一种负自举电路、微能量设备及其控制方法与流程

1.本技术属于弱能量采集领域，尤其涉及一种负自举电路、微能量设备及其控制方法。


背景技术：

2.在弱能量采集领域，能量使用效率很低，以按压采集电路为例，通过按压得到微能量交流电，进而根据微能量交流电生成微能量电压，以一个周期来看，从0v到最高点，最高点的微能量电压由储能电容大小决定。在0v升至2v期间，存储在电容里的电荷无法利用，芯片(包括微处理器和射频芯片)是无法工作的。故需要采用自举电路进行倍压，以提高能量使用效率。
3.相关技术方案采用正自举电路，即系统电容的一端作为自举电压的正极，芯片电容的一端作为自举电压的负极，这种自举方式需要配置二极管以防止电流倒灌，同时连通自举电压和芯片电容需要多个开关管，由于多个开关管和二极管的pn结的阻抗的作用导致自举电压的压降较大，从而易引起自举电路失效。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种负自举电路、微能量设备及其控制方法，旨在解决相关技术所存在的多个开关管和二极管的pn结的阻抗的作用导致自举电压的压降较大，从而易引起自举电路失效的问题。
5.为解决上述技术问题，本技术实施例采用的技术方案是：
6.本技术实施例提供一种负自举电路，包括射频组件、第一储能组件、第二储能组件、第三储能组件、第一开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管；
7.所述第一开关管的栅极连接至所述负自举电路的第一控制端，所述第三开关管的栅极和所述第四开关管的栅极共同连接至所述负自举电路的第二控制端，所述第五开关管的栅极和第六开关管的栅极共同连接至所述负自举电路的第三控制端，所述第一储能组件的正极与所述第一开关管的漏极以及所述射频组件的电源端连接，所述第一开关管的源极与所述第三开关管的漏极、所述第五开关管的漏极以及所述第三储能组件的正极连接，所述第三开关管的源极与所述第四开关管的源极以及所述第二储能组件的正极连接，所述第五开关管的源极、所述第六开关管的源极、所述第二储能组件的负极以及所述射频组件的接地端共接于信号地；所述第四开关管的漏极、所述第六开关管的漏极、所述第一储能组件的负极以及所述第三储能组件的负极共接于电源地。
8.本技术实施例还提供一种微能量设备，包括上述的负自举电路。
9.本技术实施例还提供一种上述的负自举电路的控制方法，包括：
10.输入第一控制信号、第三控制信号和第六控制信号，第一开关管根据所述第一控制信号连通第一储能组件和第三储能组件以使第三储能组件根据所述第一储能组件输出的供电电压进行充电并生成第三电压，第六开关管根据第六控制信号连通第二储能组件的
负极和电源地，且第三开关管根据第三控制信号连通第二储能组件和第一开关管以使所述第二储能组件根据所述供电电压进行充电并生成第二电压；
11.输入第二控制信号、第四控制信号以及第五控制信号，所述第一开关管根据第二控制信号截止，且所述第三开关管根据第四控制信号截止，所述第六开关管根据第五控制信号截止，第四开关管根据第四控制信号连通所述第一储能组件的负极和所述第二储能组件的正极以使所述第一储能组件和所述第二储能组件串联并生成自举电压；
12.射频组件根据所述自举电压和数据信号生成无线通信信号且从无线链路发送所述无线通信信号。
13.本技术提供的技术方案带来的有益效果是：通过第一开关管的栅极连接至负自举电路的第一控制端，第三开关管的栅极和第四开关管的栅极共同连接至负自举电路的第二控制端，第五开关管的栅极和第六开关管的栅极共同连接至负自举电路的第三控制端，第一储能组件的正极与第一开关管的漏极以及射频组件的电源端连接，第一开关管的源极与第三开关管的漏极、第五开关管的漏极以及第三储能组件的正极连接，第三开关管的源极与第四开关管的源极以及第二储能组件的正极连接，第五开关管的源极、第六开关管的源极、第二储能组件的负极以及射频组件的接地端共接于信号地；第四开关管的漏极、第六开关管的漏极、第一储能组件的负极以及第三储能组件的负极共接于电源地；由于该负自举方式无需配置二极管以防止电流倒灌，同时连通第一储能组件和第二储能组件仅需要一个开关管(第四开关管q4)，避免了多个开关管和二极管的pn结的阻抗的作用导致自举电压的压降较大，防止了自举电路失效。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本技术实施例提供的负自举电路的一种电路结构示意图；
16.图2为本技术实施例提供的负自举电路的另一种电路结构示意图；
17.图3为本技术实施例提供的负自举电路分别在供电电压复位和供电电压不复位两种情况下按压产生的电压和时间的关系图；
18.图4为本技术实施例提供的负自举电路的另一种电路结构示意图；
19.图5为本技术实施例提供的负自举电路的另一种电路结构示意图。
具体实施方式
20.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
21.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
22.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.图1示出了本技术实施例提供的负自举电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本技术实施例相关的部分，详述如下：
25.一种负自举电路，包括射频组件10、第一储能组件11、第二储能组件12、第三储能组件13、第一开关管q1、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5以及第六开关管q6；
26.第一开关管q1的栅极连接至负自举电路的第一控制端，第三开关管q3的栅极和第四开关管q4的栅极共同连接至负自举电路的第二控制端，第五开关管q5的栅极和第六开关管的q6栅极共同连接至负自举电路的第三控制端，第一储能组件11的正极与第一开关管q1的漏极以及射频组件10的电源端连接，第一开关管q1的源极与第三开关管q3的漏极、第五开关管q5的漏极以及第三储能组件13的正极连接，第三开关管q3的源极与第四开关管q4的源极以及第二储能组件12的正极连接，第五开关管q5的源极、第六开关管q6的源极、第二储能组件12的负极以及射频组件10的接地端共接于信号地；第二开关管q2的漏极、第四开关管q4的漏极、第六开关管q6的漏极、第一储能组件11的负极以及第三储能组件13的负极共接于电源地。
27.具体实施中，第一储能组件11配置为输出供电电压；第一开关管q1根据第一控制信号连通第一储能组件11和第三储能组件13以使第三储能组件13根据供电电压进行充电并生成第三电压，第六开关管q6根据第六控制信号连通第二储能组件12的负极和电源地，且第三开关管q3根据第三控制信号连通第二储能组件12和第一开关管q1以使第二储能组件12根据供电电压进行充电并生成第二电压；第一开关管q1根据第二控制信号截止，且第三开关管q3根据第四控制信号截止，第六开关管q6根据第五控制信号截止，第四开关管q4根据第四控制信号连通第一储能组件11的负极和第二储能组件12的正极以使第一储能组件11和第二储能组件12串联并生成自举电压；射频组件10配置为根据自举电压和数据信号生成无线通信信号且从无线链路发送无线通信信号。
28.由于该负自举方式无需配置二极管以防止电流倒灌，同时连通第一储能组件11和第二储能组件12仅需要一个开关管(第四开关管q4)，避免了多个开关管和二极管的pn结的阻抗的作用导致自举电压的压降较大，防止了自举电路失效。
29.值得注意的是，第一开关管q1、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5以及第六开关管q6集成于一个芯片中；或者
30.射频组件10、第一开关管q1、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5以及第六开关管q6集成于一个芯片中。
31.如图2所示，上述负自举电路还包括第二开关管q2；第二开关管q2的栅极共同连接至负自举电路的第一控制端，第二开关管q2的源极与第一储能组件11的正极、第一开关管
q1的漏极以及射频组件10的电源端连接，第二开关管q2的漏极与电源地连接。
32.具体实施中，当射频组件10发送无线通信信号之后，第二开关管q2根据第二控制信号连通第一储能组件11和电源地以释放供电电压。
33.通过在射频组件10发送无线通信信号之后，第二开关管q2根据第二控制信号连通第一储能组件11和电源地以释放供电电压，消耗残留电荷，使得供电电压恢复到0v(供电电压复位)，防止了残留的供电电压和再次生成的供电电压叠加而导致地系统发送无线通信信号不稳定的问题。
34.以按压采集供电电压的负自举电路为例，图3示出了负自举电路分别在供电电压复位和供电电压不复位两种情况下按压产生的电压和时间的关系图。
35.图3的上图是供电电压不复位两种情况下按压产生的电压和时间的关系图，0到t1a之间是一次按压产生的电压，v轴a是电压触发点，供电电压达到a点，射频电路则发送无线通信信号。发送无线通信信号后，供电电压回到b点，b点的电压值一般接近系统的复位电压。
36.当连续按键时，第一次按键完成发码后，供电电压回到b值，之后再按压，产生的电荷会使供电电压在b值之上叠加，在按下按键的时刻即可以使供电电压达到a点，而释放按键的时刻又再次使供电电压达到a点，从而形成图中的t1d和t2d两次发送无线通信信号。当非连续按键时，第一次按键完成发码后，供电电压回到b值，之后由于放电作用，供电电压回到0v，再按压时，产生的电荷会使供电电压在0v值之上叠加，在按下按键后的释放按键时刻才可以使供电电压达到a点，从而再次按压时一次发送无线通信信号。故导致了系统发码不稳定的问题。
37.本技术实施例通过在t2c时，主动将第一存储组件中的残留电荷泄放掉，如图3下图所示，使得供电电压恢复到0v(供电电压复位)，之后的连续按键都不会产生残留电荷的叠加，整个按键过程稳定地只发出一次无线通信信号，解决了系统发送无线通信信号不稳定。
38.值得注意的是，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5以及第六开关管q6集成于一个芯片中；或者
39.射频组件10、第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5以及第六开关管q6集成于一个芯片中。
40.当第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5以及第六开关管q6集成于一个芯片中，负自举电路的示例电路结构如图4所示。
41.在图4中，第二开关管q2的源极和第一开关管q1的漏极共同连接至芯片20的第一电容端pc1，第一开关管q1的源极、第三开关管q3的漏极以及第五开关管q5的漏极共同连接至芯片20的第三电容端pc3，第三开关管q3的源极和第四开关管q4的源极共同连接至芯片20的第二电容端pc2，第五开关管q5的源极和第六开关管q6的源极共同连接至芯片20的信号地端agnd，第二开关管q2的漏极、第四开关管q4的漏极以及第六开关管q6的漏极共接于电源地。
42.芯片20的信号地端agnd与第二储能组件12的负极以及射频组件10的接地端连接，芯片20的第二电容端pc2与第二储能组件12的正极连接，芯片20的第三电容端pc3与第三储能组件13的正极连接，芯片20的第一电容端pc1与射频组件10的电源端和第一储能组件11
的正极连接，第一储能组件11的负极以及第三储能组件13的负极共接于电源地。
43.当射频组件10、第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5以及第六开关管q6集成于一个芯片20中，负自举电路的示例电路结构如图5所示。
44.在图5中，射频组件10的电源端、第二开关管q2的源极和第一开关管q1的漏极共同连接至芯片20的第一电容端pc1，第一开关管q1的源极、第三开关管q3的漏极以及第五开关管q5的漏极共同连接至芯片20的第三电容端pc3，第三开关管q3的源极和第四开关管q4的源极共同连接至芯片20的第二电容端pc2，射频组件10的接地端、第五开关管q5的源极和第六开关管q6的源极共同连接至芯片20的信号地端agnd，第二开关管q2的漏极、第四开关管q4的漏极以及第六开关管q6的漏极共接于电源地。
45.芯片20的信号地端agnd与第二储能组件12的负极连接，芯片20的第二电容端pc2与第二储能组件12的正极连接，芯片20的第三电容端pc3与第三储能组件13的正极连接，芯片20的第一电容端pc1与和第一储能组件11的正极连接，第一储能组件11的负极以及第三储能组件13的负极共接于电源地。
46.作为示例而非限定，第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3、第四开关管q4、第五开关管q5以及第六开关管q6均为场效应管。
47.作为示例而非限定，第一储能组件11包括第一电容c1，第二储能组件12包括第二电容c2，第三储能组件13包括第三电容c3。
48.本技术实施例还提供如图1或2所示的负自举电路的控制方法，包括步骤101至步骤103。
49.步骤101：输入第一控制信号、第三控制信号和第六控制信号，第一开关管q1根据第一控制信号连通第一储能组件和第三储能组件以使第三储能组件根据第一储能组件输出的供电电压进行充电并生成第三电压，并第六开关管q6根据第六控制信号连通第二储能组件的负极和电源地，且第三开关管q3根据第三控制信号连通第二储能组件和第一开关管q1以使第二储能组件根据供电电压进行充电并生成第二电压。
50.步骤102：输入第二控制信号、第四控制信号以及第五控制信号，第一开关管q1根据第二控制信号截止，且第三开关管q3根据第四控制信号截止，第六开关管q6根据第五控制信号截止，第四开关管q4根据第四控制信号连通第一储能组件的负极和第二储能组件的正极以使第一储能组件和第二储能组件串联并生成自举电压。
51.步骤103：射频组件根据自举电压和数据信号生成无线通信信号且从无线链路发送无线通信信号。
52.具体实施中，如图2所示的负自举电路的控制方法除包括步骤101至步骤103以外，还包括步骤104。
53.步骤104：射频组件发送无线通信信号之后，输入第二控制信号，第二开关管q2根据第二控制信号连通第一储能组件和电源地以释放供电电压。
54.应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
55.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各
实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。