[发明专利]一种传感器电源管理电路

说明书

技术领域

本发明属于电学领域，具体的是涉及一种传感器电源管理电路。

背景技术

近年来，人们对大功率用电设备的需求不断增加，因用电过量而引起的电火灾时有发生，因此对电线状态的监测变得尤为重要。传统的方法采用的电池对无线传感器供电，但电池自身携带能量有限，不能满足长期工作的需求，在严酷环境或者人类无法到达的场合，电池更换非常困难。在用电安全监测中，电线电流、温度是需要采集和观测的主要参数，传感器的数据采集和传输需要电源，用电磁式线圈换能器采集电线周围交变的电磁场能量并转换为电能，为无线传感器的传感和数据发射提供电源，可自主实现用电安全监测。由于小体积线圈换能器的输出功率无法直接驱动无线传感器节点正常工作，因此需要电源管理电路对采集到的电能进行存储和释放。采集环境中的能量转换为电能，实现无线传感器的自供能，可以有效地解决电池更换难的问题。目前，自供能技术普遍采用的环境能量有太阳能、风能、机械能、电磁能等，而空间电磁场普遍存在于自然界的各个角落，是自供电无线传感器的潜在能源。传统的电源管理电路采用桥式整流电路和控制电路结合，对电能进行存储；采用匹配电路和倍压电路使管理电路的输出电压达到无线传感节点的额定工作电压；提出一种自适应算法调整转换器占空比来提高能量采集管理电路的输出功率。然而，受换能器线圈电感体积的限制，传统方法的管理电路品质因数很低，在弱电磁能量密度环境中电路的输出功率不足以驱动无线传感节点正常工作。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种电磁能量采集电源管理电路。通过提高电路的工作频率，减小谐振电容，使高品质因数的管理电路具有高的输出功率和能量采集效率的一种传感器电源管理电路。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括上变频匹配电路、A/D转换器、储能电路、放大器、控制器、稳压器、信号处理器、无线通信装置、温度传感器、无线收发节点，其结构要点是：控制器的输入端口与上变频匹配电路、放大器、信号处理器、无线通信装置相连，控制器的输出端口与A/D转换器、温度传感器、无线收发节点相连；A/D转换器的输出端口与储能电路相连、储能电路还与稳压器相连。

作为本发明的一种优选方案，所述的控制器为单片机。

本发明有益效果。

本发明弱电磁场激励情况下，存储在超级电容中的能量不足以驱动小体积的自全式智能传感器工作的问题，设计了一种上变频电源管理电路，提高超级电容的充电功率。通过提高电路的工作频率来减小谐振电容值，增加电路的品质因数，使电路在微弱的环境能量中产生较高的输出功率，提高能量采集效率。实验表明，当电线中流通1A的交流电时，用线圈采集电线周围电磁场能量，使高品质因数的管理电路具有高的输出功率和能量采集效率。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

具体实施方式

如图所示，本发明包括上变频匹配电路、A/D转换器、储能电路、放大器、控制器、稳压器、信号处理器、无线通信装置、温度传感器、无线收发节点，其结构要点是：控制器的输入端口与上变频匹配电路、放大器、信号处理器、无线通信装置相连，控制器的输出端口与A/D转换器、温度传感器、无线收发节点相连；A/D转换器的输出端口与储能电路相连、储能电路还与稳压器相连。

所述的控制器为单片机。

小体积、低功耗的自全式智能传感系统用线圈换能器采集电线周围交变的电磁场能量并将电磁能转换为电能，经电源管理电路实现电能的存储和释放。当储能电路中超级电容能量积累到一定程度，控制电路启动稳压输出电路使超级电容放电，驱动无线收发节点工作。无线收发节点将传感器采集到的电线电流、温度参数发送到主节点。用线圈采集电线周围电磁场能量并转换为电能，经管理电路为无线传感节点供电。传统的线圈换能器由磁芯和绕制在其上的漆包线组成，当电线中流通交流电时，套在电线周围的线圈可以感受交变的磁场并输出电能。线圈换能器的输出电压与匝数和电线电流成正比。在小电流情况下，电线周围电磁场能量密度较低，为了增加线圈的输出电压，传统方法采用增加线圈匝数来实现，但不利于传感器的小型化。在换能器电源管理电路上进行改进，通过提高管理电路的品质因数，可以使电路产生较高的输出功率。