尾无线传输给接收器，不改变数据包中间的传感数据，驱动天线发送包装后的加速度信息，接收器作为接收端和pc机采用有线通信方式，通过编程实现无线通信模块703的定时传输。
11、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
12、1、本专利技术通过设计自动的阻抗匹配电路，针对不同电压区间超级电容对包含倍本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，一种针对振动能量采集的能量管理电路，包括能量采集器(1)，能量采集器(1)的线圈交流输出端将电能传输给阻抗匹配电路(2)，阻抗匹配电路(2)将能量采集器(1)内阻和后端的充电电路(3)和超级电容(4)进行自动的阻抗匹配，充电电路(3)对接收的交流电能进行升压整流，输出直流电为超级电容(4)进行充电，放电电路(5)的输入端接超级电容(4)，对超级电容(4)进行区间放电控制的同时对锂电池(6)进行放电控制，输出稳定的电压为无线加速度计传感节点(7)供电，无线加速度计传感节点(7)包括微控制模块(702)、传感模块(701)和无线通信模块(703)，传感模块(701)收集加速度信息，经微控制模块(702)的控制芯片处理后，通过无线通信模块(703)传输给接收器，接收器作为接收端和PC机采用有线通信方式。
2.根据权利要求1所述的一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，包括能量采集器(1)，能量采集器(1)的交流输出端与自动阻抗匹配电路(2)的左侧电容相接，调节电容来匹配网络；阻抗匹配电路(2)由一个固定电感和(2)
3.根据权利要求1所述的一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，所述阻抗匹配电路(2)采用自动阻抗匹配电路，能量采集器(1)采用可调的阻抗匹配网络，根据实际输入功率的大小、负载，自动调节阻抗匹配网络来适应阻抗变化，在阻抗匹配电路(2)中，负载匹配的目标是使得负载能吸收最大的功率，设Rs为电源内部阻抗，RL为负载阻抗，当且仅当RL＝RS时，负载获得最大的输出功率，此时的状态为匹配状态。
4.根据权利要求1所述的一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，所述充电电路(3)选用沃尔顿式六倍压整流电路，整流元件中每个电容上的电压不会超过能量采集器(1)中峰值电压的两倍；二极管选用肖特基二极管，电容选用铝电解电容，将能量采集器(1)输出的交流的小电压的电能整流升压，使能量可以储存于超级电容(4)和锂电池(6)中。
5.根据权利要求1所述的一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，所述放电电路(5)选用亚德诺公司的LTC3106作为电源管理芯片，通过RUN端口的电阻比值控制超级电容(4)的放电区间，通过SS1和SS2端口的端口配置，改变电压输出VOUT，通过OS1和OS2端口的配置，确定可充电的锂电池(6)的放电区间，最终实现储能模块的能量释放，将能量转化为适用于无线加速度计传感节点(7)电压的电能，为后端节点供能；所述储能模块选用0.1F的超级电容(4)与3.7V可充电的锂电池(6)，超级电容(4)作为主电源存储，由充电电路(3)从能量采集器(1)采集的能量；锂电池(6)作为备用电源，在超级电容(4)输出能量不足电压跌至下阈值电压时，此时经电阻分压的RUN端电压低于下限电压，超级电容(4)停止供电，切换锂电池(6)的高电压锂电池为放电电路(5)供电，放电电路(5)输出稳定的直流电压；在能量采集器(1)采集能量充足时，对锂电池组(6)中的低电压锂电池进行涓流充电。
6.根据权利要求1所述的一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，所述放电电路(5)在RUN端设计可调电阻网络，针对振动能量采集器(1)的输出电压情况，调节电阻网络改变放电区间。
7.根据权利要求1所述的一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，所述锂电池(6)，通过LTC3016的端口配置设置了锂电池的充放电上下限区间，采用涓流充电，采用两块锂电池轮流切换供电，当超级电容(4)电压升高时，此时处于超级电容(4)充电，锂电池(6)切换较高电压的锂电池为后端无线加速度计节点(7)供电；当超级电容(4)电压降低时，此时超级电容(4)放电为...
【技术特征摘要】
1.一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，一种针对振动能量采集的能量管理电路，包括能量采集器(1)，能量采集器(1)的线圈交流输出端将电能传输给阻抗匹配电路(2)，阻抗匹配电路(2)将能量采集器(1)内阻和后端的充电电路(3)和超级电容(4)进行自动的阻抗匹配，充电电路(3)对接收的交流电能进行升压整流，输出直流电为超级电容(4)进行充电，放电电路(5)的输入端接超级电容(4)，对超级电容(4)进行区间放电控制的同时对锂电池(6)进行放电控制，输出稳定的电压为无线加速度计传感节点(7)供电，无线加速度计传感节点(7)包括微控制模块(702)、传感模块(701)和无线通信模块(703)，传感模块(701)收集加速度信息，经微控制模块(702)的控制芯片处理后，通过无线通信模块(703)传输给接收器，接收器作为接收端和pc机采用有线通信方式。
2.根据权利要求1所述的一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，包括能量采集器(1)，能量采集器(1)的交流输出端与自动阻抗匹配电路(2)的左侧电容相接，调节电容来匹配网络；阻抗匹配电路(2)由一个固定电感和(2)个可调电容构成，将充电电路(3)的输入阻抗与能量采集器(1)的内阻进行匹配；阻抗匹配电路输出的交流电进入充电电路(3)的输入端，充电电路(3)对电能进行升压整流，阻抗匹配电路(2)输出的交流电在负半周时，经过铝电解电容c6耦合在二极管d1上侧节点，d1导通，其他二极管截止，电容充电至电压vm；当正半周时，d2导通，其他二极管截止，电容c7接收正半周的能量采集器(1)交流输出和铝电解电容c6上的能量，充电至2vm；同理，后级二极管与铝电解电容实现了电流能量的单向流动，输出一个电压达6vm的直流电，整个电路完成整流升压为超级电容(4)供电；超级电容(4)经过可调电阻r2、r3分压后与放电电路(5)的输入端连接；放电电路(5)芯片内dc/dc进行电压转换后输出稳定的直流电压为无线加速度计传感节点(7)供电，与此同时，放电电路(5)多余的电量通过芯片vstore端为锂电池(6)供电。
3.根据权利要求1所述的一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，所述阻抗匹配电路(2)采用自动阻抗匹配电路，能量采集器(1)采用可调的阻抗匹配网络，根据实际输入功率的大小、负载，自动调节阻抗匹配网络来适应阻抗变化，在阻抗匹配电路(2)中，负载匹配的目标是使得负载能吸收最大的功率，设rs为电源内部阻抗，rl为负载阻抗，当且仅当rl＝rs时，负载获得最大的输出功率，此时的状态为匹配状态。
4.根据权利要求1所述的一种针对振动能量采集的能量管理电路，其特征在于，所述充电电路(3)选用沃...
【专利技术属性】
技术研发人员：李运甲，孙玺童，张庆宏，王心怡，王曙东，周丹，蔡玲珑，姜烁，邰彬，马志钦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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