自全式智能傳感器電源管理電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電源管理電路的改進(jìn)，具體地是涉及一種自全式智能傳感器電源管理電路；在環(huán)境監(jiān)測、健康護(hù)理、軍事等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對于用電安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，人們對大功率用電設(shè)備的需求不斷增加，因用電過量而引起的電火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，因此對電線狀態(tài)的監(jiān)測變得尤為重要。
[0003]隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，小體積、低功耗的無線傳感器節(jié)點(diǎn)在環(huán)境監(jiān)測、健康護(hù)理、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。采用無線傳感節(jié)點(diǎn)對電線狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行無線傳輸，可實(shí)現(xiàn)用電安全實(shí)時(shí)監(jiān)控。傳統(tǒng)的方法采用的電池對無線傳感器供電，但電池自身攜帶能量有限，不能滿足長期工作的需求，在嚴(yán)酷環(huán)境或者人類無法到達(dá)的場合，電池更換非常困難。采集環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)無線傳感器的自供能，可以有效地解決電池更換難的問題。
[0004]目前，自供能技術(shù)普遍采用的環(huán)境能量有太陽能、風(fēng)能、機(jī)械能、電磁能等，而空間電磁場普遍存在于自然界的各個(gè)角落，是自供電無線傳感器的潛在能源。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器電源管理系統(tǒng)功能低級(jí)、自供電性能差、不能長期滿足供電，參考中國發(fā)明專利，專利號(hào)為200710117796.9，其公開了一種傳感器節(jié)點(diǎn)能量管理系統(tǒng)包括開關(guān)切換電路、充電電路、穩(wěn)壓電路、升壓電路、單片機(jī)及A/D轉(zhuǎn)換電路。太陽能光伏電池輸出的能量通過充電電路和穩(wěn)壓電路向鋰離子電池充電并為傳感器節(jié)點(diǎn)、單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換電路供電；同時(shí)，太陽能光伏電池背面粘貼的溫差電池通過升壓電路直接向超級(jí)電容器充電。單片機(jī)電路控制A/D轉(zhuǎn)換器定時(shí)檢測超級(jí)電容器兩端電壓，當(dāng)超級(jí)電容器兩端電壓等于超級(jí)電容器的耐壓值2.7V時(shí)，單片機(jī)則打開開關(guān)切換電路，超級(jí)電容器經(jīng)升壓電路后和太阻能光伏電池并聯(lián)向鋰離子電池充電。
[0006]傳統(tǒng)的電源管理電路采用橋式整流電路和控制電路結(jié)合，對電能進(jìn)行存儲(chǔ)；為了增加儲(chǔ)能電容的存儲(chǔ)能量，使用調(diào)理電路和DC-DC電路將管理電路的輸出電壓提高到
3.3V，采用匹配電路和倍壓電路使管理電路的輸出電壓達(dá)到無線傳感節(jié)點(diǎn)的額定工作電壓，提出一種自適應(yīng)算法調(diào)整轉(zhuǎn)換器占空比來提高能量采集管理電路的輸出功率。然而，電線周圍交變的電磁場頻率為低頻50Hz，受換能器線圈電感體積的限制，傳統(tǒng)方法的管理電路品質(zhì)因數(shù)很低，在弱電磁能量密度環(huán)境中電路的輸出功率不足以驅(qū)動(dòng)無線傳感節(jié)點(diǎn)正常工作。
[0007]因此，有必要設(shè)計(jì)一種高品質(zhì)因數(shù)的電源管理電路，使電路足以驅(qū)動(dòng)電子負(fù)載正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明就是針對上述問題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自全式智能傳感器電源管理電路，高品質(zhì)因數(shù)的電源管理電路，具有高的輸出功率和能量采集效率，使電路足以驅(qū)動(dòng)電子負(fù)載正常工作。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0010]本發(fā)明自全式智能傳感器電源管理電路包括線圈換能器、電源管理電路，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:空間電磁場將交變的電磁場能量送給線圈換能器，線圈換能器將電磁場能量轉(zhuǎn)換為電能，然后將電能輸送給上變頻匹配電路，上變頻匹配電路與儲(chǔ)能電路相連接，儲(chǔ)能電路與控制電路相互連接，最后再與穩(wěn)壓輸出電路連接，控制電路啟動(dòng)穩(wěn)壓輸出電路使超級(jí)電容放電，電量輸送給溫度、電流傳感器和驅(qū)動(dòng)無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)工作；PC機(jī)與主節(jié)點(diǎn)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示，可實(shí)現(xiàn)用電狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0011]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述線圈換能器由磁芯和繞制在其上的漆包線組成，當(dāng)電線中流通交流電時(shí)，套在電線周圍的線圈可以感受交變的磁場并輸出電能。
[0012]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述電源管理電路由上變頻匹配電路、AC/DC整流電路、存儲(chǔ)電路、控制電路和穩(wěn)壓輸出電路組成。電路經(jīng)過頻率上變換、匹配后整流輸出，將電能存儲(chǔ)在超級(jí)電容中。當(dāng)超級(jí)電容兩端電壓達(dá)到預(yù)設(shè)門限電壓時(shí)，控制電路啟動(dòng)穩(wěn)壓電路工作，將存儲(chǔ)在超級(jí)電容中的能量釋放，驅(qū)動(dòng)無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)工作。
[0013]作為本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案，所述上變頻匹配電路由變壓器、雙向開關(guān)和匹配電容組成，雙線圈換能器與匹配電容分別形成變壓器的初級(jí)回路和次級(jí)回路。變壓器的初級(jí)回路設(shè)置了一個(gè)雙向開關(guān)、一個(gè)控制電路控制開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，通過開關(guān)導(dǎo)通和斷開時(shí)間內(nèi)電感與電容之間的震蕩，實(shí)現(xiàn)頻率上變換。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明針對管理電路品質(zhì)因數(shù)很低，存儲(chǔ)在超級(jí)電容中的能量不足以驅(qū)動(dòng)小體積的自全式智能傳感器工作的問題，提出了一種自全式智能傳感器電源管理電路，其中包括的上變頻電源管理電路提高了超級(jí)電容的充電功率。通過提高電路的工作頻率來減小諧振電容值，增加電路的品質(zhì)因數(shù)，使電路在微弱的環(huán)境能量中產(chǎn)生較高的輸出功率，提高能量采集效率。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明自全式智能傳感器電源管理電路的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明自全式智能傳感器電源管理電路的電路原理圖。
[0017]其中，1為空間電磁場、2為線圈換能器、3為上變頻匹配電路、4為儲(chǔ)能電路、5為控制電路、6為穩(wěn)壓輸出電路、7為溫度、電流傳感器、8為無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)、9為PC機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，為本發(fā)明自全式智能傳感器電源管理電路的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，包括線圈換能器2、電源管理電路；空間電磁場1將交變的電磁場能量送給線圈換能器2，線圈換能器2將電磁場能量轉(zhuǎn)換為電能，然后將電能輸送給上變頻匹配電路3，上變頻匹配電路3與儲(chǔ)能電路4相連接，儲(chǔ)能電路4與控制電路5相互連接，最后再與穩(wěn)壓輸出電路6連接，控制電路5啟動(dòng)穩(wěn)壓輸出電路6使超級(jí)電容放電，電量輸送給溫度、電流傳感器7和驅(qū)動(dòng)無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)8工作；PC機(jī)9與主節(jié)點(diǎn)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示，可實(shí)現(xiàn)用電狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.自全式智能傳感器電源管理電路，包括線圈換能器2、電源管理電路，其特征在于:空間電磁場(1)將交變的電磁場能量送給線圈換能器(2)，線圈換能器(2)將電磁場能量轉(zhuǎn)換為電能，然后將電能輸送給上變頻匹配電路(3)，上變頻匹配電路(3)與儲(chǔ)能電路(4)相連接，儲(chǔ)能電路(4)與控制電路(5)相互連接，最后再與穩(wěn)壓輸出電路(6)連接，控制電路(5)啟動(dòng)穩(wěn)壓輸出電路(6)使超級(jí)電容放電，電量輸送給溫度、電流傳感器(7)和驅(qū)動(dòng)無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)(8)工作；PC機(jī)(9)與主節(jié)點(diǎn)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示，可實(shí)現(xiàn)用電狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自全式智能傳感器電源管理電路，其特征在于:所述線圈換能器(2)由磁芯和繞制在其上的漆包線組成，當(dāng)電線中流通交流電時(shí)，套在電線周圍的線圈可以感受交變的磁場并輸出電能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自全式智能傳感器電源管理電路，其特征在于:所述電源管理電路由上變頻匹配電路(3 )、AC/DC整流電路、存儲(chǔ)電路(4 )、控制電路(5 )和穩(wěn)壓輸出電路(6)組成；電路經(jīng)過頻率上變換、匹配后整流輸出，將電能存儲(chǔ)在超級(jí)電容中；當(dāng)超級(jí)電容兩端電壓達(dá)到預(yù)設(shè)門限電壓時(shí)，控制電路啟動(dòng)穩(wěn)壓電路工作，將存儲(chǔ)在超級(jí)電容中的能量釋放，驅(qū)動(dòng)無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)工作。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自全式智能傳感器電源管理電路，其特征在于:所述上變頻匹配電路(3)由變壓器、雙向開關(guān)和匹配電容組成，雙線圈換能器與匹配電容分別形成變壓器的初級(jí)回路和次級(jí)回路；變壓器的初級(jí)回路設(shè)置了一個(gè)雙向開關(guān)、一個(gè)控制電路控制開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，通過開關(guān)導(dǎo)通和斷開時(shí)間內(nèi)電感與電容之間的震蕩，實(shí)現(xiàn)頻率上變換。
【專利摘要】自全式智能傳感器電源管理電路。本發(fā)明提供一種自全式智能傳感器電源管理電路，高品質(zhì)因數(shù)的電源管理電路，具有高的輸出功率和能量采集效率，使電路足以驅(qū)動(dòng)電子負(fù)載正常工作。本發(fā)明自全式智能傳感器電源管理電路包括線圈換能器、電源管理電路，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：空間電磁場將交變的電磁場能量送給線圈換能器，線圈換能器將電磁場能量轉(zhuǎn)換為電能，然后將電能輸送給上變頻匹配電路，上變頻匹配電路與儲(chǔ)能電路相連接，儲(chǔ)能電路與控制電路相互連接，最后再與穩(wěn)壓輸出電路連接，控制電路啟動(dòng)穩(wěn)壓輸出電路使超級(jí)電容放電，電量輸送給溫度、電流傳感器和驅(qū)動(dòng)無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)工作；PC機(jī)與主節(jié)點(diǎn)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示，可實(shí)現(xiàn)用電狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【IPC分類】H02J7/34
【公開號(hào)】CN105322635
【申請?zhí)枴緾N201410372213
【發(fā)明人】惠鐵軍
【申請人】惠鐵軍
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2014年7月31日