[发明专利]用于能量采集器电路的电池保护电路及方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及用于搜集或采集非常低水平的能量的能量采集器(例如，振动能量采集器)，且更特定来说涉及用于保护其中存储经采集能量的电池或超级电容器的电路及方法。

本发明还涉及用于防止对DC-DC转换器电路或从能量采集器的输出接收能量的其它电力管理电路中的电感器及/或其它电路组件的浪涌电流损坏的电路及方法。

背景技术

已开发出需要极低量的操作电流的各种非常低功率(即，“纳米功率”)的集成电路，其可由从环境太阳能能源、振动能源、热能源及/或生物能源通过微能量采集装置采集或搜集且接着存储在电池或超级电容器中的非常小量的电力供电。(如本文中所使用，术语“微功率”意在涵盖汲取小于约1微安培的DC电流的电路及/或电路组件)。从采集器得到的能量的量通常是小的且不可预测，所以当来自采集器的能量不可用或不充足时，在这些应用中通常需要中间能量存储器以提供系统电力需要。锂电池或超级电容器通常用于此中间能量存储器。

图1展示包括在导体3上产生DC电压V_hrv的能量采集器2的电路1，导体3连接到大滤波电容器C0的一个端子且连接到常规升压转换器7-1的输入。升压转换器7-1包括耦合在V_hrv与导体4之间的电感器L0，电感器L0连接到开关S0的一个端子且连接到二极管D0的阳极。开关S0的另一端子连接到接地。二极管D0的阴极通过导体5连接到电池或超级电容器6的(+)端子。

用于能量采集器2的合适的电力管理电路控制开关S0以在可从采集器2得到能量时提供对电池/超级电容器6的充电(如果电池/超级电容器6未被充满到其最大或充满电压V_BAT(max)。(对于典型的锂电池来说，V_BAT(max)为4.5伏。)

如果电池6被充满到V_BAT(max)，那么进一步充电可将其永久损坏。在图1的未受保护的系统中，不存在防止来自采集器2的电流使电池/超级电容器6过度充电的事物。然而，应将由采集器2产生的输出电压V_hrv限制到低于V_BAT(max)的值以防止电池/超级电容器的损坏。此外，此V_hrv的限制应防止由已充电的滤波电容器C0供应的浪涌电流损坏电路组件，例如电感器L0及/或电力管理电路中的其它电路组件。

发明内容

本发明的实施例提供用于将经采集电压(V_hrv)转换为施加到能量存储装置(6)的输出电压(V_BAT)的电力管理电路(7-2、3、4)，其包括电感器(L0)，所述电感器(L0)具有经耦合以接收经采集电压(V_hrv)的第一端子(3)及耦合到第一开关(S0)的第一端子的第二端子。所述电力管理电路在能量存储装置未被充满的情况下将由能量采集器(2)产生的电流传送到能量存储装置且在能量存储装置被充满的情况下将电流进行分流而远离所述能量存储装置(6)以避免使其过度充电。

在一个实施例中，本发明提供一种能量采集系统(10-1、2、3)，其包括用于产生经采集电压(V_hrv)的能量采集器(2)及用于将经采集电压(V_hrv)转换为输出电压(V_BAT)的能量管理电路(7-2、3、4)。所述能量管理电路(7-2、3、4)包括电感器(L0)，所述电感器(L0)具有经耦合以接收经采集电压(V_hrv)的第一端子(3)及耦合到第一开关(S0)第一端子的第二端子(4)。能量存储装置(6)经耦合以接收输出电压(V_BAT)。能量管理电路(7-2、3、4)中的保护电路(图2中的S0a、R_S；图3、4中的S1、R_S、15-1、2)在能量存储装置(6)被充满的情况下将由能量采集器(2)产生的电流进行分流而远离能量存储装置(6)。能量管理电路(7-2、3、4)包括耦合到第一开关(S0)的控制端子的控制电路(15-1、2)。