发明内容
基于此,针对传统的能量收集调理系统需要额外的供电电源提供能量,以确保储能元件工作在阈值电压范围内的问题,本申请提供一种能量收集调理系统。
一种能量收集调理系统,包括:
储能电路;
比较电路,所述比较电路的输入端与所述储能电路的输出端连接;以及
开关电路,所述开关电路的受控端与所述比较电路的输出端连接,所述开关电路的电位端与所述储能电路的输入端连接;
其中,所述比较电路根据所述储能电路的输出电压的值,控制所述开关电路的工作状态,进而控制所述储能电路的工作状态。
在其中一个实施例中,所述储能电路包括:
供电元件,与所述开关电路并联;以及
储能元件,所述储能元件的第一端与所述供电元件的输入端连接,所述储能元件的第二端接地,所述储能元件的第一端为所述储能电路的输出端。
在其中一个实施例中,所述比较电路包括:
第一分压电阻,所述第一分压电阻的输入端与所述储能元件的第一端连接,所述第一分压电阻的输入端为所述比较电路的第一输入端;
第二分压电阻,所述第二分压电阻的输入端与所述第一分压电阻的输出端连接,所述第二分压电阻的输出端接地;以及
反馈电阻,所述反馈电阻的输入端与所述第一分压电阻的输出端连接;以及
运算放大器,所述运算放大器的第一输入端与所述第一分压电阻的输出端连接,所述运算放大器的输出端与所述反馈电阻的输出端连接,所述运算放大器的输出端为所述比较电路的输出端。
在其中一个实施例中,还包括:
线性稳压器,所述线性稳压器的输入端与所述储能元件的第一端连接,所述线性稳压器的输出端与所述运算放大器的第二输入端连接。
在其中一个实施例中,还包括:
倍压整流电路,所述倍压整流电路的输入端与所述供电元件的输入端连接,所述倍压整流电路的输出端接地。
在其中一个实施例中,所述倍压整流电路包括:
第一二极管,所述第一二极管的正极与所述供电元件的输入端连接,所述第一二极管的负极与所述储能元件的第一端连接;
第一整流电容,所述第一整流电容的第一端与所述第一二极管的负极连接,所述第一整流电容的第二端与所述供电元件的输出端连接;
第二整流电容,所述第二整流电容的第一端与所述供电元件的输出端连接,所述第二整流电容的第二端接地;以及
第二二极管,所述第二二极管的正极接地,所述第二二极管的负极与所述供电元件的输入端连接。
在其中一个实施例中,所述开关电路为双向导通可控开关电路。
在其中一个实施例中,所述开关电路包括:
第一开关管,所述第一开关管的受控端与所述运算放大器的输出端连接,所述第一开关管的第一电位端与所述供电元件的输出端连接;以及
第二开关管,所述第二开关管的受控端与所述运算放大器的输出端连接,所述第二开关管的第一电位端与所述第一开关管的第二电位端连接,所述第二开关管的第二电位端与所述供电元件的输入端连接。
在其中一个实施例中,所述第一开关管为场效应管或者三极管,所述第二开关管为场效应管或者三极管。
在其中一个实施例中,还包括:
续流电路,与所述供电元件并联。
上述能量收集调理系统,包括储能电路、比较电路和开关电路。所述比较电路的输入端与所述储能电路的输出端连接。所述开关电路的受控端与所述比较电路的输出端连接。所述开关电路的电位端与所述储能电路的输入端连接。所述比较电路根据所述储能电路的输出电压的值,控制所述开关电路的工作状态,进而控制所述储能电路的工作状态。本申请提供的能量收集调理系统利用储能电路自身的电压作为所述比较电路的输入电压,无需外接其他供电电源,降低了电路的复杂度。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进,因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
可以理解,本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件,但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一元件与另一个元件区分。举例来说,在不脱离本申请的范围的情况下,可以将第一获取模块称为第二获取模块,且类似地,可将第二获取模块称为第一获取模块。第一获取模块和第二获取模块两者都是获取模块,但其不是同一个获取模块。
需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请提供一种能量收集调理系统。所述能量收集调理系统包括储能电路10、比较电路20和开关电路30。
所述比较电路20的输入端与所述储能电路10的输出端连接。所述开关电路30的受控端与所述比较电路20的输出端连接。所述开关电路30的电位端与所述储能电路10的输入端连接。所述比较电路20根据所述储能电路10的输出电压的值,控制所述开关电路30的工作状态,进而控制所述储能电路10的工作状态。
当所述比较电路20控制所述开关电路30断开时,所述储能电路10被导通,所述储能电路10开始可以同时进行储能工作和放电工作。当所述比较电路20控制所述开关电路30导通时,所述储能电路10被断开,所述储能电路10仅能进行放电工作。
可以理解的是,所述储能电路10的结构不做具体限定,只要可以进行储能即可。在一个可选的实施例中,所述储能电路10为容式储能电路。所述储能电路10用于向用电负载提供电能。
请参见图1,在一个可选的实施例中,所述储能电路10包括供电元件11和储能元件12。所述供电元件11与所述开关电路30并联。所述储能元件12的第一端与所述供电元件11的输入端连接。所述储能元件12的第二端接地。所述储能元件12的第一端为所述储能电路10的输出端。
可以理解的是,所述供电元件11的结构不做具体限定。在其中一个可选的实施例,所述供电元件11可以为单个供电线圈。在其他实施例中,所述供电元件11还可以为供电线圈与稳流元件共同构成。
可以理解的是,所述储能元件12的结构不做具体限定。在其中一个可选的实施例,所述储能元件12可以仅包含一个单独的储能电容。在其他实施例中,所述储能元件12可以包含多个串联的储能电容。
所述供电元件11与所述开关电路30并联。当所述比较电路20控制所述开关电路30断开时,所述储能电路10被导通,所述供电元件11将向所述储能元件12供电,以将电能储存在所述储能元件12中。当所述比较电路20控制所述开关电路30导通时,所述储能电路10被断开,所述储能元件12被短路。此时,所述储能电路10仅能进行放电工作。
可以理解的是,所述比较电路20的运放供电电压由所述储能电路10提供。即所述储能电路10的输出电压即为所述比较电路20的运放供电电压。所述储能电路10的输出电压是变化的,因此,需要所述比较电路20的上/下限门限电压是可调节的。
在其中一个可选的实施例中,所述比较电路20包括第一分压电阻21、第二分压电阻22、反馈电阻23以及运算放大器24。所述第一分压电阻21的输入端与所述储能元件12的第一端连接。所述第一分压电阻21的输入端为所述比较电路20的第一输入端。所述第二分压电阻22的输入端与所述第一分压电阻21的输出端连接。所述第二分压电阻22的输出端接地。所述反馈电阻23的输入端与所述第一分压电阻21的输出端连接。所述运算放大器24的第一输入端与所述第一分压电阻21的输出端连接,所述运算放大器24的输出端与所述反馈电阻23的输出端连接。所述运算放大器24的输出端为所述比较电路20的输出端。所述比较电路20的输出端与所述开关电路30的受控端连接,用于控制所述开关电路30的工作状态。所述运算放大器24的第二输入端与所述储能元件12的第一端连接。所述运算放大器24的第二输入端为所述比较电路20的第二输入端。所述运算放大器24的第二输入端用于提供参考电压。所述参考电压也由所述储能电路10提供。
可以理解的是,所述比较电路20通过所述第一分压电阻21、所述第二分压电阻22以及所述反馈电阻23实现对所述比较电路20的上/下限门限电压的调节,进而实现电平的翻转。
在其中一个实施例中,本申请提供一种参数计算方法。参数计算方法主要要求出所述第一分压电阻21、所述第二分压电阻22以及所述反馈电阻23的阻值。现假定所述第一分压电阻21的阻值已知,为Ri,参考电压已知,为Vref,且已知上限门限电压,为UH,下限门限电压,UL,求解所述第二分压电阻22的阻值Rg和所述反馈电阻23的阻值Rg。
在所述比较电路20发生正向翻转时,所述运算放大器24的第一输入端和第二输入端电压相等,有如下公式:
所述比较电路20发生反向翻转时,所述运算放大器24的第一输入端和第二输入端电压也相等,有如下公式:
现根据公式(1)、(2)求解Rg和Rf,过程如下:
令:
将式(3)代入式(1),则式(1)变换为:
通过式(4)可以求得:
将式(1)代入式(2),可得:
令
将式(7)带入到式(6)可得:
再令
将式(9)带入到式(8),可得:
通过式(10)可得:
再令:
则得到:
Rg=d·Rf (13)
将式(13)代入到式(3),可得:
求解式(14)可得:
再将式(15)代回到式(13),即可求出Rg。至此,同相迟滞比较器所有参数均已求解出来。
上述参数计算方法,上限门限电压和下限门限电压作为的已知量。在其中一个实施例中,所述上限门限电压为4.788V。所述下限门限电压为3.444V。可以理解的是,当改变所述第一分压电阻21的阻值、所述第二分压电阻22的阻值或者所述反馈电阻23的阻值时,可以实现对所述比较电路20的限上/下门限电压的调节,进而实现电平的翻转。
可以理解的是,当所述储能元件12由0开始进行储能时,所述比较电路20输出低电平。所述低电平控制所述开关电路30断开,所述储能电路10导通,所述供电元件11将向所述储能元件12持续供电,以将电能储存在所述储能元件12中,所述储能元件12元件的电压升高。当所述储能元件12元件的电压升高至所述上限门限电压时,所述比较电路20输出高电平。所述高电平控制所述开关电路30导通,所述储能电路10被断开,所述储能元件12被短路。此时,所述储能电路10仅能进行放电工作,所述储能电路10的电压下降,当所述储能元件12元件的电压降低至所述下限门限电压时,所述比较电路20输出低电平,进而使所述储能电路10进入下一个循环充电模式。上述能量收集调理系统通过所述储能电路10、所述比较电路20和所述开关电路30配合使用,使得所述储能电路10工作在稳定状态。
可以理解的是,所述开关电路30的结构不做具体限定,只要可以被所述比较电路20控制即可。在其中一个实施例中,所述开关电路30为双向导通可控开关电路30。在其中一个可选的实施例中,所述开关电路30为双向可控硅触发电路。
在另一个可选的实施例中,所述开关电路30包括第一开关管31和第二开关管32。所述第一开关管31的受控端与所述运算放大器24的输出端连接。所述第一开关管31的第一电位端与所述供电元件11的输出端连接。所述第二开关管32的受控端与所述运算放大器24的输出端连接。所述第二开关管32的第一电位端与所述第一开关管31的第二电位端连接。所述第二开关管32的第二电位端与所述供电元件11的输入端连接。所述第一开关管31和所述第二开关管32同时断开或者导通。在其中一个实施例中,所述第一开关管31为场效应管或者三极管,所述第二开关管32为场效应管或者三极管。
上述能量收集调理系统,包括储能电路10、比较电路20和开关电路30。所述比较电路20的输入端与所述储能电路10的输出端连接。所述开关电路30的受控端与所述比较电路20的输出端连接。所述开关电路30的电位端与所述储能电路10的输入端连接。所述比较电路20根据所述储能电路10的输出电压的值,控制所述开关电路30的工作状态,进而控制所述储能电路10的工作状态。本申请提供的能量收集调理系统利用储能电路10自身的电压作为所述比较电路20的输入电压,无需外接其他供电电源,降低了电路的复杂度。
请参见图2,在其中一个实施例中,所述能量收集调理系统还包括线性稳压器40。
所述线性稳压器40的输入端与所述储能元件12的第一端连接,所述线性稳压器40的输出端与所述运算放大器24的第二输入端连接。所述线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET,从所述储能元件12的输出电压中减去超额的电压,产生经过调节的输出电压,发送至所述运算放大器24的第二输入端,作为参考电压。所谓压降电压,是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管(也称为传递设备)作为PNP这种晶体管允许饱和,所以所述线性稳压器40可以有一个非常低的压降电压,通常为200mV左右。
在其中一个实施例中,所述能量收集调理系统还包括倍压整流电路50。
所述倍压整流电路50的输入端与所述供电元件11的输入端连接。所述倍压整流电路50的输出端接地。可以理解的是,所述倍压整流电路50的结构不做具体限定,只要可以将所述供电元件11的交流电转换为直流电即可。在一个可选的实施例中,所述倍压整流电路50包括第一二极管51、第一整流电容52、第二整流电容53以及第二二极管54。
所述第一二极管51的正极与所述供电元件11的输入端连接。所述第一二极管51的负极与所述储能元件12的第一端连接。所述第一整流电容52的第一端与所述第一二极管51的负极连接。所述第一整流电容52的第二端与所述供电元件11的输出端连接。所述第二整流电容53的第一端与所述供电元件11的输出端连接,所述第二整流电容53的第二端接地。所述第二二极管54的正极接地。所述第二二极管54的负极与所述供电元件11的输入端连接。
在其中一个实施例中,所述能量收集调理系统还包括续流电路60。所述续流电路60与所述供电元件11并联。所述续流电路60的结构不做具体限定,只要可以防止电压电流突变即可。在一个可选的实施例中,所述续流电路60为续流二极管。当所述开关电路30闭合时,所述续流电路60给所述供电元件11提供释放反向电流通路。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。