一种微电子器件的能量收集装置制造方法
【专利摘要】本申请提供了一种微电子器件的能量收集装置，包括微能量采集器、N级倍压整流模块、储能模块、比较模块和模拟开关，利用N级倍压整流模块对交流信号进行倍压整流得到较高电压的直流信号，利用储能模块将直流信号进行存储。比较模块对储能模块存储的直流电压进行判断，当直流电压达到上限电压值，则将直流电压供给至微电子器件，当直流电压下降到下限电压值，则停止对微电子器件供电。停止供电期间，微电子器件处于暂停工作状态。周而复始执行上述动作从而实现为微电子器件间歇性供电。本发明能够对能量采集器采集得到的能量进行存储和处理，从而实现当能量采集器采集得到的能量小于微电子器件的工作电量时，仍然能够对微电子器件进行间歇性供电。
【专利说明】-种微电子器件的能量收集装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电路【技术领域】，尤其涉及一种微电子器件的能量收集装置。
【背景技术】
[0002] 随着时代的进步，微电子器件因其小型化，已被广泛使用，尤其在野外环境、军事 和医疗领域上起重要作用，例如：在野外环境的检测装置中设置微电子器件，或在人体内植 入医疗微电子器件，微电子器件需要借助电池来提供电能，当电池的电量用尽后则需要更 换电池。
[0003] 在野外环境的检测装置的微电子器件，由于野外环境面积较大，设置的检测装置 数量较多，每次对检测装置的微电子器件更换电池需要花费大量的人力和物力。对于植入 式的医疗的微电子器件，对其更换电池，可能会对人体带来进一步的创伤和痛苦。所以现有 技术提出了新型的微能量采集器，通过微能量采集器有效收集环境中的能量并将其转换为 电能，从而为微电子器件供电。
[0004] 但由于微能量采集器的体积较小，加之环境中的能量是不稳定的，所以微能量采 集器采集得到的能量，能量密度相对较低且电能输出不稳定，无法较好地为微电子器件提 供稳定电能。
[0005] 因此现在需要一种装置，能够对微能量采集器采集得到的能量进行存储和处理， 以便为微电子器件提供稳定的电能。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种微电子器件的能量收集装置，本发明能够对微能量采集器采集 得到的能量进行存储和处理，可以为微电子器件提供间歇地、稳定的电能。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供了以下技术手段：
[0008] -种微电子器件的能量收集装置，包括：
[0009] 与微能量采集器的输出端相连的N级倍压整流模块，用于将所述微能量采集器持 续输出的交流信号进行倍压整流转换为直流信号；
[0010] 与所述倍压整流模块相连的储能模块，用于储存所述直流信号；
[0011] 控制端与所述储能模块相连、第一端用来与微电子器件相连的第一开关模块；
[0012] 一端与所述储能模块相连、另一端与所述第一开关模块的控制端相连的比较模 块，用于当所述直流电压达到上限电压值时导通所述第一开关模块，将所述直流电压输出 至所述微电子器件；当所述直流电压低于下限电压值时关闭所述第一开关模块，停止将所 述直流电压输出至所述微电子器件；
[0013] 其中，所述微电子器件为间歇性工作的电子器件。
[0014] 优选的，所述上限电压值为微电子器件工作电压的上限值；
[0015] 所述下限电压值为微电子器件工作电压的下限值。
[0016] 优选的，所述比较模块包括：
[0017] 与所述储能模块相连的电阻分压模块，所述电阻分压模块包括依次串联的第一分 压模块、第二分压模块和第三分压模块，其中所述第一分压模块与所述储能模块相连，所述 第三分压模块与地相连；
[0018] 与所述电阻分压模块相连的第二开关模块，其中所述第一分压模块和所述第二分 压模块的公共连接点与所述第二开关模块的第三端相连，所述第二分压模块和所述第三分 压模块的公共连接点与所述第二开关模块的第四端相连；
[0019] 同相输入端与所述第二开关模块的控制端相连、反相输入端与参考电压模块相连 的比较单元，所述比较单元的输出端与所述第一开关模块的控制端相连，且所述第一开关 模块的控制端与所述第二开关模块的控制端相连。
[0020] 优选的，所述N级倍压整流模块包括：
[0021] 逐级相连的N个倍压整流模块，所述倍压整流模块包括电容和二极管组成的倍压 电路。
[0022] 优选的，所述第一分压模块包括至少一个电阻；
[0023] 所述第二分压模块包括至少一个电阻；
[0024] 所述第三分压模块包括至少一个电阻。
[0025] 优选的，其特征在于，
[0026] 所述储能模块包括电容；
[0027] 所述比较单元包括比较器。
[0028] 优选的，所述比较器包括：型号为LTC1540的比较器。
[0029] 优选的，还包括：
[0030] 与所述第一分压模块、所述第二分压模块和所述第三分压模块并联的第一电容模 块；
[0031] 与所述第二分压模块和所述第三分压模块并联的第二电容模块；
[0032] 与所述第三分压模块并联的第三电容模块。
[0033] 优选的，所述第一开关模块和所述第二开关模块集成在一个开关模块内。
[0034] 优选的，所述开关模块包括型号为MAX4685的模拟开关。
[0035] 本发明提供了一种微电子器件的能量收集装置，本发明中由于微能量采集器输出 的交流信号电压较低，不足于为微电子器件提供工作电压，所以利用倍压整流电路对交流 信号进行倍压整流，将低压交流信号转换为较高电压的直流信号，并在N级倍压整流后将 得到的直流信号进行存储。然后对已存储的直流信号总和的直流电压进行判断，当直流电 压达到上限电压值，则将直流电压供给至微电子器件，由于微电子器件的消耗电能大于微 能量采集器采集的电能，所以在为微电子器件供电期间，已存储的直流电压不断下降，当直 流电压下降到下限电压值，则停止对微电子器件供电，停止供电期间，微电子器件处于暂停 工作的状态。
[0036] 然后储能模块再持续存储直流信号，直到已存储的直流电压再次达到上限电压 值，从而为微电子器件重新供电，当直流电压再次下降至下限电压值时，则停止为微电子器 件供电，从而实现周而复始为微电子器件间歇性供电。
[0037] 本发明能够对微能量采集器采集得到的能量进行存储和处理，从而实现当能量采 集器采集得到的能量小于微电子器件的消耗电量时，仍然能够对微电子器件进行间歇性供 电。
【专利附图】
【附图说明】
[0038] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术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 发明的实施例，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 提供的附图获得其他的附图。
[0039] 图1为本发明实施例公开的一种微电子器件的能量收集装置的结构示意图；
[0040] 图2为本发明实施例公开的又一种微电子器件的能量收集装置的结构示意图；
[0041] 图3为本发明实施例公开的又一种微电子器件的能量收集装置的结构示意图；
[0042] 图4为本发明实施例公开的又一种微电子器件的能量收集装置的结构示意图；
[0043] 图5为本发明实施例公开的又一种微电子器件的能量收集装置的结构示意图；
[0044] 图6为本发明实施例公开的又一种微电子器件的能量收集装置的结构示意图；
[0045] 图7为本发明实施例公开的又一种微电子器件的能量收集装置中储能模块上电 压曲线图；
[0046] 图8为本发明实施例公开的又一种微电子器件的能量收集装置中微电子器件上 电压曲线图。
【具体实施方式】
[0047] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048] 如图1所示，本发明提供了一种微电子器件的能量收集装置，包括：
[0049] 与微能量采集器100的输出端相连的N级倍压整流模块200,用于将所述微能量采 集器100持续输出的交流信号进行倍压整流转换为直流信号，所述直流信号的电压是所述 交流信号的电压减去倍压整流模块中的二极管正向压降后所得电压的N倍。
[0050] 与所述倍压整流模块200相连的储能模块300,用于储存所述直流信号；
[0051] 控制端LB1与所述储能模块300相连、第一端A用来与微电子器件400相连的第 一开关模块500 ;第二端B空置。
[0052] -端与所述储能模块300相连、另一端与所述第一开关模块500的控制端LB1相 连的比较模块600,用于当所述直流电压达到上限电压值时导通所述第一开关模块500,将 所述直流电压输出至所述微电子器件400 ;当所述直流电压低于下限电压值时关闭所述第 一开关模块500，停止将所述直流电压输出至所述微电子器件400 ;
[0053] 其中，所述微电子器件400为间歇性工作的电子器件。
[0054] 由于微能量采集器100输出的交流信号的电压较低，不足于为微电子器件400提 供工作电压，且微电子器件400所需要的工作电压为直流电压，所以利用N级倍压整流模块 200将微电子器件400的低压交流信号进行倍压整流，转换为较高压的直流信号。
[0055] N级倍压整流模块200中包括N个逐级相连的倍压整流模块，每个倍压整流模块都 会对微能量采集器100输出的交流信号进行一次倍压，假设原始交流信号的电压为U，则经 过N个倍压整流模块后，得到的直流信号的直流电压为N* (U-Udi(KJ，其中N为自然数，由于 二极管正向导通电压通常较小，所以近似等于N*U。N取决于电路中的芯片的工作电压和用 电器件的上限工作电压大小。
[0056] 由于微能量采集器100采集的能量有限，不足于为微电子器件400供电，所以需要 持续积累微能量采集器100输出的交流信号，不断将交流信号进行倍压整流转换为直流信 号，然后对直流信号进行存储。
[0057] 比较模块600在储能模块300存储直流信号的过程中，持续判断已存储直流信号 总和的直流电压是否达到上限电压值，当直流电压达到上限电压值则导通第一开关模块 500,将储能模块300的直流电压供给至微电子器件400。
[0058] 由于在同等时间内，微电子器件400的消耗电能大于微能量采集器100采集的电 能，所以在储能模块300为微电子器件400供电期间，储能模块300内的直流电压不断下 降，当直流电压下降到微电子器件400的下限电压值时，则关闭第一开关模块500,停止对 微电子器件400供电，停止对微电子器件400供电后，微电子器件400处于断电状态，从而 完成对微电子器件400的一次供电。
[0059] 在储能模块300的直流电压由上限电压值下降至下限电压值期间，都可为微电子 器件400供电。上限电压值包括微电子器件400工作电压的上限值，下限电压值包括微电 子器件400工作电压的下限值，在工作电压的上限值到工作电压的下限值之间为微电子器 件供电，所以上限值与下限值之间是为微电子器件供电的最大电压差值。
[0060] 由于储能模块放电需要时间，可以理解的是，在相同储能模块上，电压差值大则所 需的放电时间长，电压差值小则所需的放电时间短，所以利用最大电压差值为微电子器件 供电，能够为微电子器件400提供最长时间的电能供给。
[0061] 可以理解的是，上限电压值可以小于工作电压的上限值，下限电压值可以大于工 作电压的下限值，当然上限电压值大于下限电压值，那么由于储能模块放电时的电压差值 变小，所以为微电子器件400的供电时间则减小。
[0062] 微能量采集器100在整个过程中持续采集环境中的能量并输出交流信号，N级倍 压整流模块也持续将交流信号进行倍压整流，在储能模块300输出的直流电压小于下限电 压值时，停止对微电子器件400供电，由于没有微电子器件400的电能消耗，所以储能模块 300中直流电压开始慢慢回升，当直流电压再次达到上限电压值时，重新为微电子器件400 供电，当直流电压再次下降到下限电压值时，则停止对微电子器件400供电，从而完成第二 次供电。
[0063] 持续执行上述过程，从而实现周而复始地为微电子器件400间歇性供电，由于本 发明中为微电子器件400的供电方式为间歇性供电，所以本发明中的微电子器件的工作性 质为间歇性工作，例如：传感器，在采集一次数据后，间隔一端时间后再采集下一次数据。 [0064] 本发明提供了一种微电子器件的能量收集装置，本装置能够对微能量采集器采集 得到的能量进行存储和处理，可以在微电子器件间歇性工作期间，为微电子器件提供稳定 的电能。
[0065] 如图2所示，下面介绍图2中比较模块600的具体实现形式：
[0066] 与所述储能模块300相连的电阻分压模块601，所述电阻分压模块601包括依次串 联的第一分压模块6011、第二分压模块6012和第三分压模块6013,其中所述第一分压模块 6011与所述储能模块300相连，所述第三分压模块6013与地相连；
[0067] 与所述电阻分压模块601相连的第二开关模块602,其中所述第一分压模块6011 和所述第二分压模块6012的公共连接点与所述第二开关模块602的第三端LBL相连，所述 第二分压模块6012和所述第三分压模块6013的公共连接点与所述第二开关模块602的第 四端LBH相连；
[0068] 同相输入端与所述第二开关模块602控制端LB2相连、反相输入端与参考电压模 块604相连的比较单元603,所述比较单元603的输出端与所述第一开关模块500的控制端 LB1相连，且所述第一开关模块500的控制端LB1与所述第二开关模块602的控制端LB2相 连。
[0069] 设第一分压模块的电阻值为RH，第二分压模块的电阻值为RhyST，第三分压模块的电 阻值为&，参考电压模块电压输出值为V Mf，储能模块300的上限电压值为VUPPOT，下限电压 值为VlOT"，则由图2的电路关系和电阻分压关系可知，当储能模块300达到上限电压值V UPPOT 时，LBH上的电压值为：
[0070]
【权利要求】
1. 一种微电子器件的能量收集装置，其特征在于，包括： 与微能量采集器的输出端相连的N级倍压整流模块，用于将所述微能量采集器持续输 出的交流信号进行倍压整流转换为直流信号； 与所述倍压整流模块相连的储能模块，用于储存所述直流信号； 控制端与所述储能模块相连、第一端用来与微电子器件相连的第一开关模块； 一端与所述储能模块相连、另一端与所述第一开关模块的控制端相连的比较模块，用 于当所述直流电压达到上限电压值时导通所述第一开关模块，将所述直流电压输出至所述 微电子器件；当所述直流电压低于下限电压值时关闭所述第一开关模块，停止将所述直流 电压输出至所述微电子器件； 其中，所述微电子器件为间歇性工作的电子器件。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上限电压值为微电子器件工作电压的 上限值； 所述下限电压值为微电子器件工作电压的下限值。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比较模块包括： 与所述储能模块相连的电阻分压模块，所述电阻分压模块包括依次串联的第一分压模 块、第二分压模块和第三分压模块，其中所述第一分压模块与所述储能模块相连，所述第三 分压模块与地相连； 与所述电阻分压模块相连的第二开关模块，其中所述第一分压模块和所述第二分压模 块的公共连接点与所述第二开关模块的第三端相连，所述第二分压模块和所述第三分压模 块的公共连接点与所述第二开关模块的第四端相连； 同相输入端与所述第二开关模块的控制端相连、反相输入端与参考电压模块相连的比 较单元，所述比较单元的输出端与所述第一开关模块的控制端相连，且所述第一开关模块 的控制端与所述第二开关模块的控制端相连。
4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述N级倍压整流模块包括： 逐级相连的N个倍压整流模块，所述倍压整流模块包括电容和二极管组成的倍压电 路。
5. 如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一分压模块包括至少一个电阻； 所述第二分压模块包括至少一个电阻； 所述第三分压模块包括至少一个电阻。
6. 如权利要求3所述的装置，其特征在于， 所述储能模块包括电容； 所述比较单元包括比较器。
7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述比较器包括：型号为LTC1540的比较 器。
8. 如权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括： 与所述第一分压模块、所述第二分压模块和所述第三分压模块并联的第一电容模块； 与所述第二分压模块和所述第三分压模块并联的第二电容模块； 与所述第三分压模块并联的第三电容模块。
9. 如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一开关模块和所述第二开关模块集 成在一个开关模块内。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述开关模块包括型号为MAX4685的模拟 开关。
【文档编号】H02M1/36GK104242475SQ201410488401
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】刘会聪, 陈涛, 吉张萍, 黄海波, 杨湛, 孙立宁 申请人:苏州大学