一种用于穿戴式设备的电源管理装置的制作方法

本实用新型涉及电源管理电路领域，尤其是一种用于穿戴式设备的电源管理装置。

背景技术：

随着技术的迅速发展，近年来，穿戴式设备的使用日益普及，当前穿戴式设备普遍使用锂电池、锂聚合物电池。锂电池在能量密度上具有一定的优势，但是存在穿刺而导致起火和爆炸的风险。由于可穿戴式设备与人体直接接触，这一安全问题显得尤为严重。目前主要的解决方案是增强相关保护组件的强度，避免穿刺，但是在发生严重交通意外时，这种方式并不能完全保证安全。此外，实用锂电池作为电源需要经常充电，使用起来并不方便。

为此，有人提出使用发电装置与超级电容来替代锂电池的方案。在这种技术方案下，由于发电装置的电能产生直接受到人体运动状态的影响，发电量难以保证。一般的穿戴式设备由MCU、传感器和通信单元组成，其中通信单元工作时的功耗往往是传感器和MCU的数倍到数十倍。若在这种技术方案下让MCU、传感器和通信单元共用同一组超级电容来供电，会出现一种情况：在通信单元发射信息后，超级电容的电量不足以维持MCU的正常工作，导致MCU内存中的数据丢失，因此采用这样的供电方案可靠性低。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种可靠性高的用于穿戴式设备的电源管理装置。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种用于穿戴式设备的电源管理装置，包括发电模块、第一电源管理模块、第二电源管理模块、主电容组和缓冲电容组，所述主电容组和缓冲电容组均包括至少一个超级电容，所述发电模块的输出端与第一电源管理模块的输入端连接，所述第一电源管理模块的输出端与第二电源管理模块的输入端连接，所述主电容组与第一电源管理模块连接，所述缓冲电容组与第二电源管理模块连接。

进一步，所述发电模块为电磁感应式发电模块或者为压电陶瓷。

进一步，所述超级电容为双电层电容器。

进一步，所述主电容组由多个超级电容组成。

进一步，所述缓冲电容组为单个超级电容。

进一步，所述第一电源管理模块包括比较器和受控开关，所述受控开关的第一端与主电容组的输出端连接，所述受控开关的第二端与第二电源管理模块的输入端连接，所述受控开关的第三端与比较器的输出端连接，所述比较器的第一输入端与发电模块的输出端连接，所述比较器的第二输入端连接有参考电压。

本实用新型的有益效果是：包括发电模块、第一电源管理模块、第二电源管理模块、主电容组和缓冲电容组，本实用新型设置了主电容组和缓冲电容组来分别给穿戴式设备的通信单元和MCU进行供电，使得通信单元在工作时不会直接影响MCU的供电，从而保证了MCU 供电的稳定性，增强了穿戴式设备的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一种用于穿戴式设备的电源管理装置的模块框图；

图2为本实用新型一种具体实施例的用于穿戴式设备电源管理装置的应用电路的模块框图。

具体实施方式

参照图1，一种用于穿戴式设备的电源管理装置，包括发电模块、第一电源管理模块、第二电源管理模块、主电容组和缓冲电容组，所述主电容组和缓冲电容组均包括至少一个超级电容，所述发电模块的输出端与第一电源管理模块的输入端连接，所述第一电源管理模块的输出端与第二电源管理模块的输入端连接，所述主电容组与第一电源管理模块连接，所述缓冲电容组与第二电源管理模块连接。

进一步作为优选的实施方式，所述发电模块为电磁感应式发电模块或者为压电陶瓷。本领域技术人员可以根据应用场合的不同，采用不同的发电模块。其中，电磁感应式发电模块是指通过某种机械结构将机械能通过电磁感应的方式转换为电能的装置。

进一步作为优选的实施方式，所述超级电容为双电层电容器。双电层电容器技术成熟，能量密度高，适用于穿戴式设备的应用场合。

进一步作为优选的实施方式，所述主电容组由多个超级电容组成。主电容组的容量可以设置成大于缓冲电容组的容量，保证主电容组向缓冲电容组充电后还能够剩余较多的电量，这样有利于保证MCU与传感器的正常运行。

进一步作为优选的实施方式，所述缓冲电容组为单个超级电容。

进一步作为优选的实施方式，所述第一电源管理模块包括比较器和受控开关，所述受控开关的第一端与主电容组的输出端连接，所述受控开关的第二端与第二电源管理模块的输入端连接，所述受控开关的第三端与比较器的输出端连接，所述比较器的第一输入端与发电模块的输出端连接，所述比较器的第二输入端连接有参考电压。

下面结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型进行进一步的说明。

参照图2，本实施例提供一种用于穿戴式设备的电源管理装置的应用电路，该装置包括发电模块、第一电源管理模块、第二电源管理模块、主电容组和缓冲电容组。

其中，发电模块，用于产生电能，并将产生的电能输入到第一电源管理模块，在本实施例中，发电模块采用电磁感应式发电模块(包含必要的整流电路)。在替代实施例中，可以采用压电陶瓷(包含必要的整流电路)作为发电模块。

第一电源管理模块，用于将发电模块产生的电能进行电压变换(如升压和降压等等)并存储到主电容组中；也用于将主电容组输出的电能进行电压变换后提供给包括MCU、传感器和第二电源管理模块等部件。第一电源管理模块还用于根据输入信号通断第二电源管理模块的电源输入。其中，电压变换的功能可以通过现有的电源管理芯片实现。在本实施例中，通断第二电源管理模块的电源输入的功能由一个比较器OP和受控开关S配合实现。如图2所示，可以在比较器OP的其中一个输入端设置一个参考电压Vref，当发电模块的输入电压超过参考电压Vref时，比较器OP的输出电平会翻转，从而触发受控开关S闭合，此时，主电容组通过第二电源管理模块向缓冲电容组放电，从而实现有条件地向缓冲电容组充电。在代替实施例中，可以由穿戴式设备的MCU发送控制信号来控制第一电源管理模块通断主电容组和第二电源管理模块之间的连接，以向缓冲电容组实施有条件的充电。采用对缓冲电容组实施有条件的充电的硬件方案，能够保证主电容组保持足够的电能，有助于保障MCU等重要器件的供电，避免MCU数据丢失或者工作异常。

第二电源管理模块，用于将第一电源管理模块输出的电能进行电压变换后储到缓冲电容组中，以及用于将缓冲电容组输出的电能进行电压变换后提供给通信单元。所述第二电源管理模块可以采用现有电源管理芯片实现，所述第一、第二电源管理芯片可以采用美信公司喜马拉雅系列低功耗的电源管理芯片实现。

主电容组，由多个超级电容组成，缓冲电容组可以是单个超级电容，其中主电容组的容量一般大于缓冲电容组。其中超级电容可以用双电层电容器实现，双电层电容器技术成熟，能量密度高，适用于穿戴式设备的应用场合。

本实用新型的工作原理为：当发电模块在人体运动的作用下产生电能后，电能通过第一电源管理模块存储到主电容组中，主电容组向穿戴式设备的MCU和传感器进行供电，使得穿戴式设备能够维持基本的功能，即数据采集。其次，随着主电容组存储的电能增加，主电容组通过第一和第二电源管理模块向缓冲电容组充电，缓冲电容组专门用于通信单元的供电。当MCU触发通信单元通信时，通信单元从缓冲电容组取电。在本实用新型中，采用不同的电容组分别向MCU和通信单元供电，能够避免通信发射将电能完全耗光而导致MCU无法正常运作的情况。换句话说，当电量不足时，即使通信单元进行通信发射，其消耗的仅仅是缓冲电容组的电量，不会直接将主电容组的电能也消耗完。此时MCU仍然能够获取足够的电量以维持正常运作，因此本实用新型可靠性较强。

此外，在不同类型的穿戴式设备中，其组成部件可能不同，本实用新型实施例中所指的 MCU和传感器并不一定是多个分立的元件，其实现也可以是集成传感器的MCU或者具有数据处理能力的传感器。实施例中的MCU和传感器仅为实现数据采集和数据处理(运算、A/D 转换和存储)的部件的一种举例。此外，实施例中的通信单元包括但不限于蓝牙模块、WIFI 模块、zigbee模块、2G/3G/4G模块和433通信模块等。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。