超级电容充放电检测电路及其检测控制方法与流程

本发明涉及一种超级电容充放电检测电路及其检测控制方法。

背景技术：

目前，在一些微能量收集发电装置(诸如温差发电，震动发电，噪声发电)，由于输出功率小，不能直接向负载供电，需要通过长时间对电容充电，才可以积聚能量，满足负载间隙工作需求。

另外，在一些微能量收集发电装置，由于输出功率小，常规的电压检测手段，例如使用电压比较器，由于芯片的工作时存在静态电流，该静态电流将导致电容无法充电；因此，需要一种极低功耗的检测手段，实现电容电压的检测。

技术实现要素：

本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种超级电容充放电检测控制方法，使得电路整机的待机功耗纳瓦数量级，提高电容的充电效率；避免进入无效充电状态，缩短充电时间。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种超级电容充放电检测电路，包括超级电容c1，超级电容c1的一端接地，超级电容c1的另一端为电源正极并连接有微电流充电电源v1和场效应管q1源极，场效应管q1漏极分别连接有电阻r1和场效应管q2漏极，电阻r1串联有电阻r2和电阻r3，所述场效应管q2源极连接有场效应管q3源极，场效应管q3漏极连接于电阻r1和电阻r2之间，电阻r2和电阻r3之间连接场效应管q4栅极，电阻r3另一端连接场效应管q4源极，场效应管q4源极接地，场效应管q4漏极分别连接场效应管q2栅极和场效应管q3栅极，场效应管q4漏极和场效应管q1源极之间连接负载接口p1，负载接口p1外接cc2530无线发射模块。

为了进一步完善，电阻r1、电阻r2和电阻r3均为高兆欧姆电阻。高兆欧姆电阻从超级电容两端获取极小的放电电流，有利于减少电容的充电时间。

进一步完善，场效应管q1、场效应管q2、场效应管q3和场效应管q4p均采用沟道增强型mos场效应管。相比普通三极管，场效应管为电压控制型器件，驱动功率更小；相比结型场效应管，绝缘栅型场效应管的漏电阻更大，漏电流更小。

这种超级电容充放电检测控制方法，采用分阶段电压检测，检测控制方法如下：

0<vcc<vgs(th)，场效应管q1截止，电路消耗电流＝0；

vgs(th)<vcc<(r1+r2+r3)*vg(th)/r3，场效应管q1导通，场效应管q2、场效应管q3、场效应管q4截止，电路消耗电流vcc/(r1+r2+r3)。

进一步完善，无线发射模块为cc2530无线发射芯片，工作电压范围为2.0v—3.6v。使用cc2530无线发射芯片可以方便的构成zigbee分布式无线传感器网络。由于分布式无线传感器网络不方便采用统一供电模式，采用一次性电池及充电电池在使用一段时间后需要更换电池，而采用微能量收集发电永续供电，实现传感器供电电路的免维护。

进一步完善，场效应管q1、场效应管q2、q3选择小功率p沟道增强型mosfet，vg(th)典型值为-1v；q4选择小功率n沟道增强型mosfet，vg(th)典型值为1v。选用小开启电压值的mosfet，相应的其可设置的启始放电电压和结束放电电压得范围则大。

本发明有益的效果是：本发明采用场效应管作为检测控制元件，利用其高输入阻抗的特性，实现0采样输入电流；采用电阻作为检测元件，使得检测电流降低到纳安数量级；利用场效应管存在的开启电压vg(th)的特性，配合高兆欧姆分压，使得检测电源的起始放电电压及结束放电电压可设可控。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照附图：本实施例中超级电容充放电检测电路，包括超级电容c1，超级电容c1的一端接地，超级电容c1的另一端连接有微电流充电电源v1和场效应管q1源极，场效应管q1漏极分别连接有电阻r1和场效应管q2漏极，电阻r1串联有电阻r2和电阻r3，所述场效应管q2源极连接有场效应管q3源极，场效应管q3漏极连接于电阻r1和电阻r2之间，电阻r2和电阻r3之间连接场效应管q4栅极，电阻r3另一端连接场效应管q4栅极，场效应管q4漏极分别连接场效应管q2栅极和场效应管q3栅极，场效应管q4漏极和场效应管q1源极之间连接负载接口p1。电阻r1、电阻r2和电阻r3均为高兆欧姆电阻。场效应管q1、场效应管q2、场效应管q3和场效应管q4p均采用沟道增强型mos场效应管。

这种超级电容充放电检测控制方法，采用分阶段电压检测，检测控制方法如下：

1.0<vcc<vgs(th)，q1截止，电路消耗电流＝0

2.vgs(th)<vcc<(r1+r2+r3)*vg(th)/r3，q1导通，q2、q3、q4，截止，电路消耗电流vcc/(r1+r2+r3)

本例负载为cc2430无线发射芯片，其工作电压范围为2.0v——3.6v；本应用参数选择上限电压为3.5v，下限电压为2.2v。

q1,q2，q3选择ao3401，vg(th)典型值为-1v；q4选择bss138，vg(th)典型值为1v。

取r1＝130m，r2＝120m，r3＝100m，电路充电时，电路静态电流为2.85na-10na；小于一般比较器静态电流(例如tl081a静态工作电流典型值为1.4ma最大值可达2.5ma；)

3.vcc>(r1+r2+r3)*vg(th)/r3接通负载，开始放电，放电电流主要由负载决定；

4.vcc*(r2)*/(r2+r3)>vg(th)接通负载，放电，放电电流主要由负载决定；

5.vcc*(r2)*/(r2+r3)>vg(th)关闭负载，停止放电，电路消耗电流vcc/(r1+r2+r3)。

虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

技术特征：

技术总结
一种超级电容充放电检测电路，包括超级电容C1，超级电容C1的一端接地，超级电容C1的另一端连接有微电流充电电源V1和场效应管Q1源极，场效应管Q1漏极分别连接有电阻R1和场效应管Q2漏极，电阻R1串联有电阻R2和电阻R3，所述场效应管Q2源极连接有场效应管Q3源极，场效应管Q3漏极连接于电阻R1和电阻R2之间，电阻R2和电阻R3之间连接场效应管Q4栅极，电阻R3另一端连接场效应管Q4栅极，场效应管Q4漏极分别连接场效应管Q2栅极和场效应管Q3栅极，场效应管Q4漏极和场效应管Q1源极之间连接负载接口P1。本发明采用场效应管作为检测控制元件，利用其高输入阻抗的特性，实现0采样输入电流，利用其存在Vg(th)特性，配合外接高兆欧电阻，实现检测电压可设定。

技术研发人员：陈基伟;戴坚锋
受保护的技术使用者：浙江机电职业技术学院
技术研发日：2017.06.29
技术公布日：2017.09.19