基于微电流的供电系统的制作方法

本实用新型涉及一种供电系统，尤其涉及一种基于微电流的供电系统。

背景技术：

在大型发电机组工作过程中，需要对发电机的工作状态进行监测，在监测过程中需要使用各种传感器，比如温度传感器、振动传感器以及一些处理信号的芯片，这些用电设备在工作过程中需要稳定的低压直流电，现有技术中，这些低压直流电往往通过现有的蓄电设备或者电压转设备将交流电转换成直流电然后经过电压转换进行供电，采用蓄电池供电，虽然供电稳定，但是，其蓄电池需要频繁进行充电，使用不便，而采用交流电进行转换的供电方式虽然同样能够达到持续供电，但是，市电的交流电或者发电机输出的交流电的电压普遍较高，容易造成设备损坏；而在发电机工作过程中，其励磁电流中具有谐波成分，一般来说，这些谐波都是无用的且会被过滤，而且由于励磁电流的谐波成分较为微弱，现有技术中对于其利用并不充分。

因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段，能够从发电机的励磁电流的谐波中获取稳定可靠的直流电向发电机的监测用电器件进行供电。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于微电流的供电系统，能够从发电机的励磁电流的谐波中获取电能，并且能够将该电能进行处理后向负载提供稳定可靠的工作用电，从而有效避免现有供电方式存在的缺陷。

本实用新型提供过的一种基于微电流的供电系统，包括能量收集模块和低功耗电源模块；

所述能量收集模块，其输入端输入微电流，用于对微电流进行汇集以及转换处理，并向低功耗电源模块输出电压信号；

所述低功耗电源模块，其输入端与能量收集模块的输出端连接，用于接收能量收集模块的电压信号并将该电压信号转换成稳定的电压信号提供给负载。

进一步，所述低功耗电源模块包括电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电容c9、电容c10、nmos管q6、pmos管q7以及二极管d2；

所述pmos管q7的源极与电阻r8的一端连接，电阻r8的另一端通过电阻r9与电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端接地，pmos管q7的源极和电阻r8之间的公共连接点作为低功耗电源模块的输入端连接于能量收集模块的输出端；

pmos管q7的源极通过电阻r13与pmos管q7的栅极连接，pmos管q7的栅极与nmos管q6的漏极连接，nmos管q6的源极接地，nmos管q6的栅极连接于电阻r9与电阻r11之间的公共连接点，nmos管q6的栅极通过电阻r10连接于电阻r8和电阻r9之间的公共连接点，nmos管q6的栅极通过电阻r12接地，nmos管q6的栅极通过电容c9接地，pmos管q7的漏极通过电容c10接地，pmos管q7的漏极和电容c10的公共连接点作为低功耗电源模块的输出端；

pmos管q7的漏极通过电阻r14和电阻r15串联后与二极管d2的正极连接，二极管d2的负极连接于nmos管q6的栅极，二极管d2的正极和电阻r15之间的公共连接点作为低功耗电源模块的控制输入端。

进一步，所述能量收集模块包括芯片ic1、锂电池bat1、电容c1、电容c2、电容c3、锂电池bat2、电容c6、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电感l1、pmos管q1、pmos管q2、pmos管q3以及pmos管q4；

所述芯片ic1为bq25505rfrr芯片，电感l1的一端通过电容c1接地，电感l1的另一端与ic1的20引脚连接，电感l1和电容c1之间的公共连接点作为能量收集模块的输入端，芯片ic1的4引脚通过电容c2接地，芯片ic1的1引脚接地，芯片ic1的2引脚连接于电感l1和电容c1之间的公共连接点，芯片ic1的5引脚接地；

芯片ic1的8引脚通过电阻r1和电阻r2串联后接地，电阻r1和电阻r2之间的公共连接点与芯片ic1的7引脚连接，芯片ic1的8引脚通过电阻r3与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端通过电阻r5接地，电阻r3和电阻r4之间的公共连接点与芯片ic1的11引脚连接，电阻r4和电阻r5之间的公共连接点与芯片ic1的12引脚连接，芯片ic1的3引脚和19引脚与pmos管q1的源极连接，pmos管q1的源极通过电容c3接地，pmos管q1的漏极与pmos管q2的源极连接，芯片ic1的18引脚与锂电池bat1的正极连接，芯片ic1的14引脚与pmos管q3的源极连接，pmos管q3的漏极与pmos管q4的源极连接，pmos管q4的漏极通过电容c6接地，pmos管q2的漏极连接于pmos管q4的漏极，pmos管q4的漏极和电容c6之间的公共连接点作为能量收集模块的输出端，pmos管q1的栅极和pmos管q2的栅极连接于芯片ic1的9引脚，pmos管q3和pmos管q4的栅极连接于芯片ic1的10引脚，芯片ic1的14引脚与锂电池bat2的正极连接。

进一步，还包括比较控制电路，所述比较控制电路用于检测低功耗电源模块的输出电压，并在低功耗电源模块的输出电压低于设定电压值时控制低功耗电源模块停止供电输出。

进一步，所述比较控制电路包括基准电路、比较器u1、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20以及三级管q8；

所述比较器为tlv3961比较器，所述比较器u1的同相端通过电阻r16与基准电路的输出端连接，比较器u1的同相端通过电阻r17与比较器u1的输出端连接，比较器u1的输出端与电阻r20的一端连接，电阻r20的另一端与三极管q8的基极连接，三极管q8的发射极接地，三极管q8的集电极作为比较控制电路的控制输出端连接于低功耗电源模块的控制输入端；电阻r18的一端连接于低功耗电源模块的输出端，电阻r18的另一端通过电阻r19接地，电阻r18和电阻r19的公共连接点与比较器u1的反相端连接。

进一步，还包括电能获取模块，所述电能获取模块用于接收取电设备输出的交流信号，并将交流信号转换成直流电并提供给能量收集模块。

进一步，还包括过压保护模块，所述过压保护模块用于检测电能获取模块输出的直流电的电压信号，并在电压值大于安全阈值时对电能获取模块后端电路执行过压保护。

进一步，过压保护模块包括过压判断电路和过压保护执行电路；

所述过压保护执行电路，用于接收过压判断电路输出控制命令，根据控制命令对电能获取模块的后端电路执行过压保护；

所述过压判断电路，用于检测电能获取模块的输出电压并与安全阈值电压比较，在电能获取模块输出电压大于安全阈值时输出控制命令至过压保护执行电路并执行保护。

进一步，所述电能获取模块包括整流电路、电容c8以及二极管d1；

所述整流电路的输入端与取电设备输出端连接，整流电路的输出端通过电容c8接地，整流电路的输出端与二极管d1的正极连接，二极管d1的负极作为电能获取模块的输出端。

进一步，所述过压保护电路包括过压判断电路和过压保护执行电路；

过压判断电路包括芯片ic2、电容c13、电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25以及电阻r26；

所述过压保护执行电路包括nmos管q5；

所述芯片ic2为adcmp341芯片，芯片ic2的7引脚通过电容c13接地，电容c13和芯片ic2的7引脚之间的公共连接点作为芯片ic2的电源输入端连接于电源端vo1，电阻r25的一端连接于电源端v01作为过压判断电路的检测输入端，电阻r25的另一端通过电阻r26和电阻r22串联后接地，电阻r25和电阻r26之间的公共连接点与芯片ic2的2引脚连接，电阻r26和电阻r22的公共连接点与芯片ic2的3引脚连接，电阻r23的一端连接于电源端vo1，电阻r23的另一端连接电阻r24的一端，电阻r24的另一端连接芯片ic2的1引脚，芯片ic2的4引脚接地，电阻r23与电阻r24的公共连接点作为过压判断电路的输出端；

所述nmos管q5的栅极作为过压保护执行电路的输入端与过压判断电路的输出端连接，nmos管q5的源极接地，nmos管q5的漏极连接于二极管d1的正极。

本实用新型的有益效果：通过本实用新型，能够从发电机的励磁电流的谐波中获取电能，并且能够将该电能进行处理后向负载提供稳定可靠的工作用电，从而有效避免现有供电方式存在的缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的能量收集模块的电路原理图。

图3为本实用新型的低功耗电源模块电路原理图。

图4为本实用新型的过压判断电路的电路原理图。

图5为本实用新型的比较控制电路的电路原理图。

图6为本实用新型的电能获取模块的电路原理图。

图7为本实用新型的基准电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型做出进一步详细说明：

本实用新型提供过的一种基于微电流的供电系统，包括能量收集模块和低功耗电源模块；

所述能量收集模块，其输入端输入微电流，用于对微电流进行汇集以及转换处理，并向低功耗电源模块输出电压信号；

所述低功耗电源模块，其输入端与能量收集模块的输出端连接，用于接收能量收集模块的电压信号并将该电压信号转换成稳定的电压信号提供给负载；通过本实用新型的结构，能够从发电机的励磁电流的谐波中获取电能，并且能够将该电能进行处理后向负载提供稳定可靠的工作用电，从而有效避免现有供电方式存在的缺陷；其中，能量收集模块的输入端输入的微电流通过电流互感器等输出的微电流信号经过整流滤波后输入，当然，本实用新型的结构不仅仅是适用于发电机中，而且在其他设备中，能够获取微电流的场合均适用。

本实施例中，所述低功耗电源模块包括电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电容c9、电容c10、nmos管q6、pmos管q7以及二极管d2；

所述pmos管q7的源极与电阻r8的一端连接，电阻r8的另一端通过电阻r9与电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端接地，pmos管q7的源极和电阻r8之间的公共连接点作为低功耗电源模块的输入端连接于能量收集模块的输出端；

pmos管q7的源极通过电阻r13与pmos管q7的栅极连接，pmos管q7的栅极与nmos管q6的漏极连接，nmos管q6的源极接地，nmos管q6的栅极连接于电阻r9与电阻r11之间的公共连接点，nmos管q6的栅极通过电阻r10连接于电阻r8和电阻r9之间的公共连接点，nmos管q6的栅极通过电阻r12接地，nmos管q6的栅极通过电容c9接地，pmos管q7的漏极通过电容c10接地，pmos管q7的漏极和电容c10的公共连接点作为低功耗电源模块的输出端；

pmos管q7的漏极通过电阻r14和电阻r15串联后与二极管d2的正极连接，二极管d2的负极连接于nmos管q6的栅极，二极管d2的正极和电阻r15之间的公共连接点作为低功耗电源模块的控制输入端；该电路刚开始工作的时候，电容c9的电压很低，此时，由于nmos管q6的栅极能够得到的电压值很小，而且由于nmos管q6的导通电阻大，并且通过设定电阻r8-r13的阻值(该阻值一般都为兆欧级)，使得nmos管q6是截止，pmos管q7也是截止的，因此漏电流极小，减小了电路的自身损耗，延迟了电容c6的放电时间，从而防止能量流失，随着电容c9电压逐渐升高，从而nmos管q6的栅极电压会逐渐升高直至导通，此时，pmos管q7的栅极电压拉低，从而使得pmos管q7导通，此时nmos管q6的栅极通过电阻r14、电阻r15以及二极管d2进行叠加供电，因此，nmos管q6会处于持续导通中，pmos管q7也会持续导通，确保供电时间的持续性。

本实施例中，所述能量收集模块包括芯片ic1、锂电池bat1、电容c1、电容c2、电容c3、锂电池bat2、电容c6、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电感l1、pmos管q1、pmos管q2、pmos管q3以及pmos管q4；

所述芯片ic1为bq25505rfrr芯片，电感l1的一端通过电容c1接地，电感l1的另一端与ic1的20引脚连接，电感l1和电容c1之间的公共连接点作为能量收集模块的输入端，芯片ic1的4引脚通过电容c2接地，芯片ic1的1引脚接地，芯片ic1的2引脚连接于电感l1和电容c1之间的公共连接点，芯片ic1的5引脚接地；

芯片ic1的8引脚通过电阻r1和电阻r2串联后接地，电阻r1和电阻r2之间的公共连接点与芯片ic1的7引脚连接，芯片ic1的8引脚通过电阻r3与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端通过电阻r5接地，电阻r3和电阻r4之间的公共连接点与芯片ic1的11引脚连接，电阻r4和电阻r5之间的公共连接点与芯片ic1的12引脚连接，芯片ic1的3引脚和19引脚与pmos管q1的源极连接，pmos管q1的源极通过电容c3接地，pmos管q1的漏极与pmos管q2的源极连接，芯片ic1的18引脚与锂电池bat1的正极连接，芯片ic1的14引脚与pmos管q3的源极连接，pmos管q3的漏极与pmos管q4的源极连接，pmos管q4的漏极通过电容c6接地，pmos管q2的漏极连接于pmos管q4的漏极，pmos管q4的漏极和电容c6之间的公共连接点作为能量收集模块的输出端，pmos管q1的栅极和pmos管q2的栅极连接于芯片ic1的9引脚，pmos管q3和pmos管q4的栅极连接于芯片ic1的10引脚，芯片ic1的14引脚与锂电池bat2的正极连接，通过上述结构，能够使得整个供电系统从微弱的电流汇集足够的电能并供给后续电路，其中bq25505是一款高效增压的充电器，该充电器仅需要微瓦的电量就能工作，非常适合满足超低功率应用的特殊需要。该芯片ic1的11引脚和12引脚、r3、r4、r5设定电池电压的工作范围；芯片ic1的3引脚采样芯片ic1的19引脚电压，当锂电池bat1电压高于设定阀值后，芯片ic1的9引脚为低电平，芯片ic1的14引脚为高电平，pmos管q1和pmos管q2导通；当锂电池bat1低于设定阀值后，芯片ic1的9引脚为高电平，芯片ic1的14引脚为低电平，pmos管q3和pmos管q4导通，锂电池bat2给负载供电；芯片ic1的20引脚可以有效地从电能获取模块中提取能量给连接到芯片ic1的18引脚的锂电池bat1充电；锂电池bat1和锂电池bat2交替工作。

本实施例中，还包括比较控制电路，所述比较控制电路用于检测低功耗电源模块的输出电压，并在低功耗电源模块的输出电压低于设定电压值时控制低功耗电源模块停止供电输出。

具体地：所述比较控制电路包括基准电路、比较器u1、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20以及三级管q8；

所述比较器为tlv3961比较器，所述比较器u1的同相端通过电阻r16与基准电路的输出端连接，比较器u1的同相端通过电阻r17与比较器u1的输出端连接，比较器u1的输出端与电阻r20的一端连接，电阻r20的另一端与三极管q8的基极连接，三极管q8的发射极接地，三极管q8的集电极作为比较控制电路的控制输出端连接于低功耗电源模块的控制输入端，即二极管d2和电阻r15之间的公共连接点；电阻r18的一端连接于低功耗电源模块的输出端，电阻r18的另一端通过电阻r19接地，电阻r18和电阻r19的公共连接点与比较器u1的反相端连接。由于整个供电系统的输入电流比较微弱，当输入电流不足以持续满足后续的用电电压要求时，如果此时低功耗电源模块还向后续的负载供电，那么这些负载将处于欠压工作状态，这对于如温度传感器、振动传感器类的负载无法准确输出，当低功耗电源模块的输出电压低于设定值时，比较器u1输出高电平，三极管q8导通，二极管d2的正极电位拉低，使得低功耗电源模块的nmos管q6的栅极电压拉低而截止，从而使得pmos管q7截止，使得低功耗电源模块无输出，而且，三极管q8的导通，加快电容c10的放电，降低nmos管q6栅极电压，使其快速截止，从而对后续电路进行钳压保护，其中，基准电路采用ref33系列的基准电路。

本实施例中，还包括电能获取模块，所述电能获取模块用于接收取电设备输出的交流信号，并将交流信号转换成直流电并提供给能量收集模块，具体地：

所述电能获取模块包括整流电路、电容c8以及二极管d1；

所述整流电路的输入端与取电设备输出端连接，整流电路的输出端通过电容c8接地，整流电路的输出端与二极管d1的正极连接，二极管d1的负极作为电能获取模块的输出端，其中，整流电路采用的是理想二极管组成的全桥式整流电路，在通过10a电流时其自身的损耗在0.1v以内，取电设备一般指的是电流互感器或者电压互感器，当然，在其他有微交流电的场合可以不用电流传感器或电压传感器，可以直接与整流电路连接，其中，整流电路采用接近与理想的整流电路，即电流在10a时整流电路的压降在0.1v以下，从而能够有效降低能量损耗。

本实施例中，过压保护模块包括过压判断电路和过压保护执行电路；

所述过压保护执行电路，用于接收过压判断电路输出控制命令，根据控制命令对电能获取模块的后端电路执行过压保护；

所述过压判断电路，用于检测电能获取模块的输出电压并与安全阈值电压比较，在电能获取模块输出电压大于安全阈值时输出控制命令至过压保护执行电路并执行保护。

所述过压保护电路包括过压判断电路和过压保护执行电路；

过压判断电路包括芯片ic2、电容c13、电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25以及电阻r26；

所述过压保护执行电路包括nmos管q5；

所述芯片ic2为adcmp341芯片，芯片ic2的7引脚通过电容c13接地，电容c13和芯片ic2的7引脚之间的公共连接点作为芯片ic2的电源输入端连接于电源端vo1，电阻r25的一端连接于电源端v01作为过压判断电路的检测输入端，电阻r25的另一端通过电阻r26和电阻r22串联后接地，电阻r25和电阻r26之间的公共连接点与芯片ic2的2引脚连接，电阻r26和电阻r22的公共连接点与芯片ic2的3引脚连接，电阻r23的一端连接于电源端vo1，电阻r23的另一端连接电阻r24的一端，电阻r24的另一端连接芯片ic2的1引脚，芯片ic2的4引脚接地，电阻r23与电阻r24的公共连接点作为过压判断电路的输出端；

所述nmos管q5的栅极作为过压保护执行电路的输入端与过压判断电路的输出端连接，nmos管q5的源极接地，nmos管q5的漏极连接于二极管d1的正极。

虽然整个系统的输入电流比较微小，但是，由于其使用环境等影响，难免会出现电压突然波动情况，如果该电压峰值过大，同样会对后续电路造成损坏，通过上述结构，能够有效的对后续的电路形成保护；其中，通过ic2、电阻r22、电阻r25和电阻r26构成一个迟滞比较器，当正常时，ic2的1引脚输出低电平，nmos管q5不动作，当电能获取电路输出电压高于电压安全阀值时，芯片ic2将输出高电平，从而使得nmos管q5导通，通过电阻r7将电能获取模块的电压下拉，电阻r7是小阻值大功率的功率电阻，用于消耗过压产生的能量，从而保护后续电路因电压过高而损坏；为了对在过压保护执行过程中进行指示，还设置有指示电路，指示电路由电阻r6、发光二极管ed1，发光二极管ed1的正极通过电阻r6连接于二极管d1的正极，发光二极管ed1的负极与nmos管q5的漏极连接，当nmos官q5导通后，此时拉低二极管d1正极的电位，实现过压保护，而且，发光二极管de1的供电回路导通，发光二极管ed1工作发光。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。