專利名稱：一種能源自采集與供能系統(tǒng)及其在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微型電源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微能源自采集與供能系統(tǒng)， 及該系統(tǒng)在微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
工業(yè)微電子化已是不爭的事實(shí)。各種植入式裝置、分布式系統(tǒng)、無線傳感
器、無線通信設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等都朝向自動化、微小化的MEMS (Micro Electro Mechanical System,微電子機(jī)械系統(tǒng))發(fā)展?，F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，例如環(huán)境監(jiān)測、天 氣監(jiān)測預(yù)報(bào)、建筑物狀態(tài)監(jiān)控、城市交通監(jiān)控、機(jī)場安全監(jiān)控、大而積農(nóng)田或 工業(yè)園區(qū)安全監(jiān)測等， 一般將數(shù)量眾多MEMS設(shè)備部署在廣闊的區(qū)域內(nèi)。長距離 布置電源線、更換電池等傳統(tǒng)的供能方式對于這些應(yīng)用是不現(xiàn)實(shí)的。
另一方面，這些MEMS設(shè)備工作的環(huán)境到處存在著微弱風(fēng)及微弱震動，開發(fā) 一種可以長時(shí)間使用的、將外界環(huán)境中的微風(fēng)、微震等微能源轉(zhuǎn)換為電能的微 能源自采集與供能系統(tǒng)，是人們期待解決的重要課題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有供電技術(shù)的不足，提供一種高集成度、可充電電 池組與微型發(fā)電機(jī)互為補(bǔ)充的、利用微風(fēng)與微震等微能源的環(huán)保的微能源自采 集與供能系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的在于根據(jù)該系統(tǒng)，提出一種在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用。 為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的一，采用的技術(shù)方案如下
一種能源自采集與供能系統(tǒng)，由發(fā)電機(jī)和管理電路組成，所述發(fā)電機(jī)釆用
將微風(fēng)或微簾轉(zhuǎn)換為電能的能源轉(zhuǎn)換裝置。
上述技術(shù)方案中，所述發(fā)電機(jī)采用微型發(fā)電機(jī)，以及由可充電電容器組和 可充電電池組組成的雙冗余電源。
所述管理電路由IC控制電路模塊、充電開關(guān)電路、調(diào)壓整流電路組成。
所述微型發(fā)電機(jī)連接可充電電容器組，可充電電容器組經(jīng)過ic控制電路
模塊、充電開關(guān)電路、調(diào)壓整流電路后分成兩個(gè)輸出分支，其中一個(gè)與可充電 電池組連接，另一個(gè)與外部設(shè)備連接。 所述可充電電池組與外部設(shè)備連接。
為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的二，采用的技術(shù)方案如下
一種能源自采集與供能系統(tǒng)在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用，所述微電子機(jī)械系 統(tǒng)設(shè)備采用能源自采集與供能系統(tǒng)供電。 上述技術(shù)方案屮，所述供電過程如下
微型發(fā)電機(jī)將微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備所處環(huán)境中的微風(fēng)或微展微能源轉(zhuǎn)化 為電能，存儲于可充電電容器組中，可充電電容器組一方面經(jīng)過調(diào)壓整流電路 直接給微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備供電， 一方面將多余電能存儲積累；若微型發(fā)電機(jī)
工作正常，可充電電容器組處于充滿狀態(tài)，ic控制電路模塊打開充電開關(guān)電路，
電流經(jīng)過調(diào)壓整流電路為可充電電池組充電，若微型發(fā)電機(jī)工作不正常，而且 可充電電容器組處于過放電狀態(tài)，IC控制電路模塊關(guān)閉充電開關(guān)電路，并選擇 可充電電池組作為電源為MEMS設(shè)備供電。
所述供電過程還包括可充電電池組在充電過程中處于過熱超溫狀態(tài)時(shí)，IC 控制電路模塊關(guān)閉充電開關(guān)電路，保護(hù)可充電電池組的處理步驟。
所述供電過程的電路如下
通過管理電路的Pl、 P2接口連接微型發(fā)電機(jī)，微型發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流經(jīng)
過調(diào)壓整流電路中的二極管D2 D6、 D8 D11后，存儲在可充電電容器組C4、 C8中，存儲在C4、 C8中的電流經(jīng)過二極管Dl向U3供電，U3通過P3接口連接 微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備；
通過U2A進(jìn)行電池電壓采樣放大處理，并將VBAT信號輸入到IC控制電路 模塊U4的23針腳，通過U2B進(jìn)行充電電流采樣放大處理，并將IBAT信號輸入 到IC控制電路模塊U4的24針腳，U4利用這兩個(gè)信號進(jìn)行判斷，如果微型發(fā) 電機(jī)工作正常，可充電電容器組處于滿沖狀態(tài)，U4通過第15針腳發(fā)送P麗信 號到Ul，通過Ul向可充電電池組充電，如果微型發(fā)電機(jī)工作不正常，可充電 電容器組處于過放電狀態(tài)，可充電電池組經(jīng)過D7向U3供電。
所述供電過程的電路還包括U4經(jīng)過VBAT信號檢測可充電電池組的電壓狀 態(tài)，以判斷可充電電池組是否充滿電，如果充滿電，則不需要繼續(xù)充電，如果 未充滿電，則啟動Ul進(jìn)行充電控制，可充電電池組還通過底部的溫度傳感器 RT1檢測自身的溫度狀態(tài)，并將TBAT信號輸入到U4的25針腳，U4通過TBAT 信號判斷是否需要斷開充電電路，以保護(hù)電池組。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 微型發(fā)電機(jī)采集利用環(huán)境中的微風(fēng)、微震，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，不 需要提供額外的燃料，因而不需要更換燃料及不排放廢棄物。
2、 可充電電容器組與可充電電池組組成雙冗余電源，在發(fā)電量充足時(shí)可 以直接使用可充電電容器組作為電源供電，發(fā)電量不足時(shí)可以使用可充電電池 組作為電源供電，保證了長期、穩(wěn)定電能供給。
3、 可充電電容器組自身也作為充電器，可以積累電能。可充電電池組可 以反復(fù)自動充電，不至于長時(shí)間放電而需要更換。
4、 IC控制電路模塊設(shè)計(jì)合理，既可選擇供電電源，又可進(jìn)行充電，還能根據(jù)可充電電池組的溫度來切換充電電路，保護(hù)可充電電池。


圖1是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
示意框圖； 圖3是本發(fā)明的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
如圖l所示，本發(fā)明的微能源自采集與供能系統(tǒng)包括微型發(fā)電機(jī)加上可充 電電容器組和可充電電池組組成的雙冗余電源子系統(tǒng)，IC控制電路、充電開關(guān) 電路、調(diào)壓整流電路組成的管理電路子系統(tǒng)。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如圖2所示，微型發(fā)電機(jī)連接可充電電容器組，可 充電電容器組經(jīng)過IC控制電路模塊、充電開關(guān)電路、調(diào)壓整流電路后分別與可 充電電池組以及MEMS設(shè)備連接。可充電電池組連接MEMS設(shè)備。將采集系統(tǒng)放
置于有微風(fēng)、微震的環(huán)境中，微型發(fā)電機(jī)便可開始發(fā)電，系統(tǒng)開始工作。
如圖3所示，Pl、 P2接口連接微型發(fā)電機(jī)。P3接口可以連接MEMS設(shè)備。 系統(tǒng)開始工作后，微型發(fā)電機(jī)發(fā)電，微型發(fā)電機(jī)發(fā)出的電經(jīng)過調(diào)壓整流電路中 的二極管D2 D6、 D8 D11后，存儲在可充電電容器組C4、 C8中。存儲在C4、 C8中的電流經(jīng)過二極管D1向U3供電。U3連接P3接口。此時(shí)，U2A進(jìn)行電池 電壓采樣放大處理，并將VBAT信號輸入到IC控制電路模塊U4的23針腳；U2B 進(jìn)行充電電流采樣放大處理，并將IBAT信號輸入到IC控制電路模塊U4的24 針腳。U4利用這兩個(gè)信號進(jìn)行判斷，如果微型發(fā)電機(jī)工作正常，可充電電容器 組處于滿沖狀態(tài)，U4通過第15針腳發(fā)送PWM信號到U1，通過U1向可充電電池 組充電；如果微型發(fā)電機(jī)工作不正常，可充電電容器組處于過放電狀態(tài)，可充電電池組經(jīng)過D7向U3供電。另外，U4經(jīng)過VBAT信號檢測可充電電池組的電 壓狀態(tài)，判斷可充電電池組是否充滿電。如果可充電電池組充滿電，則不需要 繼續(xù)充電；如果可充電電池組未充滿電，則啟動U1進(jìn)行充電控制?？沙潆婋姵?組底部的溫度傳感器RT1可檢測電池組的溫度狀態(tài)，并將TBAT信號輸入到IM 的25針腳，U4通過TBAT信號判斷是否需耍斷開充電電路，保護(hù)電池組。
權(quán)利要求
1、一種能源自采集與供能系統(tǒng)，其特征在于由發(fā)電機(jī)和管理電路組成，所述發(fā)電機(jī)采用將微風(fēng)或微震轉(zhuǎn)換為電能的能源轉(zhuǎn)換裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源自采集與供能系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)電 機(jī)采用微型發(fā)電機(jī)，以及由可充電電容器組和可充電電池組組成的雙冗余電源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能源自釆集與供能系統(tǒng)，其特征在于所述 管理電路由IC控制電路模塊、充電開關(guān)電路、調(diào)壓整流電路組成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的能源自采集與供能系統(tǒng)，其特征在于所述微型 發(fā)電機(jī)連接可充電電容器組，可充電電容器組經(jīng)過IC控制電路模塊、充電開關(guān) 電路、調(diào)壓整流電路后分成兩個(gè)輸出分支，其中一個(gè)與可充電電池組連接，另 一個(gè)與外部設(shè)備連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的能源自釆集與供能系統(tǒng)，其特征在于所述可充 電電池組與外部設(shè)備連接。
6、 一種能源自采集與供能系統(tǒng)在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于所 述微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備采用能源自采集與供能系統(tǒng)供電。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的能源自采集與供能系統(tǒng)在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng) 用，其特征在于所述供電過程如下微型發(fā)電機(jī)將微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備所處環(huán)境中的微風(fēng)或微震微能源轉(zhuǎn)化 為電能，存儲于可充電電容器組中，可充電電容器組一方面經(jīng)過調(diào)壓整流電路 直接給微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備供電， 一方面將多余電能存儲積累；若微型發(fā)電機(jī) 工作正常，可充電電容器組處于充滿狀態(tài)，IC控制電路模塊打開充電開關(guān)電路， 電流經(jīng)過調(diào)壓整流電路為可充電電池組充電，若微型發(fā)電機(jī)工作不正常，而且 可充電電容器組處于過放電狀態(tài)，IC控制電路模塊關(guān)閉充電開關(guān)電路，并選擇可充電電池組作為電源為MEMS設(shè)備供電。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的能源自采集與供能系統(tǒng)在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng) 用，其特征在于所述供電過程還包括可充電電池組在充電過程中處于過熱超溫 狀態(tài)時(shí)，IC控制電路模塊關(guān)閉充電開關(guān)電路，保護(hù)可充電電池組的處理步驟。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的能源自采集與供能系統(tǒng)在微電子機(jī)械系統(tǒng) 的應(yīng)用，其特征在于所述供電過程的電路如下通過管理電路的Pl、 P2接口連接微型發(fā)電機(jī)，微型發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流經(jīng) 過調(diào)壓整流電路屮的二極管D2 D6、 D8 D11后，存儲在可充電電容器組C4、 C8中，存儲在C4、 C8中的電流經(jīng)過二極管D1向U3供電，U3通過P3接口連接 微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備；通過U2A進(jìn)行電池電壓采樣放大處理，并將VBAT信號輸入到IC控制電路 模塊U4的23針腳，通過U2B進(jìn)行充電電流采樣放大處理，并將IBAT信號輸入 到IC控制電路模塊IM的24針腳，U4利用這兩個(gè)信號進(jìn)行判斷，如果微型發(fā) 電機(jī)工作正常，可充電電容器組處于滿沖狀態(tài)，U4通過第15針腳發(fā)送PWM信 號到U1，通過U1向可充電電池組充電，如果微型發(fā)電機(jī)工作不正常，可充電 電容器組處于過放電狀態(tài)，可充電電池組經(jīng)過D7向U3供電。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的能源自采集與供能系統(tǒng)在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng) 用，其特征在于所述供電過程的電路還包括U4經(jīng)過VBAT信號檢測可充電電池 組的電壓狀態(tài)，以判斷可充電電池組是否充滿電，如果充滿電，則不需要繼續(xù) 充電，如果未充滿電，則啟動U1進(jìn)行充電控制，可充電電池組還通過底部的溫 度傳感器RT1檢測自身的溫度狀態(tài)，并將TBAT信號輸入到U4的25針腳，IM 通過TBAT信號判斷是否需要斷開充電電路，以保護(hù)電池組。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能源自采集與供能系統(tǒng)及其在微電子機(jī)械系統(tǒng)的應(yīng)用，系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)和管理電路組成，所述發(fā)電機(jī)采用將微風(fēng)或微震轉(zhuǎn)換為電能的能源轉(zhuǎn)換裝置。所述微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備采用能源自采集與供能系統(tǒng)供電。本發(fā)明為高集成度、可充電電池組與微型發(fā)電機(jī)互為補(bǔ)充的、利用微風(fēng)與微震等微能源的環(huán)保的微能源自采集與供能系統(tǒng)。
文檔編號F03D9/00GK101340102SQ200810027688
公開日2009年1月7日 申請日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者周翠英, 孫志強(qiáng) 申請人:中山大學(xué)