CN111555427A - 一种双能量源输入的双源能量管理电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种双能量源输入的双源能量管理电路，用于根据第一能量源和第二能量源的输出控制对应PMOS开关管的开关状态，从而控制第一能量源的输出信号或第二能量源的输出信号为电池和负载供电；在单能量源供电模式，若只有第一能量源使能，控制第一PMOS开关管打开，由第一能量源供电，若只有第二能量源使能，控制第二PMOS开关管打开，由第二能量源供电；在双能量源交替供电模式，两种能量源都供能，控制第一PMOS开关管和第二PMOS开关管交替打开，由第一能量源和第一能量源交替供电。本发明解决了两种能量源输入时能量分配的问题，实现了能量的灵活分配和利用，提升了能量采集系统的能量提取效率和能量利用效率。

Description

一种双能量源输入的双源能量管理电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体的说是涉及一种双能量源输入的双源能量管理电路。

背景技术

能量采集技术是一种将环境中无处不在的绿色能量收集起来用于为电子设备供电的技术，诸如太阳能、温差能和压电能等，太阳能受光强大小影响，温差能取决于温度差，压电能与频率有关。但现有的能量采集技术通常只能处理单种能量源，在某些情况下收集到的能量很微弱，可供给负载和电池的能量较少。

发明内容

针对上述单种能量源采集技术获取能量有限的不足之处，本发明提出了一种双能量源输入的双源能量管理电路，同时采集两种能量源，能够实现单能量源供电方案和双能量源交替供电方案，充分利用了两种能量源的优势，可以大大提高能量采集效率和实现灵活供能。

本发明的技术方案为：

一种双能量源输入的双源能量管理电路，所述双源能量管理电路的输入信号包括第一能量源的输出信号和第二能量源的输出信号，其输出信号用于为负载供电；

所述双源能量管理电路包括第一PMOS开关管、第二PMOS开关管和双源能量管理模块，

第一PMOS开关管和第二PMOS开关管的源极分别连接所述第一能量源的输出信号和所述第二能量源的输出信号，其漏极互联并产生所述双源能量管理电路的输出信号；

所述双源能量管理模块用于产生第一PMOS开关管和第二PMOS开关管的栅极控制信号，包括电压基准源、第一比较器、第二比较器、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门、第五与非门、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第一分相器、第二分相器、振荡器、分频器、第一选择器、第二选择器、第一缓冲器和第二缓冲器，

第一比较器的正向输入端连接所述第一能量源的输出信号，其负向输入端连接所述电压基准源产生的基准电压，其输出端连接第一与非门的第一输入端；

第一与非门的第二输入端连接第一能量源的使能信号，其输出端通过第一反相器后连接第三与非门的第一输入端和第一选择器的第二输入端；

第二比较器的正向输入端连接所述第二能量源的输出信号，其负向输入端连接所述基准电压，其输出端连接第二与非门的第一输入端；

第二与非门的第二输入端连接第二能量源的使能信号，其输出端通过第二反相器后连接第三与非门的第二输入端和第二选择器的第一输入端；

第三与非门的输出端连接第一分相器的输入端并通过第三反相器后连接分频器的使能端；

第一分相器产生与第三与非门输出信号同相的第一分相信号连接至第一选择器的选择控制端，第一分相器产生与第三与非门输出信号反相的第二分相信号连接至第二选择器的选择控制端；

分频器的输入端连接振荡器的输出端，其输出端连接第二分相器的输入端；

第二分相器产生与分频器输出信号同相的第三分相信号连接至第一选择器的第一输入端，第二分相器产生与分频器输出信号反相的第四分相信号连接至第二选择器的第二输入端；

第四与非门的第一输入的连接第一选择器的输出端，其第二输入端连接所述第一能量源的使能信号，其输出信号经过第一缓冲器后产生所述第一PMOS开关管的栅极控制信号；

第五与非门的第一输入的连接第二选择器的输出端，其第二输入端连接所述第二能量源的使能信号，其输出信号经过第二缓冲器后产生所述第二PMOS开关管的栅极控制信号。

本发明的有益效果为：本发明提出的双源能量管理电路，根据第一能量源和第二能量源的输出控制第一PMOS开关管MP1和第二PMOS开关管MP2的开关状态，具有单能量源供电模式和双能量源交替供电模式，实现了能量的灵活分配和利用；解决了两种能量源输入时能量分配的问题，提升了能量采集系统的能量提取效率和能量利用效率。

附图说明

图1是本发明提出的一种双能量源输入的双源能量管理电路的整体结构框图。

图2是本发明提出的一种双能量源输入的双源能量管理电路中双源能量管理模块的内部电路示意图。

图3是本发明提出的一种双能量源输入的双源能量管理电路的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式进行描述。

本发明提出的一种双能量源输入的双源能量管理电路，用于管理第一能量源的输出信号和第二能量源的输出信号为电池和负载供电。第一能量源和第二能量源为两种绿色能量源，诸如太阳能、温差能或者压电能，这两种能量源用于为本发明的双源能量管理电路提供两路能量输入。

如图1所示是本发明提出的一种双能量源输入的双源能量管理电路的总体结构框图，包括双源能量管理模块、第一PMOS开关管MP1和第二PMOS开关管MP2，第一PMOS开关管MP1和第二PMOS开关管MP2的源极分别连接第一能量源的输出信号和第二能量源的输出信号，其漏极互联并产生双源能量管理电路的输出信号。本发明提出的双源能量管理模块根据第一能量源和第二能量源的输出控制对应PMOS开关管的开关状态，实现单能量源供电模式和双能量源交替供电模式，从而灵活地为电池和负载提供电能。

如图2所示是双源能量管理模块的内部结构示意图，双源能量管理模块用于产生第一PMOS开关管MP1和第二PMOS开关管MP2的栅极控制信号，包括电压基准源、第一比较器、第二比较器、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门、第五与非门、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第一分相器、第二分相器、振荡器、分频器、第一选择器、第二选择器、第一缓冲器和第二缓冲器，第一比较器的正向输入端连接第一能量源的输出信号，其负向输入端连接电压基准源产生的基准电压，其输出端连接第一与非门的第一输入端；第一与非门的第二输入端连接第一能量源的使能信号，其输出端通过第一反相器后产生信号A连接第三与非门的第一输入端和第一选择器的第二输入端；第二比较器的正向输入端连接第二能量源的输出信号，其负向输入端连接基准电压，其输出端连接第二与非门的第一输入端；第二与非门的第二输入端连接第二能量源的使能信号，其输出端通过第二反相器后产生信号B连接第三与非门的第二输入端和第二选择器的第一输入端；第三与非门的输出端连接第一分相器的输入端并通过第三反相器后连接分频器的使能端；第一分相器产生与第三与非门输出信号同相的第一分相信号C连接至第一选择器的选择控制端，第一分相器产生与第三与非门输出信号反相的第二分相信号D连接至第二选择器的选择控制端；分频器的输入端连接振荡器的输出端，其输出端连接第二分相器的输入端；第二分相器产生与分频器输出信号同相的第三分相信号连接至第一选择器的第一输入端，第二分相器产生与分频器输出信号反相的第四分相信号连接至第二选择器的第二输入端；第四与非门的第一输入的连接第一选择器的输出端，其第二输入端连接第一能量源的使能信号，其输出信号经过第一缓冲器后产生第一PMOS开关管MP1的栅极控制信号即开关信号1；第五与非门的第一输入的连接第二选择器的输出端，其第二输入端连接第二能量源的使能信号，其输出信号经过第二缓冲器后产生第二PMOS开关管MP2的栅极控制信号即开关信号2。

本发明提出的双源能量管理模块根据第一能量源和第二能量源的输出情况控制对应开关管的开关状态，当只有第一能量源供能时，控制第一PMOS开关管MP1打开；当只有第二能量源供能时，控制第二PMOS开关管MP2打开；当两种能量源供能时，控制第一PMOS开关管MP1和第二PMOS开关管MP2交替打开，进一步控制能量分配，为电池和负载提供电能。下面结合图3所示的双源能量管理电路的仿真结果图详细说明本发明的工作过程。

双源能量管理模块中第一分相器和第二分相器的功能是产生两个相位相反且错位的输出信号。如第一分相器分别产生与第三与非门输出信号同相的第一分相信号C和与第三与非门输出信号反相的第二分相信号D，第二分相器分别产生与分频器输出信号同相的第三分相信号和与分频器输出信号反相的第四分相信号。

在单源输入阶段，只有第一能量源供能或只有第二能量源供能，下面以只有第一能量源供能为例详细说明，此时第一能量源的使能信号为高电平，第二能量源的使能信号为低电平，当第一能量源的输出高于基准电压，第二能量源的输出低于基准电压时，第一比较器输出为高，则第一与非门输出为低，第一反相器输出的信号A为高；第二比较器输出为低，第二与非门输出为高，第二反相器输出的信号B为低，则第三与非门输出为高，此时第一分相器输出的第一分相信号C为高，第二分相信号D为低，同时第三反相器输出为低，分频器的使能信号为低则分频器不分频；此时第一分相信号C控制第一选择器选择其第二输入端的信号即信号A作为第四与非门的输入，第二分相信号D控制第二选择器选择其第一输入端的信号即信号B作为第四与非门的输入，信号A为高电平，信号B为低电平，因此开关信号1置低，开关信号2为高，即第一PMOS开关管MP1的栅极控制信号为低电平，控制第一PMOS开关管MP1开启，而第二PMOS开关管MP2的栅极控制信号为高电平，控制第二PMOS开关管MP2关闭，第一能量源为负载和电池供电。当第一能量源的输出低于基准电压值时，开关信号1置高，控制第一PMOS开关管MP1关闭，若第二能量源的输出高于基准电压可以使能第二能量源来供电。

单源输入阶段若只有第二能量源供能时，当第二能量源的输出高于基准电压时产生低电平的第二PMOS开关管MP2的栅极控制信号，使得第二能量源为负载和电池供电，当第二能量源的输出低于基准电压值时产生高电平的第二PMOS开关管MP2的栅极控制信号，控制第二PMOS开关管MP2关闭。

在双源输入阶段，第一能量源的使能信号为高电平，第二能量源的使能信号也为高电平，若第一能量源的输出信号高于基准电压值，第二能量源的输出信号也高于基准电压值，则第一比较器输出为高，第一与非门输出为低，第一反相器输出的信号A为高，同样的第二比较器输出为高，第二与非门输出为低，第二反相器输出的信号B也为高，则第三与非门输出为低，此时第一分相信号C为低，第二分相信号D为高，第三反相器输出为高，分频器的使能信号为高，分频器对振荡器产生的信号进行分频并输出给第二分相器，第二分相器将分频的信号分为两个相位相反且错位的第三分相信号和第四分相信号，此时第一分相信号C控制第一选择器选择其第一输入端的信号即第二分相器输出的第三分相信号作为第四与非门的输入，第二分相信号D控制第二选择器选择第二分相器输出的第四分相信号作为第五与非门的输入，由于振荡器产生的通常是方波信号或者正弦信号，而第二分相器又将经过分频后的振荡器输出的信号分为了两个相位相反的信号，因此第二分相器输出的第三分相信号和第四分相信号交替为高，控制开关信号1和开关信号2交替为高，从而控制第一PMOS开关管MP1和第二PMOS开关管MP2交替开启，实现了第一能量源和第二能量源交替为负载和电池供电，实现能量的间歇使用，可使两种能量源都得到充分的利用。

本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其他各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种双能量源输入的双源能量管理电路，其特征在于，所述双源能量管理电路的输入信号包括第一能量源的输出信号和第二能量源的输出信号，其输出信号用于为负载供电；

所述双源能量管理电路包括第一PMOS开关管、第二PMOS开关管和双源能量管理模块，

第一PMOS开关管和第二PMOS开关管的源极分别连接所述第一能量源的输出信号和所述第二能量源的输出信号，其漏极互联并产生所述双源能量管理电路的输出信号；

所述双源能量管理模块用于产生第一PMOS开关管和第二PMOS开关管的栅极控制信号，包括电压基准源、第一比较器、第二比较器、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门、第五与非门、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第一分相器、第二分相器、振荡器、分频器、第一选择器、第二选择器、第一缓冲器和第二缓冲器，

第一比较器的正向输入端连接所述第一能量源的输出信号，其负向输入端连接所述电压基准源产生的基准电压，其输出端连接第一与非门的第一输入端；

第一与非门的第二输入端连接第一能量源的使能信号，其输出端通过第一反相器后连接第三与非门的第一输入端和第一选择器的第二输入端；

第二比较器的正向输入端连接所述第二能量源的输出信号，其负向输入端连接所述基准电压，其输出端连接第二与非门的第一输入端；

第二与非门的第二输入端连接第二能量源的使能信号，其输出端通过第二反相器后连接第三与非门的第二输入端和第二选择器的第一输入端；

第三与非门的输出端连接第一分相器的输入端并通过第三反相器后连接分频器的使能端；

第一分相器产生与第三与非门输出信号同相的第一分相信号连接至第一选择器的选择控制端，第一分相器产生与第三与非门输出信号反相的第二分相信号连接至第二选择器的选择控制端；

分频器的输入端连接振荡器的输出端，其输出端连接第二分相器的输入端；

第二分相器产生与分频器输出信号同相的第三分相信号连接至第一选择器的第一输入端，第二分相器产生与分频器输出信号反相的第四分相信号连接至第二选择器的第二输入端；

第四与非门的第一输入的连接第一选择器的输出端，其第二输入端连接所述第一能量源的使能信号，其输出信号经过第一缓冲器后产生所述第一PMOS开关管的栅极控制信号；

第五与非门的第一输入的连接第二选择器的输出端，其第二输入端连接所述第二能量源的使能信号，其输出信号经过第二缓冲器后产生所述第二PMOS开关管的栅极控制信号。

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