專利名稱：用于低功耗電路的微安級充放電控制電路及低功耗電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于低功耗電路中的充放電控制電路，特別涉及用于低功耗電路中，達(dá)到微安級的微安級充放電控制電路。同時(shí)，本實(shí)用新型還涉及具有所述微安級充放電控制電路的低功耗電路。
背景技術(shù)：
目前業(yè)界使用的低功耗電路系統(tǒng)普遍使用電池供電。由于電池使用有壽命限制， 因此需要采集外部環(huán)境能量來補(bǔ)償電池，達(dá)到提高電池使用壽命的效果。環(huán)境能量通常包括太陽能、振動能、電磁能等等。環(huán)境能量采集到電路系統(tǒng)中之后，有兩方面的用途，一方面用于微功耗主系統(tǒng)的工作；另一方面用于能量儲存(通常使用電容實(shí)現(xiàn))，備用大功率的應(yīng)用。環(huán)境能量通常都是非常微弱的，從采集機(jī)構(gòu)得到的能量通常是微瓦級。傳統(tǒng)的充放電控制電路，屬于毫安級電流控制，不適用于低功耗的應(yīng)用場合。對于微安級電流的充放電路徑控制，目前業(yè)界還沒有成熟的方案。雖然理論上可以使用現(xiàn)有的納安級低功耗比較器實(shí)現(xiàn)，但是成本較高，只具有理論意義。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提出一種用于低功耗電路的的微安級充放電控制電路，涉及充電路徑控制技術(shù)，是一種極低功耗、極低成本、高可靠性的技術(shù)。本技術(shù)填補(bǔ)了環(huán)境能量采集領(lǐng)域，特別是微安級充放電路徑控制技術(shù)的空缺。另外本實(shí)用新型還提供具有所述微安級充放電控制電路的低功耗電路。本實(shí)用新型提供的用于低功耗電路的微安級充放電控制電路采用的主要技術(shù)方案為包括倍壓整流電路，所述倍壓整流電路接收低功耗電路中電源采集機(jī)構(gòu)輸入的電流， 還包括供電電路以及信號處理電路；所述供電電路包括第一供電支路、第二供電支路、和第三供電支路；所述第一供電支路中串聯(lián)有電池和第三二極管，所述第二供電支路中串聯(lián)有第四二極管，所述第三供電支路中包括場效應(yīng)管和第五二極管以及儲能電容，所述信號處理電路包括低壓差線性穩(wěn)壓器；所述第三二極管、第四二極管和第五二極管的一端與所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端相連，所述第四二極管的另一端與所述倍壓整流電路相連，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端還與所述場效應(yīng)管的源極相連，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端與所述場效應(yīng)管的柵極相連，所述場效應(yīng)管的漏極和第五二極管的另一端共同與所述儲能電容的一端連接，所述儲能電容另一端接地。本實(shí)用新型提供的用于低功耗電路的微安級充放電控制電路還采用如下附屬技術(shù)方案所述信號處理電路還包括第五電容和第六電容，所述第五電容的一端接入所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端、另一端接地，所述第六電容的一端接入所述場效應(yīng)管的柵極、另一端接地，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的接地端接地。[0010]所述電池的一端接地、另一端與所述第三二極管另一端連接。所述第四二極管的另一端與所述倍壓整流電路的輸出相連。所述倍壓整流電路包括瞬態(tài)抑制二極管、第一電容、第二電容、第三電容、穩(wěn)壓二極管、以及橋式整流電路，所述橋式整流電路的3腳與4腳之間連接有所述瞬態(tài)抑制二極管，所述橋式整流電路的2腳和3腳之間連接有所述第一電容，且所述橋式整流電路的2 腳接地，所述橋式整流電路的1腳和3腳之間連接有所述第二電容，所述第三電容的一端與穩(wěn)壓二極管的一端接地、另一端與所述橋式整流電路的1腳一同與所述第四二極管的另一端相連。所述瞬態(tài)抑制二極管的兩端與低功耗電路中的電源采集機(jī)構(gòu)相連，吸收過大的尖峰電流。采用本實(shí)用新型提供的具有微安級充放電控制電路的低功耗電路采用的主要技術(shù)方案為包括電源采集機(jī)構(gòu)，所述電源采集機(jī)構(gòu)與所述倍壓整流電路相連，用于低功耗電路的微安級充放電控制電路包括倍壓整流電路，所述倍壓整流電路接收低功耗電路中電源采集機(jī)構(gòu)輸入的電流，還包括供電電路以及信號處理電路；所述供電電路包括第一供電支路、第二供電支路、和第三供電支路；所述第一供電支路中串聯(lián)有電池和第三二極管，所述第二供電支路中串聯(lián)有第四二極管，所述第三供電支路中包括場效應(yīng)管和第五二極管以及儲能電容，所述信號處理電路包括低壓差線性穩(wěn)壓器；所述第三二極管、第四二極管和第五二極管的一端與所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端相連，所述第四二極管的另一端與所述倍壓整流電路相連，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端還與所述場效應(yīng)管的源極相連，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端與所述場效應(yīng)管的柵極相連，所述場效應(yīng)管的漏極和第五二極管的另一端共同與所述儲能電容的一端連接，所述儲能電容另一端接地。采用本實(shí)用新型提供的用于低功耗電路的微安級充放電控制電路帶來的有益效果為(1)充放電容C4的充電控制由低壓差線性穩(wěn)壓器LDO與場效應(yīng)管VTl構(gòu)成，VTl的柵極(3腳)接在LDO的輸出端(3腳)，VT1的源極G腳)接在LDO的輸入端O腳)。本方案利用LDO輸入與輸出的壓差控制VTl的導(dǎo)通與截止。VT4輸入不足以提供系統(tǒng)主電功耗時(shí)，LDO的輸入與輸出的壓差，不足以打開場效應(yīng)管VT1。當(dāng)VD4的輸出能量足夠驅(qū)動主系統(tǒng)負(fù)載時(shí)，LDO的輸入與輸出的壓差，將足以打開場效應(yīng)管VT1。這時(shí)從環(huán)境能量中采集到的多余的能量將保存在儲能電容C4之中，實(shí)現(xiàn)供電的同時(shí)將多余電能儲存起來。0)3個(gè)供電支路，第一供電支路由電池供電，第二供電支路直接由倍壓整流電路輸入供電，第三支路由儲能電容C4放電供電。3個(gè)供電支路中分別串有第三二極管、第四二極管、第五二極管， 這三個(gè)二極管的特性是輸出電壓高于輸入電壓截止，輸出電壓小于輸入電壓導(dǎo)通。當(dāng)環(huán)境能量電源輸入電壓足夠高時(shí)優(yōu)先使用第四二極管VD4輸出電源。當(dāng)?shù)谒亩O管VD4輸出很小時(shí)，系統(tǒng)比較第三二極管VD3與第五二極管VD5的輸出，當(dāng)充放電容C4充電電壓高于電池電壓時(shí)優(yōu)先使用第五二極管VD5輸出電源。當(dāng)環(huán)境能量與電容儲能均不足時(shí)，才使用電池電源，此時(shí)電源由第三二極管VD3輸出，其他兩路二極管截止。始終保持3個(gè)供電支路中只有1路供電。從而保證負(fù)載供電的持續(xù)，持久。該設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了從外界環(huán)境采集到的微小能量充放電路徑的控制。當(dāng)環(huán)境能量較小時(shí)，環(huán)境能量將只提供給主系統(tǒng)負(fù)載；當(dāng)環(huán)境能量較大時(shí)，除了提供主系統(tǒng)工作之外的多余能量，將被儲存在充放(法拉)電容之中。
圖1為本實(shí)用新型微安級充放電控制電路的電路圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳述如圖1所示，為實(shí)用新型提供的一種用于低功耗電路的微安級充放電控制電路， 包括倍壓整流電路，所述倍壓整流電路接收低功耗電路中電源采集機(jī)構(gòu)輸入的電流，還包括供電電路以及信號處理電路；所述供電電路包括第一供電支路、第二供電支路、和第三供電支路。所述第一供電支路中串聯(lián)有電池BTl和第三二極管VD3，所述第二供電支路中串聯(lián)有第四二極管VD4，所述第三供電支路中包括場效應(yīng)管VTl和第五二極管VD5以及儲能電容C4，所述信號處理電路包括低壓差線性穩(wěn)壓器LD0。所述第三二極管VD3、第四二極管VD4和第五二極管VD5的一端與所述低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的輸入端2腳相連，所述第四二極管VD4的另一端與所述倍壓整流電路相連，所述低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的輸入端2腳還與所述場效應(yīng)管VTl的源極4腳相連，所述低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的輸出端3腳與所述場效應(yīng)管VTl的柵極3腳相連，所述場效應(yīng)管VTl的漏極1腳、2腳、5腳、6腳和第五二極管VD5的另一端共同與所述儲能電容C4的一端連接，所述充放電容C4另一端接地。所述信號處理電路還包括第五電容C5和第六電容C6，所述第五電容C5的一端接入所述低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的輸入端2腳、另一端接地，所述第六電容C6的一端接入所述場效應(yīng)管VTl的柵極3腳、另一端接地，所述低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的接地端1腳接地。 第五電容C5和第六電容C6在這里起到儲能濾波的作用，使用電負(fù)載獲得平滑穩(wěn)定的電壓。所述電池BTl的一端接地、另一端與所述第三二極管VD3另一端連接。電池BTl 作為第二供電支路以外的另一種供電方式。延長整個(gè)供電周期。所述第四二極管的另一端與所述倍壓整流電路的輸出相連。所述倍壓整流電路包括瞬態(tài)抑制二極管VD1、第一電容Cl、第二電容C2、穩(wěn)壓二極管VD2、以及橋式整流電路，所述橋式整流電路的3腳與4腳之間連接有所述瞬態(tài)抑制二極管VD1，所述橋式整流電路的2 腳和3腳之間連接有所述第一電容Cl，且所述橋式整流電路的2腳接地，所述橋式整流電路的1腳和3腳之間連接有所述第二電容C2，所述第三電容C3的一端與穩(wěn)壓二極管VD2的一端接地、另一端與所述橋式整流電路的1腳一同與所述第四二極管VD4的另一端相連。倍壓整流電路的作用是將環(huán)境電壓進(jìn)行整流濾波處理，同時(shí)對電流進(jìn)行倍壓處理后輸出至供電電路。因?yàn)槭墉h(huán)境所限，采集的電壓較低，需要對其進(jìn)行倍壓處理后才可完成后續(xù)工作。所述瞬態(tài)抑制二極管VDl的兩端與低功耗電路中的電源采集機(jī)構(gòu)相連，接收其輸入的電流，瞬態(tài)抑制二極管VDl起到穩(wěn)壓作用，防止瞬間的大電流、高電壓的沖擊。對電路元器件提供保護(hù)。本實(shí)用新型提供的微安級充放電控制電路利用LDO的輸入與輸出的壓差變化，來實(shí)現(xiàn)場效應(yīng)管VTl的導(dǎo)通或截止。導(dǎo)通時(shí)，則在供電的同時(shí)對儲能電容C4進(jìn)行充電。在本實(shí)施例中，LDO采用的的型號為HT7530，場效應(yīng)管VTl采用的型號為Si3443DV。當(dāng)LDO的輸入0腳)與輸出(3腳)的壓差大于0.6v時(shí)，VTl導(dǎo)通，在供電的同時(shí)向充放電容C4進(jìn)行充電。當(dāng)LDO的輸入0腳)與輸出(3腳)的壓差小于0.6v時(shí)，則VTl保持截止。在供電方面，3個(gè)支路中的二極管利用輸出端與輸入端壓差的變化導(dǎo)通或斷開。在一般情況下， 由倍壓整流電路輸入的電流供電，第二供電支路的第四二極管VD4的輸入大于輸出，導(dǎo)通供電，其他兩個(gè)供電之路中的二極管，輸出的電壓大于輸入的電壓保持截止。當(dāng)環(huán)境電源減弱，第四二極管的輸出大于輸入時(shí)截止，此時(shí)另兩個(gè)供電支路中的二極管進(jìn)行比較，當(dāng)儲能電容C4充電電壓高于電池BTl電壓時(shí)優(yōu)先使用第五二極管VD5輸出電源。當(dāng)環(huán)境能量與電容儲能均不足時(shí)，才使用電池電源，此時(shí)電源由第三二極管VD3輸出，其他兩路二極管截止。始終保持3個(gè)供電支路中只有1路供電。從而保證負(fù)載供電的持續(xù)，持久。該設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了從外界環(huán)境采集到的微小能量充放電路徑的控制。當(dāng)環(huán)境能量較小時(shí)，環(huán)境能量將只提供給主系統(tǒng)負(fù)載；當(dāng)環(huán)境能量較大時(shí)，除了提供主系統(tǒng)工作之外的多余能量，將被儲存在儲能(法拉)電容之中。本實(shí)用新型除了提供上述微安級充放電控制電路外，還提供具有上述微安級充放電控制電路的低功耗電路，包括電源采集機(jī)構(gòu)，所述電源采集機(jī)構(gòu)與所述倍壓整流電路相連，將從環(huán)境中采集到的電源輸入倍壓整流電路，由倍壓整流電路對電源進(jìn)行整流濾波、倍壓處理。在本實(shí)施例中，所述電源采集機(jī)構(gòu)為電流互感器。所述低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的輸出端3腳與負(fù)載連接。負(fù)載可視具體環(huán)境而有所不同，比如是單片機(jī)、或遠(yuǎn)距離通信模塊、數(shù)據(jù)處理單元等。采用微安級充放電控制，能夠保證整個(gè)低功耗電路處于長期、穩(wěn)定的工作環(huán)境中，具有長期、穩(wěn)定的供電保證。延長整個(gè)機(jī)構(gòu)的使用壽命。
權(quán)利要求1.用于低功耗電路的微安級充放電控制電路，其特征在于包括倍壓整流電路，所述倍壓整流電路接收低功耗電路中電源采集機(jī)構(gòu)輸入的電流，還包括供電電路以及信號處理電路；所述供電電路包括第一供電支路、第二供電支路、和第三供電支路；所述第一供電支路中串聯(lián)有電池和第三二極管，所述第二供電支路中串聯(lián)有第四二極管，所述第三供電支路中包括場效應(yīng)管和第五二極管以及儲能電容，所述信號處理電路包括低壓差線性穩(wěn)壓器；所述第三二極管、第四二極管和第五二極管的一端與所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端相連，所述第四二極管的另一端與所述倍壓整流電路相連，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端還與所述場效應(yīng)管的源極相連，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端與所述場效應(yīng)管的柵極相連，所述場效應(yīng)管的漏極和第五二極管的另一端共同與所述儲能電容的一端連接，所述儲能電容另一端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微安級充放電控制電路，其特征在于所述信號處理電路還包括第五電容和第六電容，所述第五電容的一端接入所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入端、另一端接地，所述第六電容的一端接入所述場效應(yīng)管的柵極、另一端接地，所述低壓差線性穩(wěn)壓器的接地端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微安級充放電控制電路，其特征在于所述電池的一端接地、另一端與所述第三二極管另一端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微安級充放電控制電路，其特征在于所述第四二極管的另一端與所述倍壓整流電路的輸出相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微安級充放電控制電路，其特征在于所述倍壓整流電路包括瞬態(tài)抑制二極管、第一電容、第二電容、第三電容、穩(wěn)壓二極管、以及橋式整流電路，所述橋式整流電路的3腳與4腳之間連接有所述瞬態(tài)抑制二極管，所述橋式整流電路的2腳和3 腳之間連接有所述第一電容，且所述橋式整流電路的2腳接地，所述橋式整流電路的1腳和 3腳之間連接有所述第二電容，所述第三電容的一端與穩(wěn)壓二極管的一端接地、另一端與所述橋式整流電路的1腳一同與所述第四二極管的另一端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微安級充放電控制電路，其特征在于所述瞬態(tài)抑制二極管的兩端與低功耗電路中的電源采集機(jī)構(gòu)相連，吸收過大的尖峰電流。
7.具有上述權(quán)利要求1-6任一所述微安級充放電控制電路的低功耗電路，包括電源采集機(jī)構(gòu)，其特征在于所述電源采集機(jī)構(gòu)與所述倍壓整流電路相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低功耗電路，其特征在于所述電源采集機(jī)構(gòu)為電流互感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低功耗電路，其特征在于所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端與負(fù)載連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及用于低功耗電路的微安級充放電控制電路及低功耗電路。微安級充放電控制電路充放電容C4的充電控制由低壓差線性穩(wěn)壓器與場效應(yīng)管構(gòu)成，場效應(yīng)管的柵極接在LDO的輸出端，VT1的源極接在LDO的輸入端。本方案利用LDO輸入與輸出的壓差控制VT1的導(dǎo)通與截止。VD4輸入不足以提供系統(tǒng)主電功耗時(shí)，LDO的輸入與輸出的壓差，不足以打開場效應(yīng)管VT1。當(dāng)VD4的輸出能量足夠驅(qū)動主系統(tǒng)負(fù)載時(shí)，LDO的輸入與輸出的壓差，將足以打開場效應(yīng)管VT1。這時(shí)從環(huán)境能量中采集到的多余的能量將保存在儲能電容C4之中，實(shí)現(xiàn)供電的同時(shí)將多余電能儲存起來。
文檔編號H02J7/32GK202026121SQ20112001215
公開日2011年11月2日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者董良, 袁月春 申請人:北京科銳配電自動化股份有限公司