利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源制造技術(shù)

一種利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源，涉及弱電供電技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是降低傳感器施工工作量，及減少傳感器布線對周邊電氣設(shè)備影響的技術(shù)問題。該電源包括儲能回路、電壓切換回路、微弱能量收集裝置；所述微弱能量收集裝置用于收集環(huán)境微弱能量為儲能回路充電；所述儲能回路由儲能電容構(gòu)成，用于儲存電能及輸出電能；所述電壓切換回路包括一個切換比較器、一個電子切換開關(guān)；所述儲能回路通過電子切換開關(guān)輸出電能，所述切換比較器用于檢測儲能回路的端電壓，根據(jù)儲能回路的端電壓值控制電子切換開關(guān)間歇性通斷。本實用新型專利技術(shù)提供的電源，適用于內(nèi)部電路間隙使用的微功耗傳感器的工作電源供給。（*該技術(shù)在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及弱電供電技術(shù)，特別是涉及一種利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源的技術(shù)。
技術(shù)介紹
傳感器是工業(yè)或樓宇自動化領(lǐng)域的重要設(shè)備，用于將自動化設(shè)備需要采集的溫度、流量、振動、照度、濃度等非電信號以及電流、電壓等電氣信號轉(zhuǎn)換成自動化設(shè)備能夠采集的模擬信號或數(shù)字信號。發(fā)送數(shù)字測量信號的傳感器可以簡稱為數(shù)字傳感器。現(xiàn)有的數(shù)字式傳感器，因其內(nèi)部存在微處理器、采樣電路和通訊接口等器件，需要為其提供5V或3. 3V或其它規(guī)格直流電壓。因此現(xiàn)有傳感器是需要采用電池供電或外部電源線供電的，這些外部電源線提供諸如AC220V或DC24V或其它規(guī)格電源，例如采用CT輸出供電等，通過傳感器內(nèi)部的DC/DC或三端穩(wěn)壓器件輸出5V或3. 3V或其它規(guī)格直流電壓，為傳感器的內(nèi)部電路提供所需要的工作電源。由于大多數(shù)自動化設(shè)備對信號量采集的密度要求不高，因此數(shù)字式傳感器可以采用類似“休眠-喚醒工作-休眠-再次喚醒工作”這種間隙性的工作模式。采用電池供電的傳感器，由于電池容量有限，并且電池自身存在泄漏電流，使得這類傳感器必須定期更換電池，才能保持長期工作。當(dāng)工業(yè)自動化現(xiàn)場安裝的傳感器數(shù)量龐大的場合，例如一個縣級電網(wǎng)的電力設(shè)備如果在所有關(guān)心點監(jiān)測點均安裝上在線溫度傳感器，那么所需要的溫度傳感器數(shù)量可能達上萬套，因此在這種安裝規(guī)模下，更換電池將變成一樁非常困難的事。采用外部電源線供電的傳感器，必須涉及到電源線的布設(shè)，這將在施工時增加工作量，而在有些高電壓場合，布設(shè)的電源線將嚴(yán)重影響原有電氣設(shè)備的絕緣性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種無需布設(shè)大量電源線，能降低施工工作量，減少間隙性數(shù)字式傳感器布線對周邊電氣設(shè)備影響的利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源。為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)所提供的一種利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源，其特征在于包括儲能回路、電壓切換回路，及至少一個用于收集環(huán)境微弱能量的微弱能量收集裝置；所述微弱能量收集裝置有兩類，其中一類為輸出交流電的微弱能量收集裝置，另一類為輸出直流電的微弱能量收集裝置；輸出交流電的各微弱能量收集裝置的電源輸出端經(jīng)一整流回路接到儲能回路的正負(fù)電源端；輸出直流電的各微弱能量收集裝置的正負(fù)電源輸出端分別接到儲能回路的正負(fù)電源端；所述儲能回路由單個儲能電容構(gòu)成，或由多個儲能電容以串并聯(lián)方式組合而成，儲能回路的負(fù)電源端構(gòu)成工作電源的負(fù)電源供電端；所述電壓切換回路包括一個切換比較器、一個電子切換開關(guān)；所述切換比較器的輸出端接到電子切換開關(guān)的控制端，切換比較器的正相輸入端接到外部參考電壓發(fā)生源，切換比較器的反相輸入端經(jīng)一分壓電阻接到儲能回路的負(fù)電源端，并經(jīng)另一分壓電阻接到儲能回路的正電源端；所述電子切換開關(guān)的一端接到儲能回路的正電源端，另一端構(gòu)成電壓切換回路的正電源輸出端。進一步的，所述切換比較器是一施密特比較器，所述電子切換開關(guān)是一場效應(yīng)開關(guān)管。進一步的，所述整流回路由一全橋整流器件構(gòu)成，所述全橋整流器件的兩個輸出端分別接到儲能回路的正負(fù)電源端，全橋整流器件的兩個輸入端分別接到輸出交流電的各微弱能量收集裝置的電源輸出端。進一步的，還包括一穩(wěn)壓回路，所述穩(wěn)壓回路設(shè)有一正電源輸入端、一負(fù)電源輸入端、一正電源輸出端，穩(wěn)壓回路的正電源輸入端接到電壓切換回路的正電源輸出端，穩(wěn)壓回路的負(fù)電源輸入端接到儲能回路的負(fù)電源端，穩(wěn)壓回路的正電源輸出端構(gòu)成工作電源的正電源穩(wěn)壓供電端。進一步的，所述穩(wěn)壓回路由一個三端穩(wěn)壓器構(gòu)成，所述三端穩(wěn)壓器的正電源輸入端接到電壓切換回路的正電源輸出端，三端穩(wěn)壓器的負(fù)電源輸入端接到儲能回路的負(fù)電源端，三端穩(wěn)壓器的正電源輸出端構(gòu)成工作電源的正電源穩(wěn)壓供電端。進一步的，還包括一限壓回路，所述限壓回路與儲能回路并聯(lián)。進一步的，所述限壓回路由單個穩(wěn)壓二極管構(gòu)成，該穩(wěn)壓二極管的正負(fù)電源端分別接到儲能回路的正負(fù)電源端。進一步的，所述微弱能量收集裝置包括電磁感應(yīng)電收集裝置、光電轉(zhuǎn)換裝置、風(fēng)電轉(zhuǎn)換裝置、壓電轉(zhuǎn)換裝置、熱電轉(zhuǎn)換裝置。本技術(shù)提供的利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源，利用微弱能量收集裝置收集間隙性數(shù)字式傳感器周邊容易獲得的環(huán)境微弱能源，利用儲能電容儲存收集的能量集中間隙使用，為間隙性數(shù)字式傳感器提供所需的工作電源，無需布設(shè)大量電源線，能降低間隙性數(shù)字式傳感器的布設(shè)施工工作量，能減少間隙性數(shù)字式傳感器布線對周邊電氣設(shè)備的影響。附圖說明圖1是本技術(shù)實施例的利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源的電路圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖說明對本技術(shù)的實施例作進一步詳細(xì)描述，但本實施例并不用于限制本技術(shù)，凡是采用本技術(shù)的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本技術(shù)的保護范圍。如圖1所示，本技術(shù)實施例所提供的一種利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源，其特征在于包括儲能回路、電壓切換回路、穩(wěn)壓回路、限壓回路，及至少一個用于收集環(huán)境微弱能量的微弱能量收集裝置(圖中未示);所述微弱能量收集裝置有兩類，其中一類為輸出交流電的微弱能量收集裝置，另一類為輸出直流電的微弱能量收集裝置；輸出交流電的各微弱能量收集裝置的電源輸出端Vin經(jīng)一整流回路接到儲能回路的正負(fù)電源端；輸出直流電的各微弱能量收集裝置的正負(fù)電源輸出端(圖中未示)分別接到儲能回路的正負(fù)電源端；所述儲能回路由單個儲能電容Cl構(gòu)成，儲能回路的負(fù)電源端構(gòu)成工作電源的負(fù)電源供電端Vout-；所述電壓切換回路包括一個切換比較器U1、一個電子切換開關(guān)D2 ；所述切換比較器Ul是一施密特比較器，所述電子切換開關(guān)D2是一場效應(yīng)開關(guān)管；所述切換比較器Ul的輸出端接到電子切換開關(guān)D2的控制端(柵極)，切換比較器Ul的正相輸入端接到外部參考電壓發(fā)生源Vref，切換比較器Ul的反相輸入端經(jīng)一分壓電阻R2接到儲能回路的負(fù)電源端，并經(jīng)另一分壓電阻Rl接到儲能回路的正電源端；所述電子切換開關(guān)D2的一端(源極)接到儲能回路的正電源端，另一端(漏極)構(gòu)成電壓切換回路的正電源輸出端；所述穩(wěn)壓回路設(shè)有一正電源輸入端、一負(fù)電源輸入端、一正電源輸出端，穩(wěn)壓回路的正電源輸入端接到電壓切換回路的正電源輸出端(即電子切換開關(guān)D2的漏極)，穩(wěn)壓回路的負(fù)電源輸入端接到儲能回路的負(fù)電源端，穩(wěn)壓回路的正電源輸出端構(gòu)成工作電源的正電源穩(wěn)壓供電端Vout+;所述限壓回路與儲能回路并聯(lián)。本技術(shù)實施例中，所述儲能回路中的儲能電容Cl是鉭電容，或是鋁電解電容，或是固態(tài)電解電容，或是超級電容；本技術(shù)其他實施例中，所述儲能回路也可以由多個儲能電容以串并聯(lián)方式組合而成，而且可以采用多種規(guī)格的儲能電容組合，各個儲能電容的容量根據(jù)間隙性數(shù)字式傳感器的工作耗能需求進行選擇。本技術(shù)其它實施例中，所述電壓切換回路中的電子切換開關(guān)D2也可以采用能實現(xiàn)同等功能的微型繼電器、三極管等其它器件來替代。本技術(shù)實施例中，所述整流回路由一全橋整流器件Dl構(gòu)成，所述全橋整流器件Dl的兩個輸出端分別接到儲能回路的正負(fù)電源端，全橋整流器件Dl的兩個輸入端分別接到輸出交流電的各微弱能量收集裝置的電源輸出端Vin ;本技術(shù)其他實施例中，所述整流回路也可以采用由單個二極管構(gòu)成半波本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源，其特征在于：包括儲能回路、電壓切換回路，及至少一個用于收集環(huán)境微弱能量的微弱能量收集裝置；所述微弱能量收集裝置有兩類，其中一類為輸出交流電的微弱能量收集裝置，另一類為輸出直流電的微弱能量收集裝置；輸出交流電的各微弱能量收集裝置的電源輸出端經(jīng)一整流回路接到儲能回路的正負(fù)電源端；輸出直流電的各微弱能量收集裝置的正負(fù)電源輸出端分別接到儲能回路的正負(fù)電源端；所述儲能回路由單個儲能電容構(gòu)成，或由多個儲能電容以串并聯(lián)方式組合而成，儲能回路的負(fù)電源端構(gòu)成工作電源的負(fù)電源供電端；所述電壓切換回路包括一個切換比較器、一個電子切換開關(guān)；所述切換比較器的輸出端接到電子切換開關(guān)的控制端，切換比較器的正相輸入端接到外部參考電壓發(fā)生源，切換比較器的反相輸入端經(jīng)一分壓電阻接到儲能回路的負(fù)電源端，并經(jīng)另一分壓電阻接到儲能回路的正電源端；所述電子切換開關(guān)的一端接到儲能回路的正電源端，另一端構(gòu)成電壓切換回路的正電源輸出端。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源，其特征在于包括儲能回路、電壓切換回路，及至少一個用于收集環(huán)境微弱能量的微弱能量收集裝置； 所述微弱能量收集裝置有兩類，其中一類為輸出交流電的微弱能量收集裝置，另一類為輸出直流電的微弱能量收集裝置； 輸出交流電的各微弱能量收集裝置的電源輸出端經(jīng)一整流回路接到儲能回路的正負(fù)電源端； 輸出直流電的各微弱能量收集裝置的正負(fù)電源輸出端分別接到儲能回路的正負(fù)電源端; 所述儲能回路由單個儲能電容構(gòu)成，或由多個儲能電容以串并聯(lián)方式組合而成，儲能回路的負(fù)電源端構(gòu)成工作電源的負(fù)電源供電端； 所述電壓切換回路包括一個切換比較器、一個電子切換開關(guān)； 所述切換比較器的輸出端接到電子切換開關(guān)的控制端，切換比較器的正相輸入端接到外部參考電壓發(fā)生源，切換比較器的反相輸入端經(jīng)一分壓電阻接到儲能回路的負(fù)電源端，并經(jīng)另一分壓電阻接到儲能回路的正電源端； 所述電子切換開關(guān)的一端接到儲能回路的正電源端，另一端構(gòu)成電壓切換回路的正電源輸出端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源，其特征在于所述切換比較器是一施密特比較器，所述電子切換開關(guān)是一場效應(yīng)開關(guān)管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用環(huán)境微弱能量供電的間隙性數(shù)字式傳感器工作電源，其特征在于所述整流回路由一全橋整流器件構(gòu)成，所述全橋整流器件的兩個...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡大良，張衛(wèi)紅，王曼，
申請(專利權(quán))人：上海臻源電力電子有限公司，
類型：實用新型
國別省市：