一种电压自举芯片、弱光采集电路、设备及其控制方法与流程

本申请属于弱能量采集领域，尤其涉及一种电压自举芯片、弱光采集电路、设备及其控制方法。

背景技术：

在弱能量采集领域，能量采集效率很低，以弱光采集电路为例，光板在光线不足的情况下并不能达到理想的设计电压，而无法给高电压的电池进行充电，等于浪费了低于电池电压部分的光板提供的能量。

因此，上述弱光采集电路存在无法采集低于电池电压的能量从而导致地微弱能量采集的阈值高和能量采集效率低的缺陷。

技术实现要素：

本申请提供了一种电压自举芯片、弱光采集电路、设备及其控制方法，旨在解决现有技术所存在的微弱能量采集的阈值高和能量采集效率低的问题。

本申请是这样实现的，一种电压自举芯片，其与第一光能采集组件、第一储能组件、第二储能组件以及第一电池连接；所述电压自举芯片包括开关组件、第一单向导通组件以及第二单向导通组件、第三单向导通组件、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管；

所述第二场效应管的栅极共同构成所述电压自举芯片的第一控制端，所述第三场效应管的栅极和所述第四场效应管的栅极共同构成所述电压自举芯片的第二控制端，所述开关组件的控制端为所述电压自举芯片的第三控制端，所述第三场效应管的漏极、所述第一单向导通组件的负极以及所述第二单向导通组件的正极共同构成所述电压自举芯片的第一电容端，所述第二场效应管的源极以及所述第一单向导通组件的正极共同构成所述电压自举芯片的第一电压输入端，所述第二场效应管的漏极和所述开关组件的第一输入输出端共同构成所述电压自举芯片的模拟地端，所述开关组件的第二输入输出端和所述第四场效应管的漏极共同构成所述电压自举芯片的电源地端，所述第四场效应管的源极与所述第三场效应管的源极共同构成所述电压自举芯片的第一电压输出端，所述第二单向导通组件的负极和所述第三单向导通组件的正极共同构成所述电压自举芯片的第二电容端，所述第三单向导通组件的负极为所述电压自举芯片的输出端；

所述第一光能采集组件的正极与所述电压自举芯片的第一电压输入端连接，所述第一储能组件的第一端与所述电压自举芯片的第一电容端连接，所述第二储能组件的第一端与所述电压自举芯片的第二电容端连接，所述第二储能组件的第二端与所述电压自举芯片的第一电压输出端连接，所述第一储能组件的第二端与所述电压自举芯片的模拟地端共接于第一信号地，所电压自举芯片的输出端与所述第一电池的正极连接，所述第一电池的负极、所述电压自举芯片的电源地端以及所述第一光能采集组件的负极共接于电源地；

所述第一光能采集组件配置为根据接收的光能生成第一电压；所述第一单向导通组件和所述第二单向导通组件均配置为单向导通所述第一电压；所述第一储能组件和所述第二储能组件均配置为根据所述第一电压进行充电；所述开关组件配置为根据第二控制信号关断电源地和第一信号地的连接；所述第二场效应管根据第一控制信号连通第一信号地和所述电压自举芯片的第一电压输入端，所述第三场效应管根据第三控制信号连通所述电压自举芯片的第一电容端和所述电压自举芯片的第一电压输出端以使所述第一光能采集组件、所述第一储能组件以及第二储能组件依次串联以通过所述第三单向导通组件对所述第一电池进行充电。

在其中一个实施例中，所述开关组件为第一耗尽型场效应管；

所述第一耗尽型场效应管的栅极为所述开关组件的控制端，所述第一耗尽型场效应管的漏极为所述开关组件的第一输入输出端，所述第一耗尽型场效应管的源极为所述开关组件的第二输入输出端。

在其中一个实施例中，所述第四场效应管为耗尽型场效应管。

在其中一个实施例中，所述第一单向导通组件为第一二极管，所述第二单向导通组件为第二二极管，所述第三单向导通组件为第三二极管。

本申请还提供一种的电压自举芯片的控制方法，包括：

步骤a1：所述第一光能采集组件输出的第一电压，通过所述开关组件导通以使所述电压自举芯片的模拟地端连接电源地；所述第一储能组件根据所述第一单向导通组件导通的第一电压进行充电并生成第一充电电压；通过第四场效应管导通以使所述第二储能组件根据所述第二单向导通组件单向导通的第一电压进行充电并生成第二充电电压；

步骤a2：所述电压自举芯片根据所述第一单向导通组件单向导通的所述第一电压工作；

步骤a3：通过所述电压自举芯片的第二控制端输入第二控制信号以控制所述开关组件关断，以使所述电压自举芯片的模拟地端与电源地断开；控制所述电压自举芯片的第一控制端输入第一控制信号，以使第一信号地的电位等于所述第一光能采集组件的正极的电位，第一储能组件第二端的电位等于所述第一光能采集组件的正极的电位，第一储能组件第一端的电压为所述第一电压和所述第一充电电压的和，所述第一控制信号为低电平；控制所述电压自举芯片的第三控制端输入第三控制信号，以使所述第二储能组件的第二端的电位等于所述电压自举芯片的第一电容端的电位，所述第二储能组件的第二端的电位等于第一储能组件的第一端的电位，以使所述第二储能组件的第一端的电压等于所述第一电压、所述第一充电电压以及所述第二充电电压的和，所述第三控制信号为高电平；所述第三单向导通组件单向导通所述第二储能组件的第一端的电压以对所述第一电池进行充电。

本申请还提供一种弱光采集设备，与第一电池连接，包括第一光能采集组件、第一储能组件、第二储能组件、第一单向导通组件、第二单向导通组件、第三单向导通组件以及如上述的电压自举芯片。

在其中一个实施例中，所述第一光能采集组件包括第一光能板。

在其中一个实施例中，所述第一储能组件为第一电容，所述第二储能组件为第二电容。

本申请还提供一种弱光采集电路，与第一电池连接，包括微处理器、开关组件、第一光能采集组件、第一储能组件、第二储能组件、第一单向导通组件、第二单向导通组件以及第三单向导通组件；

所述第一光能采集组件配置为根据接收的光能生成第一电压；

所述第一单向导通组件，与所述第一光能采集组件连接，配置为单向导通所述第一电压；

所述第二单向导通组件，与所述第一单向导通组件连接，配置为单向导通所述第一电压；

所述第一储能组件配置为根据所述第一电压进行充电；

所述第二储能组件，与所述述第二单向导通组件连接，配置为根据所述第一电压进行充电；

所述开关组件，与所述第一光能采集组件连接，配置为根据第二控制信号关断电源地和第一信号地的连接；

所述微处理器，具有与所述第一光能采集组件的正极和所述第一单向导通组件连接的第一输入输出端、与所述开关组件连接的第二输入输出端、与所述第二储能组件连接的第三输入输出端、与所述第一储能组件、所述第一单向导通组件以及所述第二单向导通组件连接的电源端以及与所述第一储能组件和所述开关组件共接于第一信号地的接地端，配置为生成所述第二控制信号，并生成第一控制信号以使第一信号地连接所述微处理器的第一输入输出端，且生成第三控制信号以使所述微处理器的电源端连接所述微处理器的第三输入输出端，以使所述第一光能采集组件、所述第一储能组件以及第二储能组件依次串联以通过所述第三单向导通组件对所述第一电池进行充电。

在其中一个实施例中，所述第一光能采集组件为第二光能板，所述第一储能组件为第三电容，所述第二储能组件为第四电容，所述第二单向导通组件为第四二极管，所述第三单向导通组件为第五二极管，所述第一单向导通组件为第七二极管。

在其中一个实施例中，所述开关组件包括第二耗尽型场效应管和第一电阻；

所述第二耗尽型场效应管的栅极和所述第一电阻的第一端共同构成所述开关组件的控制端，所述第二耗尽型场效应管的漏极为所述开关组件的第一输入输出端，所述第二耗尽型场效应管的源极和所述第一电阻的第二端共同构成所述开关组件的第二输入输出端。

在其中一个实施例中，所述开关组件包括第一三极管、第二三极管、第六二极管、第二电阻以及第三电阻；

所述第一三极管的发射极为所述开关组件的电源端，所述第一三极管的基极与所述第六二极管的负极和所述第三电阻的第一端连接，所述第一三极管的集电极与所述第二电阻的第一端连接，所述第六二极管的正极为所述开关组件的控制端，所述第二电阻的第二端与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极和所述第三电阻的第二端共同构成所述开关组件的第二输入输出端，所述第二三极管的集电极为所述开关组件的第一输入输出端。

本申请还提供一种如上述的弱光采集电路的控制方法，包括：

步骤b1：所述第一光能采集组件输出的第一电压；通过所述开关组件导通以使所述微处理器的接地端连接电源地；所述第一储能组件根据所述第一单向导通组件导通的第一电压进行充电并生成第一充电电压；所述微处理器的第三输入输出端为低电平以使所述第二储能组件根据所述第二单向导通组件单向导通的第一电压进行充电并生成第二充电电压；

步骤b2所述微处理器根据所述第一单向导通组件单向导通的所述第一电压工作；

步骤b3：通过所述微处理器的第二输入输出端输入第二控制信号以控制所述开关组件关断，以使所述微处理器的接地端与电源地断开；控制所述微处理器的第一输入输出端输入第一控制信号，以使第一信号地的电位等于所述第一光能采集组件的正极的电位，第一储能组件第二端的电位等于所述第一光能采集组件的正极的电位，第一储能组件第一端的电压为所述第一电压和所述第一充电电压的和，所述第一控制信号为低电平；控制所述微处理器的第三输入输出端输入第三控制信号，以使所述第二储能组件的第二端的电位等于所述微处理器的电源端的电位，所述第二储能组件的第二端的电位等于第一储能组件的第一端的电位，以使所述第二储能组件的第一端的电压等于所述第一电压、所述第一充电电压以及所述第二充电电压的和，所述第三控制信号为高电平；所述第三单向导通组件单向导通所述第二储能组件的第一端的电压以对所述第一电池进行充电。

本申请提供的技术方案带来的有益效果是：从上述本申请可知，由于与第一光能采集组件、第一储能组件、第二储能组件以及第一电池连接，并通过包括开关组件、第一单向导通组件至第三单向导通组件、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管；第一光能采集组件根据接收的光能生成第一电压；第一单向导通组件和第二单向导通组件单向导通第一电压；开关组件根据第二控制信号关断电源地和第一信号地的连接；第二场效应管根据第一控制信号连通第一信号地和电压自举芯片的第一电压输入端，第三场效应管根据第三控制信号连通所述电压自举芯片的第一电容端和电压自举芯片的第一电压输出端，以使所述第一光能采集组件、所述第一储能组件以及第二储能组件依次串联以通过所述第三单向导通组件对所述第一电池进行充电；通过第一光能采集组件、所述第一储能组件以及第二储能组件依次串联实现了三倍的倍压自举，降低了微弱能量采集的阈值，并提高了能量采集效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的电压自举芯片的一种模块结构图；

图2为本申请实施例提供的电压自举芯片的另一种模块结构图；

图3为本申请实施例提供的电压自举芯片的一种电路结构示意图；

图4为本申请实施例提供的弱光采集设备的一种模块结构图；

图5为本申请实施例提供的弱光采集设备的一种示例电路结构图；

图6为本申请实施例提供的弱光采集电路的一种模块结构图；

图7为本申请实施例提供的弱光采集电路的一种示例电路结构图；

图8为本申请实施例提供的弱光采集电路的另一种示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

图1示出了本申请实施例提供的弱光采集设备的电压自举芯片的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分，详述如下：

一种电压自举芯片01，其与第一光能采集组件02、第一储能组件03、第二储能组件04以及第一电池08连接；电压自举芯片01包括开关组件011、第一单向导通组件05以及第二单向导通组件06、第三单向导通组件07、第二场效应管m2、第三场效应管m3以及第四场效应管m4。

其中，第二场效应管m2的栅极共同构成电压自举芯片01的第一控制端a，第三场效应管m3的栅极和第四场效应管m4的栅极共同构成电压自举芯片01的第二控制端b，开关组件011的控制端为电压自举芯片01的第三控制端c，第三场效应管m3的漏极、第一单向导通组件05的负极以及第二单向导通组件06的正极共同构成电压自举芯片01的第一电容端pc1，第二场效应管m2的源极以及第一单向导通组件05的正极共同构成电压自举芯片01的第一电压输入端p1.0，第二场效应管m2的漏极和开关组件011的第一输入输出端共同构成电压自举芯片01的模拟地端agnd，开关组件011的第二输入输出端和第四场效应管m4的漏极共同构成电压自举芯片01的电源地端gnd，第四场效应管m4的源极与第三场效应管m3的源极共同构成电压自举芯片01的第一电压输出端p2.0，第二单向导通组件06的负极和第三单向导通组件07的正极共同构成电压自举芯片01的第二电容端pc2，第三单向导通组件07的负极为电压自举芯片的输出端out。

其中，第一光能采集组件02的正极与电压自举芯片01的第一电压输入端p1.0连接，第一储能组件03的第一端与电压自举芯片01的第一电容端pc1连接，第二储能组件04的第一端与电压自举芯片01的第二电容端pc2连接，第二储能组件04的第二端与电压自举芯片01的第一电压输出端p2.0连接，第一储能组件03的第二端与电压自举芯片01的模拟地端agnd共接于第一信号地，电压自举芯片01的输出端out与第一电池08的正极连接，第一电池08的负极、电压自举芯片01的电源地端gnd以及第一光能采集组件02的负极共接于电源地。

第一光能采集组件02配置为根据接收的光能生成第一电压；第一单向导通组件05和第二单向导通组件06均配置为单向导通第一电压；第一储能组件03和第二储能组件04均配置为根据第一电压进行充电；开关组件011配置为根据第二控制信号关断电源地和第一信号地的连接；第二场效应管m2根据第一控制信号连通第一信号地和电压自举芯片01的第一电压输入端p1.0，第三场效应管m3根据第三控制信号连通电压自举芯片01的第一电容端pc1和电压自举芯片01的第一电压输出端p2.0以使第一光能采集组件02、第一储能组件03以及第二储能组件04依次串联以通过第三单向导通组件07对第一电池08进行充电。

如图2所示，电压自举芯片01还包括第一场效应管m1；其中，第一场效应管m1的栅极和第二场效应管m2的栅极共同构成电压自举芯片01的第一控制端a，第一场效应管m1的漏极、第三场效应管m3的漏极、第一单向导通组件05的负极以及第二单向导通组件06的正极共同构成电压自举芯片01的第一电容端pc1，第一场效应管m1的源极、第二场效应管m2的源极以及第一单向导通组件05的正极共同构成电压自举芯片01的第一电压输入端p1.0。

如图3所示，开关组件011为第一耗尽型场效应管jf1。第一单向导通组件05为第一二极管d1，第二单向导通组件06为第二二极管d2，第三单向导通组件07为第三二极管d3。

第一耗尽型场效应管jf1的栅极为开关组件011的控制端，第一耗尽型场效应管jf1的漏极为开关组件011的第一输入输出端，第一耗尽型场效应管jf1的源极为开关组件011的第二输入输出端。

作为示例而非限定，所述第四场效应管m4为耗尽型场效应管。。

当电压自举芯片01未工作时，开关组件011和第四场效应管m4为均导通状态。

本申请实施例还提供如图2所示的电压自举芯片01的控制方法，包括：

步骤a1：第一光能采集组件输出的第一电压，通过开关组件011导通以使电压自举芯片01的模拟地端gnd连接电源地第一储能组件03根据第一单向导通组件05导通的第一电压进行充电并生成第一充电电压；通过第四场效应管m4导通以使第二储能组件04根据第二单向导通组件06单向导通的第一电压进行充电并生成第二充电电压。

步骤a2：电压自举芯片01根据第一单向导通组件05单向导通的第一电压工作。

步骤a3：通过电压自举芯片01的第二控制端b输入第二控制信号以控制开关组件011关断，以使电压自举芯片01的模拟地端agnd与电源地断开；控制电压自举芯片01的第一控制端a输入第一控制信号，以使第一信号地的电位等于第一光能采集组件02的正极的电位，第一储能组件03第二端的电位等于第一光能采集组件02的正极的电位，第一储能组件03第一端的电压为第一电压和第一充电电压的和，第一控制信号为低电平；控制电压自举芯片01的第三控制端c输入第三控制信号，以使第二储能组件04的第二端的电位等于电压自举芯片01的第一电容端的电位，第二储能组件04的第二端的电位等于第一储能组件03的第一端的电位，以使第二储能组件004的第一端的电压等于第一电压、第一充电电压以及第二充电电压的和，第三控制信号为高电平；第三单向导通组件07单向导通第二储能组件04的第一端的电压以对第一电池08进行充电。

基于上述的电压自举芯片01，本申请实施例还提供一种弱光采集设备，如图4所示，与第一电池08连接，包括第一光能采集组件02、第一储能组件03、第二储能组件04以及如上述的电压自举芯片01。

图5示出了本申请实施例提供的弱光采集设备的一种示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分，详述如下：

第一光能采集组件02包括第一光能板z1。第一储能组件03为第一电容c1，第二储能组件04为第二电容c2。

图6示出了本申请实施例提供的弱光采集电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分，详述如下：

一种弱光采集电路，与第一电池09连接，包括微处理器u1、开关组件10、第一光能采集组件11、第一储能组件12、第二储能组件13、第一单向导通组件16、第二单向导通组件14以及第三单向导通组件15。

第一光能采集组件11配置为根据接收的光能生成第一电压；第一单向导通组件16，与第一光能采集组件11连接，配置为单向导通第一电压；第二单向导通组件14，与第一单向导通组件16连接，配置为单向导通第一电压；第一储能组件12配置为根据第一供电电压进行充电；第二储能组件13，与述第二单向导通组件14连接，配置为根据第一电压进行充电；开关组件10，与第一光能采集组件11连接，配置为根据第二控制信号关断电源地和第一信号地的连接；微处理器u1，具有与第一光能采集组件11的正极和第一单向导通组件16连接的第一输入输出端p1.0、与开关组件10连接的第二输入输出端p2.0、与第二储能组件13连接的第三输入输出端p3.0、与第一储能组件12、第一单向导通组件16以及第二单向导通组件14连接的电源端vcc以及与第一储能组件12和开关组件10共接于第一信号地的接地端gnd，配置为生成第二控制信号，并生成第一控制信号以使第一信号地连接微处理器u1的第一输入输出端p1.0，且生成第三控制信号以使微处理器u1的电源端vcc连接微处理器u1的第三输入输出端p3.0，以使第一光能采集组件11、第一储能组件12以及第二储能组件13依次串联以通过第三单向导通组件15对第一电池09进行充电。

具体地，微处理器u1的电源端vcc与第一储能组件12的第一端、第一单向导通组件16的负极以及第二单向导通组件14的正极连接，微处理器u1的接地端gnd、第一储能组件12的第二端以及开关组件10的第一输入输出端共接于第一信号地，微处理器u1的第一输入输出端p1.0与第一光能采集组件11的正极和第一单向导通组件16的正极连接，微处理器u1的第二输入输出端p2.0与开关组件10的控制端连接，微处理器u1的第三输入输出端p3.0与第二储能组件13的第二端连接，第二储能组件13的第一端与第二单向导通组件14的负极和第三单向导通组件15的正极连接，第三单向导通组件15的负极与第一电池09的正极连接，第一电池09的负极、第一光能采集组件11的负极以及开关组件10的第二输入输出端共接于电源地。

通过第一光能采集组件11、第一储能组件12以及第二储能组件13依次串联实现了三倍的倍压自举，降低了微弱能量采集的阈值，并提高了能量采集效率。

图7示出了本申请实施例提供的弱光采集电路的一种示例电路结构，图7示出了本申请实施例提供的弱光采集电路的另一种示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分，详述如下：

第一光能采集组件11为第二光能板z2，第一储能组件12为第三电容c3，第二储能组件13为第四电容c4，第二单向导通组件14为第四二极管d4，第三单向导通组件15为第五二极管d5，第一单向导通组件为第七二极管d7。

开关组件10包括第二耗尽型场效应管jf2和第一电阻r1。

第二耗尽型场效应管jf2的栅极和第一电阻r1的第一端共同构成开关组件10的控制端，第二耗尽型场效应管jf2的漏极为开关组件10的第一输入输出端，第二耗尽型场效应管jf2的源极和第一电阻r1的第二端共同构成开关组件10的第二输入输出端。

通过开关电使用第二耗尽型场效应管jf2，简化了电路，减小了弱光采集电路的体积。

开关组件10包括第一三极管q1、第二三极管q2、第六二极管d6、第二电阻r2以及第三电阻r3。

第一三极管q1的发射极为开关组件10的电源端，第一三极管q1的基极与第六二极管d6的负极和第三电阻r3的第一端连接，第一三极管q1的集电极与第二电阻r2的第一端连接，第六二极管d6的正极为开关组件10的控制端，第二电阻r2的第二端与第二三极管q2的基极连接，第二三极管q2的发射极和第三电阻r3的第二端共同构成开关组件10的第二输入输出端，第二三极管q2的集电极为开关组件10的第一输入输出端。

通过开关电使用第一三极管q1、第二三极管q2，降低了硬件成本。

本申请实施例还提供如图6所示的弱光采集电路的控制方法，包括：

步骤b1：第一光能采集组件11输出的第一电压；通过开关组件10导通以使微处理器u1的接地端gnd连接电源地；第一储能组件12根据第一单向导通组件16导通的第一电压进行充电并生成第一充电电压；微处理器u1的第三输入输出端p3.0为低电平以使第二储能组件13根据第二单向导通组件14单向导通的第一电压进行充电并生成第二充电电压。

步骤b2：微处理器u1根据第一单向导通组件16单向导通的第一电压工作。

步骤b3：通过微处理器u1的第二输入输出端p2.0输入第二控制信号以控制开关组件10关断，以使微处理器u1的接地端gnd与电源地断开；控制微处理器u1的第一输入输出端p1.0输入第一控制信号，以使第一信号地的电位等于第一光能采集组件11的正极的电位，第一储能组件12第二端的电位等于第一光能采集组件11的正极的电位，第一储能组件12第一端的电压为第一电压和第一充电电压的和，第一控制信号为低电平；控制微处理器u1的第三输入输出端p3.0输入第三控制信号，以使第二储能组件13的第二端的电位等于微处理器u1的电源端的电位，第二储能组件13的第二端的电位等于第一储能组件12的第一端的电位，以使第二储能组件的第一端的电压等于第一电压、第一充电电压以及第二充电电压的和，第三控制信号为高电平；第三单向导通组件15单向导通第二储能组件13的第一端的电压以对第一电池09进行充电。

综上所述，本申请实施例通过与第一光能采集组件、第一储能组件、第二储能组件以及第一电池连接，并通过包括开关组件、第一单向导通组件至第三单向导通组件、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管；第一光能采集组件根据接收的光能生成第一电压；第一单向导通组件和第二单向导通组件单向导通第一电压；开关组件根据第二控制信号关断电源地和第一信号地的连接；第二场效应管根据第一控制信号连通第一信号地和电压自举芯片的第一电压输入端，第三场效应管根据第三控制信号连通所述电压自举芯片的第一电容端和电压自举芯片的第一电压输出端，以使所述第一光能采集组件、所述第一储能组件以及第二储能组件依次串联以通过所述第三单向导通组件对所述第一电池进行充电；通过第一光能采集组件、所述第一储能组件以及第二储能组件依次串联实现了三倍的倍压自举，降低了微弱能量采集的阈值，并提高了能量采集效率。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。