专利名称：用于低功耗电路的微安级充放电控制电路及低功耗电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于低功耗电路中的充放电控制电路，特别涉及用于低功耗电路中，达到微安级的微安级充放电控制电路。同时，本实用新型还涉及具有所述微安级充放电控制电路的低功耗电路。
背景技术：
目前业界使用的低功耗电路系统普遍使用电池供电。由于电池使用有寿命限制， 因此需要采集外部环境能量来补偿电池，达到提高电池使用寿命的效果。环境能量通常包括太阳能、振动能、电磁能等等。环境能量采集到电路系统中之后，有两方面的用途，一方面用于微功耗主系统的工作；另一方面用于能量储存(通常使用电容实现)，备用大功率的应用。环境能量通常都是非常微弱的，从采集机构得到的能量通常是微瓦级。传统的充放电控制电路，属于毫安级电流控制，不适用于低功耗的应用场合。对于微安级电流的充放电路径控制，目前业界还没有成熟的方案。虽然理论上可以使用现有的纳安级低功耗比较器实现，但是成本较高，只具有理论意义。
实用新型内容为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种用于低功耗电路的的微安级充放电控制电路，涉及充电路径控制技术，是一种极低功耗、极低成本、高可靠性的技术。本技术填补了环境能量采集领域，特别是微安级充放电路径控制技术的空缺。另外本实用新型还提供具有所述微安级充放电控制电路的低功耗电路。本实用新型提供的用于低功耗电路的微安级充放电控制电路采用的主要技术方案为包括倍压整流电路，所述倍压整流电路接收低功耗电路中电源采集机构输入的电流， 还包括供电电路以及信号处理电路；所述供电电路包括第一供电支路、第二供电支路、和第三供电支路；所述第一供电支路中串联有电池和第三二极管，所述第二供电支路中串联有第四二极管，所述第三供电支路中包括场效应管和第五二极管以及储能电容，所述信号处理电路包括低压差线性稳压器；所述第三二极管、第四二极管和第五二极管的一端与所述低压差线性稳压器的输入端相连，所述第四二极管的另一端与所述倍压整流电路相连，所述低压差线性稳压器的输入端还与所述场效应管的源极相连，所述低压差线性稳压器的输出端与所述场效应管的栅极相连，所述场效应管的漏极和第五二极管的另一端共同与所述储能电容的一端连接，所述储能电容另一端接地。本实用新型提供的用于低功耗电路的微安级充放电控制电路还采用如下附属技术方案所述信号处理电路还包括第五电容和第六电容，所述第五电容的一端接入所述低压差线性稳压器的输入端、另一端接地，所述第六电容的一端接入所述场效应管的栅极、另一端接地，所述低压差线性稳压器的接地端接地。[0010]所述电池的一端接地、另一端与所述第三二极管另一端连接。所述第四二极管的另一端与所述倍压整流电路的输出相连。所述倍压整流电路包括瞬态抑制二极管、第一电容、第二电容、第三电容、稳压二极管、以及桥式整流电路，所述桥式整流电路的3脚与4脚之间连接有所述瞬态抑制二极管，所述桥式整流电路的2脚和3脚之间连接有所述第一电容，且所述桥式整流电路的2 脚接地，所述桥式整流电路的1脚和3脚之间连接有所述第二电容，所述第三电容的一端与稳压二极管的一端接地、另一端与所述桥式整流电路的1脚一同与所述第四二极管的另一端相连。所述瞬态抑制二极管的两端与低功耗电路中的电源采集机构相连，吸收过大的尖峰电流。采用本实用新型提供的具有微安级充放电控制电路的低功耗电路采用的主要技术方案为包括电源采集机构，所述电源采集机构与所述倍压整流电路相连，用于低功耗电路的微安级充放电控制电路包括倍压整流电路，所述倍压整流电路接收低功耗电路中电源采集机构输入的电流，还包括供电电路以及信号处理电路；所述供电电路包括第一供电支路、第二供电支路、和第三供电支路；所述第一供电支路中串联有电池和第三二极管，所述第二供电支路中串联有第四二极管，所述第三供电支路中包括场效应管和第五二极管以及储能电容，所述信号处理电路包括低压差线性稳压器；所述第三二极管、第四二极管和第五二极管的一端与所述低压差线性稳压器的输入端相连，所述第四二极管的另一端与所述倍压整流电路相连，所述低压差线性稳压器的输入端还与所述场效应管的源极相连，所述低压差线性稳压器的输出端与所述场效应管的栅极相连，所述场效应管的漏极和第五二极管的另一端共同与所述储能电容的一端连接，所述储能电容另一端接地。采用本实用新型提供的用于低功耗电路的微安级充放电控制电路带来的有益效果为(1)充放电容C4的充电控制由低压差线性稳压器LDO与场效应管VTl构成，VTl的栅极(3脚)接在LDO的输出端(3脚)，VT1的源极G脚)接在LDO的输入端O脚)。本方案利用LDO输入与输出的压差控制VTl的导通与截止。VT4输入不足以提供系统主电功耗时，LDO的输入与输出的压差，不足以打开场效应管VT1。当VD4的输出能量足够驱动主系统负载时，LDO的输入与输出的压差，将足以打开场效应管VT1。这时从环境能量中采集到的多余的能量将保存在储能电容C4之中，实现供电的同时将多余电能储存起来。0)3个供电支路，第一供电支路由电池供电，第二供电支路直接由倍压整流电路输入供电，第三支路由储能电容C4放电供电。3个供电支路中分别串有第三二极管、第四二极管、第五二极管， 这三个二极管的特性是输出电压高于输入电压截止，输出电压小于输入电压导通。当环境能量电源输入电压足够高时优先使用第四二极管VD4输出电源。当第四二极管VD4输出很小时，系统比较第三二极管VD3与第五二极管VD5的输出，当充放电容C4充电电压高于电池电压时优先使用第五二极管VD5输出电源。当环境能量与电容储能均不足时，才使用电池电源，此时电源由第三二极管VD3输出，其他两路二极管截止。始终保持3个供电支路中只有1路供电。从而保证负载供电的持续，持久。该设计，实现了从外界环境采集到的微小能量充放电路径的控制。当环境能量较小时，环境能量将只提供给主系统负载；当环境能量较大时，除了提供主系统工作之外的多余能量，将被储存在充放(法拉)电容之中。
图1为本实用新型微安级充放电控制电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的详述如图1所示，为实用新型提供的一种用于低功耗电路的微安级充放电控制电路， 包括倍压整流电路，所述倍压整流电路接收低功耗电路中电源采集机构输入的电流，还包括供电电路以及信号处理电路；所述供电电路包括第一供电支路、第二供电支路、和第三供电支路。所述第一供电支路中串联有电池BTl和第三二极管VD3，所述第二供电支路中串联有第四二极管VD4，所述第三供电支路中包括场效应管VTl和第五二极管VD5以及储能电容C4，所述信号处理电路包括低压差线性稳压器LD0。所述第三二极管VD3、第四二极管VD4和第五二极管VD5的一端与所述低压差线性稳压器LDO的输入端2脚相连，所述第四二极管VD4的另一端与所述倍压整流电路相连，所述低压差线性稳压器LDO的输入端2脚还与所述场效应管VTl的源极4脚相连，所述低压差线性稳压器LDO的输出端3脚与所述场效应管VTl的栅极3脚相连，所述场效应管VTl的漏极1脚、2脚、5脚、6脚和第五二极管VD5的另一端共同与所述储能电容C4的一端连接，所述充放电容C4另一端接地。所述信号处理电路还包括第五电容C5和第六电容C6，所述第五电容C5的一端接入所述低压差线性稳压器LDO的输入端2脚、另一端接地，所述第六电容C6的一端接入所述场效应管VTl的栅极3脚、另一端接地，所述低压差线性稳压器LDO的接地端1脚接地。 第五电容C5和第六电容C6在这里起到储能滤波的作用，使用电负载获得平滑稳定的电压。所述电池BTl的一端接地、另一端与所述第三二极管VD3另一端连接。电池BTl 作为第二供电支路以外的另一种供电方式。延长整个供电周期。所述第四二极管的另一端与所述倍压整流电路的输出相连。所述倍压整流电路包括瞬态抑制二极管VD1、第一电容Cl、第二电容C2、稳压二极管VD2、以及桥式整流电路，所述桥式整流电路的3脚与4脚之间连接有所述瞬态抑制二极管VD1，所述桥式整流电路的2 脚和3脚之间连接有所述第一电容Cl，且所述桥式整流电路的2脚接地，所述桥式整流电路的1脚和3脚之间连接有所述第二电容C2，所述第三电容C3的一端与稳压二极管VD2的一端接地、另一端与所述桥式整流电路的1脚一同与所述第四二极管VD4的另一端相连。倍压整流电路的作用是将环境电压进行整流滤波处理，同时对电流进行倍压处理后输出至供电电路。因为受环境所限，采集的电压较低，需要对其进行倍压处理后才可完成后续工作。所述瞬态抑制二极管VDl的两端与低功耗电路中的电源采集机构相连，接收其输入的电流，瞬态抑制二极管VDl起到稳压作用，防止瞬间的大电流、高电压的冲击。对电路元器件提供保护。本实用新型提供的微安级充放电控制电路利用LDO的输入与输出的压差变化，来实现场效应管VTl的导通或截止。导通时，则在供电的同时对储能电容C4进行充电。在本实施例中，LDO采用的的型号为HT7530，场效应管VTl采用的型号为Si3443DV。当LDO的输入0脚)与输出(3脚)的压差大于0.6v时，VTl导通，在供电的同时向充放电容C4进行充电。当LDO的输入0脚)与输出(3脚)的压差小于0.6v时，则VTl保持截止。在供电方面，3个支路中的二极管利用输出端与输入端压差的变化导通或断开。在一般情况下， 由倍压整流电路输入的电流供电，第二供电支路的第四二极管VD4的输入大于输出，导通供电，其他两个供电之路中的二极管，输出的电压大于输入的电压保持截止。当环境电源减弱，第四二极管的输出大于输入时截止，此时另两个供电支路中的二极管进行比较，当储能电容C4充电电压高于电池BTl电压时优先使用第五二极管VD5输出电源。当环境能量与电容储能均不足时，才使用电池电源，此时电源由第三二极管VD3输出，其他两路二极管截止。始终保持3个供电支路中只有1路供电。从而保证负载供电的持续，持久。该设计，实现了从外界环境采集到的微小能量充放电路径的控制。当环境能量较小时，环境能量将只提供给主系统负载；当环境能量较大时，除了提供主系统工作之外的多余能量，将被储存在储能(法拉)电容之中。本实用新型除了提供上述微安级充放电控制电路外，还提供具有上述微安级充放电控制电路的低功耗电路，包括电源采集机构，所述电源采集机构与所述倍压整流电路相连，将从环境中采集到的电源输入倍压整流电路，由倍压整流电路对电源进行整流滤波、倍压处理。在本实施例中，所述电源采集机构为电流互感器。所述低压差线性稳压器LDO的输出端3脚与负载连接。负载可视具体环境而有所不同，比如是单片机、或远距离通信模块、数据处理单元等。采用微安级充放电控制，能够保证整个低功耗电路处于长期、稳定的工作环境中，具有长期、稳定的供电保证。延长整个机构的使用寿命。
权利要求1.用于低功耗电路的微安级充放电控制电路，其特征在于包括倍压整流电路，所述倍压整流电路接收低功耗电路中电源采集机构输入的电流，还包括供电电路以及信号处理电路；所述供电电路包括第一供电支路、第二供电支路、和第三供电支路；所述第一供电支路中串联有电池和第三二极管，所述第二供电支路中串联有第四二极管，所述第三供电支路中包括场效应管和第五二极管以及储能电容，所述信号处理电路包括低压差线性稳压器；所述第三二极管、第四二极管和第五二极管的一端与所述低压差线性稳压器的输入端相连，所述第四二极管的另一端与所述倍压整流电路相连，所述低压差线性稳压器的输入端还与所述场效应管的源极相连，所述低压差线性稳压器的输出端与所述场效应管的栅极相连，所述场效应管的漏极和第五二极管的另一端共同与所述储能电容的一端连接，所述储能电容另一端接地。
2.根据权利要求1所述的微安级充放电控制电路，其特征在于所述信号处理电路还包括第五电容和第六电容，所述第五电容的一端接入所述低压差线性稳压器的输入端、另一端接地，所述第六电容的一端接入所述场效应管的栅极、另一端接地，所述低压差线性稳压器的接地端接地。
3.根据权利要求1或2所述的微安级充放电控制电路，其特征在于所述电池的一端接地、另一端与所述第三二极管另一端连接。
4.根据权利要求3所述的微安级充放电控制电路，其特征在于所述第四二极管的另一端与所述倍压整流电路的输出相连。
5.根据权利要求4所述的微安级充放电控制电路，其特征在于所述倍压整流电路包括瞬态抑制二极管、第一电容、第二电容、第三电容、稳压二极管、以及桥式整流电路，所述桥式整流电路的3脚与4脚之间连接有所述瞬态抑制二极管，所述桥式整流电路的2脚和3 脚之间连接有所述第一电容，且所述桥式整流电路的2脚接地，所述桥式整流电路的1脚和 3脚之间连接有所述第二电容，所述第三电容的一端与稳压二极管的一端接地、另一端与所述桥式整流电路的1脚一同与所述第四二极管的另一端相连。
6.根据权利要求5所述的微安级充放电控制电路，其特征在于所述瞬态抑制二极管的两端与低功耗电路中的电源采集机构相连，吸收过大的尖峰电流。
7.具有上述权利要求1-6任一所述微安级充放电控制电路的低功耗电路，包括电源采集机构，其特征在于所述电源采集机构与所述倍压整流电路相连。
8.根据权利要求7所述的低功耗电路，其特征在于所述电源采集机构为电流互感器。
9.根据权利要求7所述的低功耗电路，其特征在于所述低压差线性稳压器的输出端与负载连接。
专利摘要本实用新型涉及用于低功耗电路的微安级充放电控制电路及低功耗电路。微安级充放电控制电路充放电容C4的充电控制由低压差线性稳压器与场效应管构成，场效应管的栅极接在LDO的输出端，VT1的源极接在LDO的输入端。本方案利用LDO输入与输出的压差控制VT1的导通与截止。VD4输入不足以提供系统主电功耗时，LDO的输入与输出的压差，不足以打开场效应管VT1。当VD4的输出能量足够驱动主系统负载时，LDO的输入与输出的压差，将足以打开场效应管VT1。这时从环境能量中采集到的多余的能量将保存在储能电容C4之中，实现供电的同时将多余电能储存起来。
文档编号H02J7/32GK202026121SQ20112001215
公开日2011年11月2日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者董良, 袁月春 申请人:北京科锐配电自动化股份有限公司