一种基于超级电容的电源供应系统，能量检测模块实时检测超级电容当前的电量信息，充电管理模块检测到无线传能传递的电能时向MCU发出充电请求信号；MCU从能量检测模块获取超级电容当前的电量信息，当电量小于阈值时，MCU控制充电管理模块为超级电容充电；超级电容与电源管理模块相连，MCU集成有无线通信功能，电源管理模块输出稳定电压和可变电压，稳定电压作为MCU的工作电压，可变电压为外接用电设备供电。通过采用超级电容作为需要长期工作的电源供电系统的储能元件，并分两路为固定电压和可变电压的负荷供电，大幅度提高了电源效率，采用无线传能的方式进行充电，解决了植入式医疗设备或者不能直接接触需要长期工作的设备长期供电的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电源供应系统，特别涉及一种植入式医疗设备或者不能直接接触需要长期工作设备的电源供应系统。
技术介绍
植入式医疗设备或者不能直接接触需要长期工作的设备，其电源成为限制其寿命的关键因素。在这类设备中，由于设备无法直接接触，投入使用之后，更换比较困难，当电源供应系统无法工作时，设备就无法继续使用。对于植入式医疗设备，其电源供应系统无法使用时，病人就只能再次进行手术，给病人带来二次痛苦和手术危险，又加重了病人的经济负担。因此，为植入式医疗设备提供长 期稳定的供电是亟待解决的问题。在实现本专利技术的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足I)在植入式医疗设备或者不能直接接触需要长期工作设备的电源供应系统中，电能变换所用元件的寿命都比较长，限制电源供应系统寿命的是电能存储元件，电能存储元件电能耗尽或者老化都将无法继续使用；2)许多植入式医疗设备需要两种电源同时供电一种为固定电压,例如MCU的工作电压；另一种为可变电压，例如刺激信号的输出。直接采用法拉电容作为电源时电压是不稳定的，因而常常采用先从法拉电容输入电压再稳定成固定电压为MCU供电，再从为MCU供电的固定电压变换到预设的可变电压。由于经过了两次电压变换，导致电源系统的效率大幅度降低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于超级电容的电源供应系统，本专利技术解决了植入式医疗设备或者不能直接接触需要长期工作的设备长期供电的问题，并且提高了电源系统的效率，详见下文描述一种基于超级电容的电源供应系统，包括充电管理模块、超级电容、能量检测模块、MCU和电源管理模块；所述能量检测模块实时检测所述超级电容当前的电量信息，所述充电管理模块检测到无线传能传递的电能时向所述MCU发出信号；所述MCU从所述能量检测模块获取电量信息，当所述电量小于阈值时，所述MCU控制所述充电管理模块为所述超级电容充电；所述超级电容与所述电源管理模块相连，所述MCU集成有无线通信功能，所述电源管理模块输出稳定电压Vott和可变电压Vvak,所述稳定电压Votjt作为所述MCU的工作电压,所述可变电压Vvak为外接用电设备供电；其中，所述电源管理模块包括第一桥式斩波电路、第二桥式斩波电路、第一电压反馈电路、第二电压反馈电路、PWM逻辑控制电路、时钟发生电路、电压误差放大电路和滤波电路，可变参考电压通过Vc端与所述MCU相连，所述MCU输出占空比可调的波形，波形经过所述滤波电路变为恒定的电压，作为所述电压误差放大电路的可变参考电压；所述时钟发生电路为所述PWM逻辑控制电路提供时钟，所述PWM逻辑控制电路根据时钟和所述电压误差放大电路的信号产生PWM波形，通过分别控制所述第一桥式斩波电路和所述第二桥式斩波电路的四个开关管的开断，使得所述第一桥式斩波电路和所述第二桥式斩波电路工作在升压、升降压和降压三种状态；所述第一桥式斩波电路和所述第二桥式斩波电路输出所述稳定电压Vott和所述可变电压Vvak ;所述第一电压反馈电路和所述第二电压反馈电路将输出端的电压经过分压反馈至所述电压误差放大电路。所述开关管具体为MOS管。所述MCU通过外接睡眠端使得所述电源管理模块可以工作在休眠模式。所述充电管理模块包括电能耦合模块、整流滤波模块和恒流充电模块， 所述电能耦合模块与无线传能的发射端相匹配并接收电能，经过所述整流滤波电路将接收到的电能变成直流电，然后通过所述恒流充电模块为所述超级电容提供恒流充电方式。所述MCU具体为集成有无线通信功能的微功耗控制器。所述可变电压Vvak的电压值持续大于所述稳定电压Vott的电压值。本专利技术提供的技术方案的有益效果是通过采用超级电容作为需要长期工作的电源供电系统的储能元件，采用无线传能的方式进行充电，解决了植入式医疗设备或者不能直接接触需要长期工作的设备供电的问题；电源管理模块通过输出稳定电压实现对MCU的供电；通过输出可控电压实现对外接用电设备供电，且电压范围较宽；本专利技术安全、无污染，在生产的各个阶段对环境无污染；无线充电，且充电速度特别快，使用过程中能够充电；体积小，功率密度大，无需担心电能耗竭；由于固定输出电压和可变输出电压分开供电，特别是可变输出电压供电能量远大于固定输出电压供电能量时可以大幅度提高电源效率，避免常规的二次电压变换所造成的损失，延长了各种长期工作设备的寿命。附图说明图I为本专利技术的工作示意图；图2为本专利技术的系统结构图；图3为本专利技术的充电管理模块原理框图；图4为本专利技术的电源管理模块电路设计图。附图中所列部件列表如下所示I:充电管理模块；2:超级电容；3:能量检测模块；4:MCU;5 电源管理模块；6 电能稱合模块；7:整流滤波模块；8:恒流充电模块；9:第一桥式斩波电路； 10:第一电压反馈电路；11 :第一门极驱动电路； 12 =PWM逻辑控制电路；13:时钟发生电路；14:电压误差放大电路；15:第二电压反馈电路； 16:滤波电路；17:第二门极驱动电路； 18:第二桥式斩波电路；Vqut :稳定电压；Vvak :可变电压；Vkef :参考电压；Vc :可变参考电压控制端；Sleep :睡眠端。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。超级电容(Super-capacitor), 又叫双电层电容(ElectricDouble-IayerCapacitor)、黄金电容或法拉电容,是一种新型的储能装置。超级电容产品的原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染；超级电容采用物理方式存储大量电能，不存在泄漏的危险，安全系数高，长期使用免维护；超级电容还具有高循环次数和远高于一般电池寿命的特点，深度充放电循环次数可高达50万次，且无记忆效应，寿命一般 可达10年以上；超级电容的功率密度高，工作温度范围宽，充电速度快，充电10秒 10分钟可达到其额定容量的95%以上；超级电容电量与电压成线性关系，电量检测方便。超级电容作为需要长期工作的电源供电系统的储能元件具有不可比拟的优势。为了解决植入式医疗设备或者不能直接接触需要长期工作的设备长期供电的问题，并且提高电源系统的效率，本专利技术实施例提出了一种基于超级电容的电源供应系统，包括充电管理模块I、超级电容2、能量检测模块3、集成有无线通信功能的MCU4和电源管理模块5 ；能量检测模块3实时检测超级电容2当前的电量信息，充电管理模块I检测到无线传能传递的电能时向MCU4发出信号；MCU4从能量检测模块3获取电量信息，当电量小于阈值时，MCU4控制充电管理模块I为超级电容2充电；超级电容2与电源管理模块5相连，电源管理模块5输出稳定电压Votjt和可变电压Vvak,稳定电压Votjt作为MCU4的工作电压,可控电压Vvak为外接用电设备供电；其中，电源管理模块5包括第一桥式斩波电路9、第二桥式斩波电路18、第一电压反馈电路10、第二电压反馈电路15、PWM逻辑控制电路12、时钟发生电路13、电压误差放大电路14和滤波电路16， 可变参考电压通过Vc端与MCU4相连，MCU4输出占空比可调的波形，波形经过滤波电路16变为恒定的电压，作为电压误差放大电路14的可变参考电压；时钟发生电路13为PWM逻辑控制电路12提供时钟，PWM逻辑控制电路12根据时钟和电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于超级电容的电源供应系统，包括：充电管理模块（1）、超级电容（2）、能量检测模块（3）、MCU（4）和电源管理模块（5）；所述能量检测模块（3）实时检测所述超级电容（2）当前的电量信息，所述充电管理模块（1）检测到无线传能传递的电能时向所述MCU（4）发出信号；所述MCU（4）从所述能量检测模块（3）获取电量信息，当所述电量小于阈值时，所述MCU（4）控制所述充电管理模块（1）为所述超级电容（2）充电；所述超级电容（2）与所述电源管理模块（5）相连，其特征在于，所述MCU（4）集成有无线通信功能，所述电源管理模块（5）输出稳定电压VOUT和可变电压VVAR，所述稳定电压VOUT作为所述MCU（4）的工作电压，所述可变电压VVAR为外接用电设备供电；其中，所述电源管理模块（5）包括：第一桥式斩波电路（5）、第二桥式斩波电路（18）、第一电压反馈电路（10）、第二电压反馈电路（15）、PWM逻辑控制电路（12）、时钟发生电路（13）、电压误差放大电路（14）和滤波电路（16），可变参考电压通过VC端与所述MCU（4）相连，所述MCU（4）输出占空比可调的波形，波形经过所述滤波电路（16）变为恒定的电压，作为所述电压误差放大电路（14）的可变参考电压；所述时钟发生电路（13）为所述PWM逻辑控制电路（12）提供时钟，所述PWM逻辑控制电路（12）根据时钟和所述电压误差放大电路（14）的信号产生PWM波形，通过分别控制所述第一桥式斩波电路（9）和所述第二桥式斩波电路（18）的四个开关管的开断，使得所述第一桥式斩波电路（9）和所述第二桥式斩波电路（18）工作在升压、升降压和降压三种状态；所述第一桥式斩波电路（9）和所述第二桥式斩波电路（18）输出所述稳定电压VOUT和所述可变电压VVAR；所述第一电压反馈电路（10）和所述第二电压反馈电路（15）将输出端的电压经过分压反馈至所述电压误差放大电路（14）。...
【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容的电源供应系统，包括充电管理模块(I)、超级电容(2)、能量检测模块(3)、MCU (4)和电源管理模块(5);所述能量检测模块(3)实时检测所述超级电容(2)当前的电量信息，所述充电管理模块(I)检测到无线传能传递的电能时向所述MCU (4)发出信号；所述MCU (4)从所述能量检测模块(3)获取电量信息，当所述电量小于阈值时，所述MCU (4)控制所述充电管理模块(I)为所述超级电容(2)充电；所述超级电容(2)与所述电源管理模块(5)相连，其特征在于， 所述MCU (4)集成有无线通信功能，所述电源管理模块(5)输出稳定电压Vott和可变电压Vvak，所述稳定电压Votit作为所述MCU (4)的工作电压，所述可变电压Vvak为外接用电设备供电；其中， 所述电源管理模块(5)包括第一桥式斩波电路(5)、第二桥式斩波电路(18)、第一电压反馈电路(10)、第二电压反馈电路(15)、PWM逻辑控制电路(12)、时钟发生电路(13)、电压误差放大电路(14)和滤波电路(16)， 可变参考电压通过Vc端与所述MCU (4)相连，所述MCU (4)输出占空比可调的波形，波形经过所述滤波电路(16)变为恒定的电压，作为所述电压误差放大电路(14)的可变参考电压；所述时钟发生电路(13)为所述PWM逻辑控制电路(12)提供时钟，所述PWM逻辑控制电路(12)根据时钟和所述电压误差放大电路(14)的信号产生PWM波形，通...
【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，熊慧，付亚涛，林凌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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