[发明专利]一种用于热电能量收集的自供电式接口电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电能量收集电路，具体涉及一种用于热电能量收集的自供电式接口电路。

背景技术

科技迅速发展的今天，微功耗电子器件与系统的应用越来越广泛。微功耗技术的发展使得无线传感节点在大型机械设备、高速交通工具、医疗监测等领域大有作为。然而，目前大部分无线传感器采用电池供电，除带来污染外，也增加了维护的困难性，甚至导致监测结果的不准确。从周围自然环境中获取能量实现自供电是解决这一问题的有效方案。自然环境中存在热能、太阳能、机械能等，热能因实时存在、收集方便、无污染等优点被广泛应用，人体与环境温差产生的热能适合为脑电、肌电、心电等医疗监测系统供电。

对于热电能量收集的研究主要集中在：材料、结构和接口电路。材料主要采用Bi₂Te₃；结构主要采用n型和p型半导体交替排列的二维结构；接口电路主要有开关电感型的DC-DC转换器结构和开关电容型的电荷泵结构。其中，开关电感型DC-DC转换器结构具有转换效率高等优点。

接口电路包括全集成式和带有片外电感、电容的部分集成式。其中，全集成式接口电路具有功耗低、携带方便等优点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术缺点，提供一种用于热电能量收集的自供电式接口电路，能够同时实现自启动和最大能量转换效率、以及自供电，并且实现了单芯片全集成化。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：包括功率级转换模块、mV级电压振荡器、启动管、电压采样模块、基准源、比较器、控制模块、驱动模块、整形模块；

所述的功率级转换模块包括电感L、输出存储电容Csto、P型功率管MP和N型功率管MN；

所述的电感L的一端与热电发生器TEG和mV级电压振荡器的输入端连接，电感L的另一端接启动管Mstart的漏极、N型功率管MN的漏极以及P型功率管MP源极，P型功率管MP的漏极接输出存储电容Csto的一端以及电压采样模块，输出存储电容Csto的另一端接地；

电压采样模块的输出端接与Vout相连的比较器的正相输入端，比较器的反相输入端接基准源的输出端，比较器的输出端接控制模块，控制模块的输出端接驱动模块，驱动模块接P型功率管MP和N型功率管MN的栅极，基准源的输入端接接口电路的输出端Vout；

所述的mV级电压振荡器的输出端与启动管Mstart的栅极相连，且mV级电压振荡器的输出端通过整形模块与控制模块相连。

所述的mV级电压振荡器为射频振荡器。

所述的射频振荡器为科耳皮兹振荡器，该科耳皮兹振荡器包括电感L1、电感L2、电容C1、电容C2以及NMOS管Mf，电感L1的一端接热电发生器TEG的输出Vt，并和NMOS管Mf的栅极连接，电感L1的另一端、NMOS管Mf的漏极以及电容C1的一端接启动管Mstart的栅极以及整形模块，电容C1的另一端接电容C2的一端，电容C2的另一端与电感L2的另一端相连并接地，电感L2的一端接NMOS管Mf的源极，NMOS管Mf的源极接电容C2的一端。

所述的电压采样模块包括相互并联的电容C₃和C₄，电容C₃和C₄的一端通过开关S₂相连，电容C3的一端连接比较器的正极，并通过开关S1与接口电路的输出端Vout相连，电容C₄两端并联有开关S₃。

所述的基准源包括第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第一PNP型三极管Q1、第二PNP型三极管Q2、第三PNP型三极管Q3以及电阻R1和R2；

其中，第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3、第四PMOS管M4的栅极依次连接、源极均接接口电路的输出端Vout，第一PMOS管M1和第二PMOS管M2的漏极分别接第一NMOS管N1和第二NMOS管N2的漏极，且第一PMOS管M1的栅极、第二PMOS管M2的栅极均接第二NMOS管N2的漏极，第一PMOS管M1的漏极接第一NMOS管N1的栅极及第二NMOS管N2的栅极；

第一NMOS管N1的源极接第一PNP型三极管Q1的发射极，第二NMOS管N2的源极通过电阻R1接第二PNP型三极管Q2的发射极；