自全式智能传感器电源管理电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电源管理电路的改进，具体地是涉及一种自全式智能传感器电源管理电路；在环境监测、健康护理、军事等领域广泛应用，对于用电安全进行实时监控。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]随着无线传感网络技术的发展，小体积、低功耗的无线传感器节点在环境监测、健康护理、军事等领域得到了广泛的应用。采用无线传感节点对电线状态参数进行无线传输，可实现用电安全实时监控。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。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。
[0004]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。
[0005]现有技术中的传感器电源管理系统功能低级、自供电性能差、不能长期满足供电，参考中国发明专利，专利号为200710117796.9，其公开了一种传感器节点能量管理系统包括开关切换电路、充电电路、稳压电路、升压电路、单片机及A/D转换电路。太阳能光伏电池输出的能量通过充电电路和稳压电路向锂离子电池充电并为传感器节点、单片机和A/D转换电路供电；同时，太阳能光伏电池背面粘贴的温差电池通过升压电路直接向超级电容器充电。单片机电路控制A/D转换器定时检测超级电容器两端电压，当超级电容器两端电压等于超级电容器的耐压值2.7V时，单片机则打开开关切换电路，超级电容器经升压电路后和太阻能光伏电池并联向锂离子电池充电。
[0006]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；为了增加储能电容的存储能量，使用调理电路和DC-DC电路将管理电路的输出电压提高到
3.3V，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，电线周围交变的电磁场频率为低频50Hz，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。
[0007]因此，有必要设计一种高品质因数的电源管理电路，使电路足以驱动电子负载正常工作。
【发明内容】
[0008]本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种自全式智能传感器电源管理电路，高品质因数的电源管理电路，具有高的输出功率和能量采集效率，使电路足以驱动电子负载正常工作。
[0009]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0010]本发明自全式智能传感器电源管理电路包括线圈换能器、电源管理电路，其结构特点是:空间电磁场将交变的电磁场能量送给线圈换能器，线圈换能器将电磁场能量转换为电能，然后将电能输送给上变频匹配电路，上变频匹配电路与储能电路相连接，储能电路与控制电路相互连接，最后再与稳压输出电路连接，控制电路启动稳压输出电路使超级电容放电，电量输送给温度、电流传感器和驱动无线收发节点工作；PC机与主节点相连进行数据处理和显示，可实现用电状态实时监测。
[0011]作为本发明的一种优选方案，所述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。
[0012]作为本发明的另一种优选方案，所述电源管理电路由上变频匹配电路、AC/DC整流电路、存储电路、控制电路和稳压输出电路组成。电路经过频率上变换、匹配后整流输出，将电能存储在超级电容中。当超级电容两端电压达到预设门限电压时，控制电路启动稳压电路工作，将存储在超级电容中的能量释放，驱动无线收发节点工作。
[0013]作为本发明的又一种优选方案，所述上变频匹配电路由变压器、双向开关和匹配电容组成，双线圈换能器与匹配电容分别形成变压器的初级回路和次级回路。变压器的初级回路设置了一个双向开关、一个控制电路控制开关的导通和关断，通过开关导通和断开时间内电感与电容之间的震荡，实现频率上变换。
[0014]本发明的有益效果:本发明针对管理电路品质因数很低，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，提出了一种自全式智能传感器电源管理电路，其中包括的上变频电源管理电路提高了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。
【附图说明】
[0015]图1是本发明自全式智能传感器电源管理电路的原理结构示意图。
[0016]图2是本发明自全式智能传感器电源管理电路的电路原理图。
[0017]其中，1为空间电磁场、2为线圈换能器、3为上变频匹配电路、4为储能电路、5为控制电路、6为稳压输出电路、7为温度、电流传感器、8为无线收发节点、9为PC机。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，为本发明自全式智能传感器电源管理电路的原理结构示意图。图中，包括线圈换能器2、电源管理电路；空间电磁场1将交变的电磁场能量送给线圈换能器2，线圈换能器2将电磁场能量转换为电能，然后将电能输送给上变频匹配电路3，上变频匹配电路3与储能电路4相连接，储能电路4与控制电路5相互连接，最后再与稳压输出电路6连接，控制电路5启动稳压输出电路6使超级电容放电，电量输送给温度、电流传感器7和驱动无线收发节点8工作；PC机9与主节点相连进行数据处理和显示，可实现用电状态实时监测。
【主权项】
1.自全式智能传感器电源管理电路，包括线圈换能器2、电源管理电路，其特征在于:空间电磁场(1)将交变的电磁场能量送给线圈换能器(2)，线圈换能器(2)将电磁场能量转换为电能，然后将电能输送给上变频匹配电路(3)，上变频匹配电路(3)与储能电路(4)相连接，储能电路(4)与控制电路(5)相互连接，最后再与稳压输出电路(6)连接，控制电路(5)启动稳压输出电路(6)使超级电容放电，电量输送给温度、电流传感器(7)和驱动无线收发节点(8)工作；PC机(9)与主节点相连进行数据处理和显示，可实现用电状态实时监测。2.根据权利要求1所述的自全式智能传感器电源管理电路，其特征在于:所述线圈换能器(2)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。3.根据权利要求1所述的自全式智能传感器电源管理电路，其特征在于:所述电源管理电路由上变频匹配电路(3 )、AC/DC整流电路、存储电路(4 )、控制电路(5 )和稳压输出电路(6)组成；电路经过频率上变换、匹配后整流输出，将电能存储在超级电容中；当超级电容两端电压达到预设门限电压时，控制电路启动稳压电路工作，将存储在超级电容中的能量释放，驱动无线收发节点工作。4.根据权利要求3所述的自全式智能传感器电源管理电路，其特征在于:所述上变频匹配电路(3)由变压器、双向开关和匹配电容组成，双线圈换能器与匹配电容分别形成变压器的初级回路和次级回路；变压器的初级回路设置了一个双向开关、一个控制电路控制开关的导通和关断，通过开关导通和断开时间内电感与电容之间的震荡，实现频率上变换。
【专利摘要】自全式智能传感器电源管理电路。本发明提供一种自全式智能传感器电源管理电路，高品质因数的电源管理电路，具有高的输出功率和能量采集效率，使电路足以驱动电子负载正常工作。本发明自全式智能传感器电源管理电路包括线圈换能器、电源管理电路，其结构特点是：空间电磁场将交变的电磁场能量送给线圈换能器，线圈换能器将电磁场能量转换为电能，然后将电能输送给上变频匹配电路，上变频匹配电路与储能电路相连接，储能电路与控制电路相互连接，最后再与稳压输出电路连接，控制电路启动稳压输出电路使超级电容放电，电量输送给温度、电流传感器和驱动无线收发节点工作；PC机与主节点相连进行数据处理和显示，可实现用电状态实时监测。
【IPC分类】H02J7/34
【公开号】CN105322635
【申请号】CN201410372213
【发明人】惠铁军
【申请人】惠铁军
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月31日