睡眠‑唤醒模式的能量管理电路和能量管理方法与流程

本发明涉及电源、用电器，特别是一种用于用电器的睡眠-唤醒模式的能量管理电路和能量管理方法，用户根据实际需要选择睡眠的具体时间，达到节省功耗与正常工作的平衡。

背景技术：

目前主流的芯片能量管理方式是将电源能量经过简单的整流、升压等处理，并通过低压差线性稳压器得到较为稳定的电压后，供后续用电器(芯片)使用。如文献【Y.-J.Huang,T.-H.Tzeng,T.-W.Lin,C.-W.Huang,P.-W.Yen,P.-H.Kuo,C.-T.Lin,and S.-S.Lu,"A Self-Powered CMOS Reconfigurable Multi-Sensor SoC for Biomedical Applications,"IEEE J.Solid-State Circuits,vol.49,no.4,pp.851–866,Apr.2014.】中所述，能量管理主要由整流电路和直流升压电路组成，并根据输入电源的类型，通过处理得到用电器需要的电压。具体结构如图1所示。

上述结构虽然能较好的为用电器提供充足的能量，但是其能量的供给方式是连续的；即不断为用电器供能，使其一直工作。此种方式的缺点是用电器连续工作会浪费不必要的功耗；尤其是在用电器为气压监测芯片、温度测量芯片等一些实时性要求不高的应用中，这样密集的工作模式没有必要。

于是，本发明设计了一种间断的、可调控睡眠(非工作)时间的电源管理方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有的芯片能量管理技术中连续供能带来的功耗浪费的问题。提供一种用于用电器的睡眠-唤醒的能量管理电路和睡眠-唤醒的能量管理方法，使系统整体的功耗大幅降低。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于用电器的睡眠-唤醒的能量管理电路，包括电源的整流电路、直流升压电路、低压差线性稳压器和用电器，其特点在于在所述的整流电路、直流升压电路之后设置超级电容、定时器电路、开关电路和复位电路，所述的超级电容的输出端分别与所述的定时器电路的第一输入、开关电路的第一输入和复位电路的第一输入端相连，所述的开关电路的第一输出端经所述的低压差线性稳压器与所述的用电器相连，所述的定时器电路的输出端与所述的开关电路的第二输入端相连，所述的开关电路的第二输出端与所述的复位电路的第二输入端相连，所述的用电器的输出端与所述的定时器电路第二输入端相连，所述的复位电路的输出端与所述的用电器的第二输入端相连。

利用上述睡眠-唤醒的能量管理电路进行能量管理的方法，包括下列步骤：

1)电源的能量先经过整流电路、直流升压电路处理后，被储存在所述的超级电容中，当储存的电压达到阈值时，所述的定时器开始计时，此时，所述的开关电路、复位电路和用电器等均未开始工作，用电器处于休眠状态；

2)所述的定时器电路计时数达到设定的阈值时，给开关电路发出使能信号，使开关电路打开，电源的能量从超级电容通过开关电路、低压差线性稳压器传递到所述的用电器；同时，所述的开关电路给所述的复位电路传递使能信号，所述的复位电路发出复位信号；所述的用电器接到开关电路传递的能量和复位电路的复位信号后，开始正常工作，此时用电器处于“唤醒”状态；

3)用电器工作结束后，用电器向所述的定时器发出结束信号，所述的定时器重新计数；定时器重新计数时，切断使能信号；返回步骤1)。

本发明主要的工作方式是让用电器工作较短时间(唤醒状态)后，待机较长时间(睡眠状态)；用电器在睡眠状态的功耗远小于唤醒状态时的功耗。这两种状态不断循环，从而在整个周期内达到节约功耗的目的。

与现有技术相比，本发明的技术效果是：

1)采用睡眠-唤醒的工作模式，使一个工作周期内的用电器功耗大幅降低；一般情况下，用电器(芯片)进行完整的信号处理、发射所需的时间为毫秒级，但是运用本发明后，允许该芯片1秒，或更长时间工作一次；此种情况下，芯片的实际功耗缩小到1‰以下。这不仅让用电器在工作时间的功耗限制得到减弱，也使得系统中电源模块的设计难度降低，更易实现。

2)定时器作为能量管理模块的核心器件，可以灵活的调整睡眠-唤醒的相对时间，令用电器的工作方式更为灵活。选取合适的定时器，可以使用电器在1秒、10秒、1分钟甚至更长的时间内才工作一次，能够适应不同的应用需要。

附图说明

图1是现有能量管理模块示意图

图2是本发明能量管理模块示意图

图3是本发明控制信号时序图

具体实施方式

下面结合图2和图3的实施例，对本发明进行进一步说明。

一种用于用电器的睡眠-唤醒的能量管理电路，包括电源的整流电路、直流升压电路、低压差线性稳压器和用电器，在所述的整流电路、直流升压电路之后设置超级电容、定时器电路、开关电路和复位电路，所述的超级电容的输出端分别与所述的定时器电路的第一输入、开关电路的第一输入和复位电路的第一输入端相连，所述的开关电路的第一输出端经所述的低压差线性稳压器与所述的用电器相连，所述的定时器电路的输出端与所述的开关电路的第二输入端相连，所述的开关电路的第二输出端与所述的复位电路的第二输入端相连，所述的用电器的输出端与所述的定时器电路第二输入端相连，所述的复位电路的输出端与所述的用电器的第二输入端相连。

利用上述睡眠-唤醒的能量管理电路进行能量管理的方法包括下列步骤：

1)电源的能量先经过整流电路、直流升压电路处理后，被储存在所述的超级电容中，当储存的电压达到阈值时，所述的定时器开始计时，此时，所述的开关电路、复位电路和用电器等均未开始工作，用电器处于休眠状态；

2)所述的定时器电路计时数达到设定的阈值时，给开关电路发出使能信号，使开关电路打开，电源的能量从超级电容通过开关电路、低压差线性稳压器传递到所述的用电器；同时，所述的开关电路给所述的复位电路传递使能信号，所述的复位电路发出复位信号；所述的用电器接到开关电路传递的能量和复位电路的复位信号后，开始正常工作，此时用电器处于“唤醒”状态；

3)用电器工作结束后，用电器向所述的定时器发出结束信号，所述的定时器重新计数；定时器重新计数时，切断使能信号；返回步骤1)。

整个工作周期如图3所示。图3的标号说明：

1输入的电源电压上升到阈值，计时器电路开始工作；

2计时达到阈值，计时器电路使能信号，之后开关电路、复位电路与用电器被依次唤醒；

3用电器工作结束后，发出结束信号，使计时器复位，并且关闭开关电路、复位电路。

4计时器重新计时，进行下一周期的工作。

需要说明的是，上述所描述的定时器电路、开关电路、复位电路本身的功耗应远小于用电器的功耗。