一種電源管理系統(tǒng)及其能量回收單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電源控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能量回收單元及包含該能量回收單元的電源管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在一些極低功耗應(yīng)用場合，電子設(shè)備往往很長時間才工作一次。在一次工作結(jié)束后，需要很長時間的待機(jī)，然后才進(jìn)行下一次的工作。在待機(jī)過程中，即使電子設(shè)備被完全關(guān)掉，也因為漏電的存在，會漏掉一些電流。某些場合，這些累計的泄漏能量與相應(yīng)短暫的正常工作能量可比擬，這需要電源系統(tǒng)徹底關(guān)死，不要對負(fù)載供電。但這還不能完全解決問題，關(guān)掉電源的輸出的供電能力，但是電源上連接的去耦電容上面的能量還是會泄漏掉的。這部分泄露的能量也是很可觀的，在某些應(yīng)用場合，這部分能量甚至?xí)^相應(yīng)單次正常工作的能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能量回收單元及包含該能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，該能量回收單元及包含該能量回收單元的電源管理系統(tǒng)能夠回收電源去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容上的能量。
[0004]本發(fā)明提供一種電源管理系統(tǒng)，關(guān)鍵技術(shù)于，其包括:
[0005]電源管理器，用于把電源管理系統(tǒng)的輸入端的能量傳遞至輸出端；
[0006]能量回收單元，用于把電源管理系統(tǒng)輸出端電容上的能量回收至電源管理系統(tǒng)的輸入端；
[0007]Ctrl端口，用于控制電源管理器與能量回收單元的工作狀態(tài)，控制原理為:當(dāng)Ctrl端口的控制信號為高電平時，電源管理器開啟工作，能量回收單元被關(guān)掉；當(dāng)Ctrl端口的控制信號為低電平時，控制能量回收單元開啟工作，電源管理器被關(guān)掉。
[0008]進(jìn)一步的，所述能量回收單元Power Recovery Unit包括:時序產(chǎn)生器timingGen、電感LI和四個開關(guān)，四個分別為開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4 ；
[0009]其連接關(guān)系為:
[0010]開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4的控制端均與時序產(chǎn)生器timing Gen相接；
[0011]開關(guān)SI的第一導(dǎo)通端al與電感LI的一端相接，第二導(dǎo)通端bl與電源管理器的電池E連接；
[0012]開關(guān)S2的第一導(dǎo)通端a2接地，第二導(dǎo)通端b2與電感LI的一端相接；
[0013]開關(guān)S3的第一導(dǎo)通端a3接地，第二導(dǎo)通端b3與電感LI的另一端相接；
[0014]開關(guān)S4的第一導(dǎo)通端a4與電感LI的另一端相接，第二導(dǎo)通端b4與電源控制器的負(fù)載相接；
[0015]時序產(chǎn)生器timing Gen的另一端與電源控制器的Ctrl端口連接；
[0016]其工作關(guān)系為:
[0017]當(dāng)Ctrl端口高電平時，時序產(chǎn)生器timing Gen不工作，S1、S2、S3及S4斷開；
[0018]當(dāng)Ctrl端口低電平時，時序產(chǎn)生器timing Gen工作，產(chǎn)生開關(guān)SI?S4的控制信號，電源控制器的負(fù)載電容CL上的電能經(jīng)電感LI和開關(guān)SI?S4被回收到電源管理器的電池E。
[0019]進(jìn)一步的,所述能量回收單元Power Recovery Unit的工作原理如下:
[0020]充電階段Tl，S2、S4開啟，S1、S3關(guān)斷；
[0021]放電階段T2，S2、S4關(guān)斷，S1/S3與S2/S4非交疊地開啟；
[0022]整個能量回收過程結(jié)束，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷；
[0023]上述四個開關(guān)中任一開關(guān)開啟即該開關(guān)的第一導(dǎo)通端與其第二導(dǎo)通端連接，任一開關(guān)關(guān)斷即該開關(guān)的第一導(dǎo)通端與第二導(dǎo)通端斷開。
[0024]進(jìn)一步的,該電源管理系統(tǒng)包括電池E、電源管理器Power Manager、負(fù)載電容CL、負(fù)載Load和能量回收單兀Power Recovery Unit,且電池E、電源管理器Power Manager、負(fù)載電容CL依次連接，負(fù)載Load與負(fù)載電容CL呈并聯(lián)關(guān)系，
[0025]該Ctrl端口與能量回收單兀Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager連接，由Ctrl端口控制能量回收單兀Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager的工作狀態(tài)；
[0026]電源電壓VE大于等于負(fù)載點(diǎn)VDD電壓的情況下，S3恒斷、S4恒啟，其控制關(guān)系為:
[0027]當(dāng)Ctrl高電平時，電源管理器Power Manager開啟工作，能量回收單元PowerRecovery Unit被關(guān)掉，E的電能經(jīng)過Power Manager對Load供給；
[0028]當(dāng)Ctrl低電平時，電源管理器Power Manager被關(guān)掉，回收單兀Power RecoveryUnit在Ctrl端口的控制下把負(fù)載電容CL上的電能回收到電池E上；具體的回收過程為:
[0029]充電階段Tl，S2開啟、SI關(guān)斷；負(fù)載電容CL經(jīng)LI及S2對地形成通路，負(fù)載電容CL對電感LI預(yù)充電，充電中負(fù)載點(diǎn)VDD電壓下降，負(fù)載電容CL上的能量部分轉(zhuǎn)移到電感中，當(dāng)電感LI中電流達(dá)到預(yù)設(shè)值時，S2關(guān)斷，Tl結(jié)束；
[0030]放電階段T2，S2關(guān)斷后SI非交疊地開啟，負(fù)載電容CL經(jīng)LI及SI對VE形成通路，電感中的電流減小，在整個T2過程，電感LI中的能量轉(zhuǎn)移到電源E，同時，負(fù)載點(diǎn)VDD電壓也往下降，負(fù)載電容CL上的能量也部分轉(zhuǎn)移到電源E，當(dāng)電感LI中的電流降低到O時，T2結(jié)束；
[0031]T2結(jié)束后S2馬上開啟，重復(fù)之前Tl及T2的過程，直到負(fù)載電容CL上負(fù)載點(diǎn)VDD電壓降低到0，同時電感電流中電流也為O為止，整個能量回收過程結(jié)束，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷；
[0032]上述負(fù)載電容CL包括電源管理器輸出點(diǎn)的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容；負(fù)載Load包括所有電子設(shè)備。
[0033]效果較佳的，電源管理器Power Manager為線性穩(wěn)壓器LD0。
[0034]效果較佳的，電源管理器Power Manager為降壓變換電路BUCK。
[0035]效果較佳的，電源管理器Power Manager為升降壓電路BUCK-B00ST，當(dāng)Ctrl低電平且電源電壓VE大于等于負(fù)載點(diǎn)VDD電壓時，采用如上所述的控制方法，當(dāng)Ctrl高電平時，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷。
[0036]進(jìn)一步的,該電源管理系統(tǒng)包括電池E、電源管理器Power Manager、負(fù)載電容CL、負(fù)載Load和能量回收單兀Power Recovery Unit,且電池E、電源管理器Power Manager、負(fù)載電容CL依次連接，負(fù)載Load與負(fù)載電容CL呈并聯(lián)關(guān)系，
[0037]該Ctrl端口與能量回收單兀Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager連接，由Ctrl端口控制能量回收單兀Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager的工作狀態(tài)；
[0038]電源電壓VE小于負(fù)載點(diǎn)VDD電壓的情況下，S2恒斷、SI恒啟，其控制關(guān)系為:
[0039]當(dāng)Ctrl高電平時，電源管理器Power Manager開啟工作，能量回收單元PowerRecovery Unit被關(guān)掉，E的電能經(jīng)過Power Manager對Load供給；
[0040]當(dāng)Ctrl低電平時，電源管理器Power Manager被關(guān)掉，回收單兀Power RecoveryUnit在Ctrl端口的控制下把負(fù)載電容CL上的電能回收到電池E上；具體的回收過程為:
[0041]充電階段Tl，S4開啟、S3關(guān)斷；負(fù)載電容CL經(jīng)LI及S4對電池E形成通路，負(fù)載電容CL對電感LI預(yù)充電，充電中負(fù)載點(diǎn)VDD電壓下降，負(fù)載電容CL上的能量部分轉(zhuǎn)移到電感LI中，當(dāng)電感LI中電流達(dá)到預(yù)設(shè)值時，S4關(guān)斷，Tl結(jié)束；
[0042]放電階段T2，S4關(guān)斷后S3非交疊地開啟，地經(jīng)LI及S3對VE形成通路，電感中的電流減小，在整個T2過程，電感LI中的能量轉(zhuǎn)移到電源E，同時，負(fù)載點(diǎn)VDD電壓維持不變，當(dāng)電感LI中的電流降低到O時，T2結(jié)束；
[0043]T2結(jié)束后S4馬上開啟，重復(fù)之前Tl及T2的過程，直到負(fù)載電容CL上負(fù)載點(diǎn)VDD電壓降低到VE為止，此時時序產(chǎn)生器timing Gen繼續(xù)控制，直到負(fù)載點(diǎn)VDD電壓降低為0，整個能量回收過程結(jié)束，所有開關(guān)SI?S4都關(guān)斷；
[0044]上述負(fù)載電容CL包括電源管理器輸出點(diǎn)的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容；負(fù)載Load包括所有電子設(shè)備。
[0045]效果較佳的，電源管理器Power Manager為升壓電路BOOST。
[0046]效果較佳的，電源管理器Power Manager為升降壓電路BUCK-B00ST，當(dāng)Ctrl低電平且電源電壓VE小于負(fù)載點(diǎn)VDD電壓時，采用如上所述的控制方法，當(dāng)Ctrl高電平時，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷ο
[0047]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明能回收電源去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容上的能量，因此延長了電池的續(xù)航能力。本發(fā)明綠色環(huán)保，高效。在傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、新能源領(lǐng)域?qū)玫綇V闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0048]圖1為本發(fā)明的電源管理系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖2A為本發(fā)