一種傳感器電源電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電源電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種傳感器電源電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在用電安全監(jiān)測中，電線電流、溫度是需要采集和觀測的主要參數(shù)，傳感器的數(shù)據(jù)采集和傳輸需要電源，用電磁式線圈換能器采集電線周圍交變的電磁場能量并轉(zhuǎn)換為電能，為無線傳感器的傳感和數(shù)據(jù)發(fā)射提供電源，可自主實(shí)現(xiàn)用電安全監(jiān)測。由于小體積線圈換能器的輸出功率無法直接驅(qū)動無線傳感器節(jié)點(diǎn)正常工作，因此需要電源管理電路對采集到的電能進(jìn)行存儲和釋放。傳統(tǒng)的電源管理電路采用橋式整流電路和控制電路結(jié)合，對電能進(jìn)行存儲；為了增加儲能電容的存儲能量，使用調(diào)理電路和DC-DC電路將管理電路的輸出電壓提高到，采用匹配電路和倍壓電路使管理電路的輸出電壓達(dá)到無線傳感節(jié)點(diǎn)的額定工作電壓。然而，電線周圍交變的電磁場頻率為低頻50Hz，受換能器線圈電感體積的限制，傳統(tǒng)方法的管理電路品質(zhì)因數(shù)很低，在弱電磁能量密度環(huán)境中50電路的輸出功率不足以驅(qū)動無線傳感節(jié)點(diǎn)正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種抗干擾效果好的傳感器電源電路。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明包括換能器、變頻匹配電路、整流電路、能量存儲電路、控制電路和穩(wěn)壓輸出電路，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)換能器的輸出端口與變頻匹配電路的輸入端口相連，變頻匹配電路的輸出端口與整流電路的輸入端口相連，整流電路的輸出端口與能量存儲電路的輸入端口相連，能量存儲電路的輸出端口與收發(fā)節(jié)點(diǎn)相連，控制電路的控制信號輸出端口與穩(wěn)壓輸出電路的控制信號輸入端口相連。
[0005]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述上變頻匹配電路由變壓器、雙向開關(guān)和匹配電容組成；雙線圈換能器與匹配電容Cl、C2分別形成變壓器的初級回路和次級回路；變壓器的初級回路設(shè)置了一個(gè)雙向開關(guān)S、一個(gè)控制電路控制開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，通過開關(guān)導(dǎo)通和斷開時(shí)間內(nèi)電感與電容之間的震蕩，實(shí)現(xiàn)頻率上變換。
[0006]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述收發(fā)節(jié)點(diǎn)為無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)，無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)分別與PC機(jī)數(shù)據(jù)處理部分和溫度電流傳感器相連。
[0007]本發(fā)明有益效果。
[0008]本發(fā)明針對弱電磁場激勵(lì)情況下，存儲在超級電容中的能量不足以驅(qū)動小體積的自全式智能傳感器工作的問題，設(shè)計(jì)了一種上變頻電源管理電路，提高超級電容的充電功率。通過提高電路的工作頻率來減小諧振電容值，增加電路的品質(zhì)因數(shù)，使電路在微弱的環(huán)境能量中產(chǎn)生較高的輸出功率，提高能量采集效率。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)電線中流通1A的交流電時(shí)，用線圈采集電線周圍電磁場能量，上變頻電源管理電路的充電速度是傳統(tǒng)的全橋整流電路的1.6倍，能量采集效率是全橋整流電路的2倍。當(dāng)0.1F的超級電容兩端電壓達(dá)到3.51V時(shí)，電容對無線傳感節(jié)點(diǎn)放電，成功驅(qū)動最大功耗為90mW的無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)正常工作。
【附圖說明】
[0009]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0010]圖1是本發(fā)明變頻匹配電路原理圖。
[0011]圖2是本發(fā)明瞬時(shí)能量采集功率對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖所示，本發(fā)明包括換能器、變頻匹配電路、整流電路、能量存儲電路、控制電路和穩(wěn)壓輸出電路，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)換能器的輸出端口與變頻匹配電路的輸入端口相連，變頻匹配電路的輸出端口與整流電路的輸入端口相連，整流電路的輸出端口與能量存儲電路的輸入端口相連，能量存儲電路的輸出端口與收發(fā)節(jié)點(diǎn)相連，控制電路的控制信號輸出端口與穩(wěn)壓輸出電路的控制信號輸入端口相連。
[0013]所述上變頻匹配電路由變壓器、雙向開關(guān)和匹配電容組成；雙線圈換能器與匹配電容C1、C2分別形成變壓器的初級回路和次級回路；變壓器的初級回路設(shè)置了一個(gè)雙向開關(guān)S、一個(gè)控制電路控制開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，通過開關(guān)導(dǎo)通和斷開時(shí)間內(nèi)電感與電容之間的震蕩，實(shí)現(xiàn)頻率上變換。
[0014]所述收發(fā)節(jié)點(diǎn)為無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)，無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)分別與PC機(jī)數(shù)據(jù)處理部分和溫度電流傳感器相連。
[0015]本發(fā)明電源管理電路由上變頻匹配電路、AC/DC整流電路、能量存儲電路、控制電路和穩(wěn)壓輸出電路組成。管理電路的工作情況為:電路經(jīng)過頻率上變換、匹配后整流輸出，將電能存儲在電容中。當(dāng)電容兩端電壓達(dá)到預(yù)設(shè)門限電壓時(shí)，控制電路啟動穩(wěn)壓電路工作，將存儲在電容中的能量釋放，驅(qū)動無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)工作。
[0016]圖中S是雙向開關(guān)，Z1、Z2分別是匹配變壓器的初級、次級電感，λ1、/?2分別是匹配變壓器的初級、次級繞組匝數(shù)，奶、似分別是變壓器初級、次級電感的內(nèi)阻，#是互感，C1、C2分別是初級、次級回路的匹配電容，iLl{t)是流入初級電感的電流，iL2{t)是流出次級電感的電流。
[0017]對上變頻匹配電路變壓器次級電感的輸出電壓進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。磁芯選取相對磁導(dǎo)率//r=4500的鐵氧體材料，內(nèi)徑為10mm。145變壓器初級匝數(shù)為3000，次級匝數(shù)為1000，初級、次級等效電感分別為17.6H、3.2H，環(huán)路等效電阻分別是#1=478 Ω、#2=48 Ω。變壓器初級環(huán)路匹配電容為0.22 μ F，次級環(huán)路匹配電容為InF。開關(guān)控制信號為頻率100Hz，占空比50%，線圈套在電線周圍，電流發(fā)生器輸出電線電流為1A。
[0018]上變頻匹配電路實(shí)現(xiàn)了頻率上變換，諧振電容值減小，電路的品質(zhì)因數(shù)提高。與傳統(tǒng)的全橋整流電路相比，上變頻管理電路能夠以較大的功率為儲能超級電容充電，能量采集效率得到提聞。
[0019]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種傳感器電源電路，包括換能器、變頻匹配電路、整流電路、能量存儲電路、控制電路和穩(wěn)壓輸出電路，其特征在于換能器的輸出端口與變頻匹配電路的輸入端口相連，變頻匹配電路的輸出端口與整流電路的輸入端口相連，整流電路的輸出端口與能量存儲電路的輸入端口相連，能量存儲電路的輸出端口與收發(fā)節(jié)點(diǎn)相連，控制電路的控制信號輸出端口與穩(wěn)壓輸出電路的控制信號輸入端口相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種傳感器電源電路，其特征在于所述上變頻匹配電路由變壓器、雙向開關(guān)和匹配電容組成；雙線圈換能器與匹配電容Cl、C2分別形成變壓器的初級回路和次級回路；變壓器的初級回路設(shè)置了一個(gè)雙向開關(guān)S、一個(gè)控制電路控制開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，通過開關(guān)導(dǎo)通和斷開時(shí)間內(nèi)電感與電容之間的震蕩，實(shí)現(xiàn)頻率上變換。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種傳感器電源電路，其特征在于所述收發(fā)節(jié)點(diǎn)為無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)，無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)分別與PC機(jī)數(shù)據(jù)處理部分和溫度電流傳感器相連。
【專利摘要】一種傳感器電源電路屬于電源電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種傳感器電源電路。本發(fā)明提供一種抗干擾效果好的傳感器電源電路。本發(fā)明包括換能器、變頻匹配電路、整流電路、能量存儲電路、控制電路和穩(wěn)壓輸出電路，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)換能器的輸出端口與變頻匹配電路的輸入端口相連，變頻匹配電路的輸出端口與整流電路的輸入端口相連，整流電路的輸出端口與能量存儲電路的輸入端口相連，能量存儲電路的輸出端口與收發(fā)節(jié)點(diǎn)相連，控制電路的控制信號輸出端口與穩(wěn)壓輸出電路的控制信號輸入端口相連。
【IPC分類】H02J7/00
【公開號】CN105322588
【申請?zhí)枴緾N201410362208
【發(fā)明人】富強(qiáng), 賴安晏
【申請人】富強(qiáng)
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2014年7月29日