CN110474408B - 一种电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源电路，涉及能量收集领域，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一电阻、复位芯片和若干个储能电容；电源输入端和第一NMOS管的漏极连接；第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的漏极连接；第二NMOS管的源极接地；第一电阻跨接在所述第一NMOS管的漏极和栅极之间；第一NMOS管的源极和电源输出端、复位芯片的输入端连接；复位芯片的接地端接地；复位芯片的复位输出端和第二NMOS管的栅极连接，当复位芯片输入端电压大于阈值电位时，所述复位芯片输出高电平信号；储能电容的一端和电源输出端连接，储能电容的另一端接地。本发明的电源电路通过两个NMOS管和复位芯片组成的开关电路，可收集空间能量转化成电能，并提供稳压保护功能。

Description

一种电源电路
技术领域
本发明涉及能量收集领域，尤其涉及一种适用于无源传感器的电源电路。
背景技术
在空间能量收集并转换为电能，为传感器供电的应用场合(例如，电力传输线周围的电磁能量采集、振动机械的振动能量收集等)，能量采集端的输出具有功率小、不连续和不稳定的特征；通用的供电方式为，将收集的能量充入储能元件，当储能达到工作条件时，再启动后续MCU模块进行工作。由于能量的不连续，电容电压上升缓慢，传统的上电复位电路在这种场合很难获得一个满足MCU复位要求的阶跃电平信号。而另一方面，在应用场合的极端情况(例如，电力传输线的短路场合，传输线周围空间的电磁能量激增)，这时导致输入端的电压和电流都急剧增加，会导致储能元件的电压过高，超出工作允许范围，这就要求供电模块同时具有稳压保护功能。传统的同类电路不同时具备这些功能或者采用成本比较高的电源管理芯片实现。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种电源电路，适用于能量收集领域，可提供稳压保护功能，进一步的，还提供满足MCU复位要求的阶跃电平信号。
为实现上述目的，本发明提供了一种电源电路，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一电阻、复位芯片和若干个储能电容；电源输入端和第一NMOS管的漏极连接；第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的漏极连接；第二NMOS管的源极接地；第一电阻跨接在所述第一NMOS管的漏极和栅极之间；第一NMOS管的源极和电源输出端、复位芯片的输入端连接；复位芯片的接地端接地；复位芯片的复位输出端和第二NMOS管的栅极连接，当复位芯片输入端电压大于阈值电位时，所述复位芯片的复位输出端输出高电平信号；储能电容的一端和电源输出端连接，储能电容的另一端接地。
进一步的，还包括恒定压差单元，所述恒定压差单元的第一端和第一NMOS管的源极连接，所述恒定压差单元的第二端和复位芯片的输入端连接，所述恒定压差单元在工作时，所述恒定压差单元的第一端和第二端之间为近似恒定的电压差。
进一步的，所述恒定压差单元是二极管或串联的多个二极管，所述二极管或串联的多个二极管的正极为恒定压差单元的第一端，所述二极管或串联的多个二极管的负极为恒定压差单元的第二端。
进一步的，所述恒定压差单元是稳压管，所述稳压管的负极为恒定压差单元的第一端，所述稳压管的正极为恒定压差单元的第二端。
进一步的，还包括第一二极管和复位电容，所述第一二极管的正极和复位芯片的复位输出端连接，第一二极管的负极和复位电容的一端连接，并输出复位信号；复位电容的另一端接地。
进一步的，还包括第二二极管、第三二极管和输入电容，所述输入电容的一端和电源输入端连接，所述输入电容的另一端和第二二极管的正极、第三二极管的负极连接；第二二极管的负极和第一NMOS管的漏极连接，第三二极管的正极接地。
进一步的，所述储能电容是电解电容或大容量无极性电容。
本发明实现了如下技术效果：
(1)通过两个NMOS管和复位芯片组成的开关电路，可收集空间能量转化成电能并提供稳压保护功能。
(2)进而在复位芯片的复位输出端还通过二极管、电容组成的复位电路，提供了满足MCU复位要求的阶跃电平信号。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的电源电路的电路原理图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明公开一种电源电路的具体实施例，适用于无线充电应用，该电源电路同时具备上电复位功能和稳压保护功能，包括NMOS管MOS_1(第一NMOS管)、NMOS管MOS_2(第二NMOS管)，复位芯片U1,电阻R2，电容Cap、电容c_rst、二极管D1、D2、D3、D4和若干个储能电容C_strg_1、C_strg_2,C_strg_3,C_strg_4。
其中，电容Cap和二极管D1、D2组成二倍压电路，电容Cap的一端接电源输入端，接入交流电源AC，具体的，电源输入端可以是连接有感应线圈，感应线圈感应空间能量并产生交流的感应电压和感应电流。通过二倍压电路，交流电源的正负半周均可通过二极管D1进行充电，提升空间能量的采集效率。
NMOS管MOS_1、MOS_2，复位芯片U1和二极管D4组成充电控制电路，给储能电容C_strg_1、C_strg_2,C_strg_3,C_strg_4进行充电，二极管D1的负极和NMOS管MOS_1的漏极电连接；NMOS管MOS_1的栅极和NMOS管MOS_2的漏极连接；NMOS管MOS_1的源极接地；电阻R2跨接在NMOS管MOS_1的漏极和栅极之间；NMOS管MOS_1的源极和电源输出端、复位芯片U1的输入端VCC连接；复位芯片的接地端GND接地；复位芯片的复位输出端RST和NMOS管MOS_2的栅极连接，当复位芯片输入端VCC的电压大于复位芯片的阈值电位时，复位芯片的复位输出端RST输出高电平信号；储能电容的一端和电源输出端连接，储能电容的另一端接地储能电容连接电源输出端，电源输出电压标记为VDDS。
复位芯片U1可以采用IMP810M或IMP810S等型号的复位芯片，该复位芯片输出高电平复位信号。
二极管D3和电容c_rst组成上电复位电路，当电源输出电压VDDS被充电到阈值电位时，电路通过二极管D3给电容c_rst充电，产生一个满足MCU复位要求的阶跃电平信号。
储能电容C_strg_1、C_strg_2,C_strg_3,C_strg_4根据应用的储能需求，可以是电解电容、大容量的非极性电容或其它的储能电容。
具体工作原理：
1、上电复位功能：在电路工作起始时刻，交流电源由AC点输入，经过电容Cap和二极管D2组成的倍压电路对电压进行提升，二极管D1导通；由于电阻R2的存在，点1和点3的电位相同，且高于电源输出端2的电位，NMOS管MOS_1处于导通状态，而且由于点4处于低电平状态，NMOS管MOS_2截止，于是C_strg_1、C_strg_2,C_strg_3,C_strg_4被充电，导致电源输出端2电位逐渐提升，复位芯片U1的输入端(复位芯片U1的第2引脚)的电位也相应的提升。当复位芯片U1的输入端的电位达到阈值电位时，复位芯片U1导通，U1的复位输出端(复位芯片U1的第1引脚)输出一个上升沿信号，点4获得高电位；于是，电路通过二极管D3向电容c_rst充电，上电复位端5电位提升；通过合理选择电容c_rst的容值，可以在上电复位端5获得一个满足MCU复位的信号JTAG_RST，以此来完成MCU的上电复位功能。由于二极管D3的存在，当点4为低电位时，上电复位端5并不会直接被拉低；上电复位端5需要点4长时间处于低电位，无法给电容c_rst充电(即无线充电终止，储能电容的电压降到复位芯片U1的阈值电位和二极管D4的导通电压之和以下)，电容c_rst通过自身漏电流和所连接的MCU的管脚漏电流逐步降压，或并联电阻，通过电阻进行降压，重新回到低电位，以保证电路在断电后再次上电，JTAG_RST能输出一个上升沿信号。
2、稳压功能：二极管D4构成一恒定压差单元。一方面，当电源输出端2的电位高于或等于复位芯片U1的阈值电位与二极管D4的导通压降之和时，点4处于高电位状态，此时NMOS管MOS_2导通，输入的电流经电阻R2和NMOS管MOS_2直接流入地GND，同时3点的电位处于低电位状态，NMOS管MOS_1截止，电路停止向储能电容充电，这样就遏制了储能电容电位的提升；另一方面，当电源输出端2的电位低于复位芯片U1的阈值电位与二极管D4的导通压降之和时，复位芯片U1的第1脚输出低电平，点4处于低电位，NMOS管MOS_2截止，于是3点处于高电位，NMOS管MOS_1导通，储能电容被充电，电源输出端2的电位提升，直至等于复位芯片U1的阈值电位与二极管D4的导通压降之和。
电源输出电压VDDS的最大电压由复位芯片U1的最小复位启动电压和二极管D4的压降决定，如复位芯片U1的最小复位启动电压是4.65V，二极管D4的正向压降为0.7V，则电源输出电压VDDS的最大电压为5.35V。
为调节电源输出电压VDDS的输出电压值，可调整恒定压差单元的导通压降设置，所述恒定压差单元的导通压降近似恒定。该恒定压差单元可以是串联的多个二极管，或稳压管，稳压管的正极和复位芯片U1的输入端连接，稳压管的负极和电源输出端2连接，电源输出电压VDDS的最大电压等于复位芯片U1的阈值电位和恒定压差单元的导通压降之和。
本发明的电源电路同时具有上电复位和稳压保护功能，利用复位芯片U1和MOS管MOS_2，对NMOS管MOS_1的开通和关断进行了控制，从而实现了对储能电容充电的开启和停止。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电源电路，其特征在于：包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一电阻、复位芯片和若干个储能电容；
电源输入端和第一NMOS管的漏极连接；第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的漏极连接；第二NMOS管的源极接地；第一电阻跨接在所述第一NMOS管的漏极和栅极之间；第一NMOS管的源极和电源输出端、复位芯片的输入端连接；复位芯片的接地端接地；复位芯片的复位输出端和第二NMOS管的栅极连接，当复位芯片输入端电压大于阈值电位时，所述复位芯片的复位输出端输出高电平信号；储能电容的一端和电源输出端连接，储能电容的另一端接地。
2.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于：还包括恒定压差单元，所述恒定压差单元的第一端和第一NMOS管的源极连接，所述恒定压差单元的第二端和复位芯片的输入端连接，所述恒定压差单元在工作时，所述恒定压差单元的第一端和第二端之间为近似恒定的电压差。
3.如权利要求2所述的电源电路，其特征在于：所述恒定压差单元是二极管或串联的多个二极管，所述二极管或串联的多个二极管的正极为恒定压差单元的第一端，所述二极管或串联的多个二极管的负极为恒定压差单元的第二端。
4.如权利要求2所述的电源电路，其特征在于：所述恒定压差单元是稳压管，所述稳压管的负极为恒定压差单元的第一端，所述稳压管的正极为恒定压差单元的第二端。
5.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于：还包括第一二极管和复位电容，所述第一二极管的正极和复位芯片的复位输出端连接，第一二极管的负极和复位电容的一端连接，并输出复位信号；复位电容的另一端接地。
6.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于：还包括第二二极管、第三二极管和输入电容，所述输入电容的一端和电源输入端连接，所述输入电容的另一端和第二二极管的正极、第三二极管的负极连接；第二二极管的负极和第一NMOS管的漏极连接，第三二极管的正极接地。
7.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于：所述储能电容是电解电容或大容量无极性电容。
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