CN112165176B - 一种双向三级储能供电模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向三级储能供电模块，包括电磁波收集模块E、初级储能电容CP、溢出储能电容CO、充电控制模块CHP、次级储能电容CS、供电控制模块VP和周期控制模块TP，电磁波收集模块E包括电磁波接收天线RA、能量转换部件EC和初级储能电容CP。充电控制模块CHP包含升压部件VB和溢出储能控制模块ESP，本发明利用周围环境中的电磁波，实现电磁波能量转换存储，实现了无需电源的自供电模式，本发明无需维护，可适用于长期低频度、自恢复监测装置。

Description

一种双向三级储能供电模块

技术领域

本发明涉及岩土工程监测技术领域，具体涉及一种双向三级储能供电模块，适用于岩土工程中基于环境能量转换，以弱电磁波环境为主、同时兼容强电磁波环境，无外供电、低频次、自恢复监测应用。

背景技术

收集周边环境能量为无线传感网络供能，尤其是收集周边环境中的电磁波能量，应用场景通常分为两类：

一类基于强电磁波能量环境，周边电磁波环境足够强，(一些应用中，周边强电磁波环境是人为生成的，就是为了给特定功能单元持续提供能量)，转换模块直接转换得到的输出功率大于后续电路功耗，足以维持后续电路工作。专利申请号200780046304.X《动态射频功率收集》使用环境实质上是一直有RFID读写器直接提供能量，一旦脱离这种人为提供的强电磁波环境，即处于弱电磁波环境中，整个装置的能量收集效率和存储机制会导致其无法正常工作，也就无法为后续电路提供能量；专利申请号200910016208.1《基于空间电磁能的无线传感器自供能系统及自供能方法》使用环境是高压变电站中，其周围存在高强度电磁波，若脱离这种高强度电磁波环境，整个装置实质是无法有效进行能量收集及输出电能维持后续电路工作。上述两种专利所述能量收集供电方式，一旦周边环境电磁波不足够强，后续功能单元就会停止工作，无法为后续电路提供能量，直至周边环境电磁波足够强才会重新启动供电。

另一类基于弱电磁波能量环境，转换模块直接转换得到的输出功率小于后续电路功耗，不足以维持后续电路工作，这就需要一定的能量汇集机制，将一段较长时段内转换的电磁波能量积聚，供后续电路在较短时段内完成启动、监测、交换数据等工作。专利申请号201310196003.2《传感器供电方法及供电装置》要求电源管理模块“检测”储能电容电压并对供电装置进行控制，高于电压阈值则开启供电，低于则关断，其整个供电装置正常工作的前提是装置初始时刻有电或传感器周围射频信号足够强且能量收集装置输出电能大于传感器和供电控制电路实际工作需要的电能；专利申请号201420858559.3《电磁波能量回收和转换装置及系统》实现方式是多路天线同时收集，能量存储单元电压达到一定电压值，后级可接入监测装置开始工作，低于则关断，存在后级可接入监测装置还未完成一次检测，前级供能模块就关断供电的风险。因此，仅仅有能量汇集机制是不够的，因为后续电路功耗大于瞬时电磁波能量转换功率，一旦储能电容达到一定电压值导致后续电路启动，汇集的能量将会迅速消耗，又会使储能电容电压值迅速下降，导致后续电路无法完成监测工作，进入一种低压振荡循环状态，即汇集能量，启动，未完成监测，电压低断电，汇集能量......为避免这种现象，必须考虑引入适当的启动机制确保汇集的能量足以维持后续电路完成一次监测工作。专利申请号201810561558.5《一种电磁波转换供电模块》属此类技术。

专利申请号201810561558.5《一种电磁波转换供电模块》提供了启动控制机制，确保在弱电磁波环境下，后续电路能够完成监测工作。其主要的工作场景是野外岩土工程长期监测场景，周边电磁波环境非常弱，在这种场景下，后续电路往往是基于最少功能、最小功耗设计的，启动机制完全由供电模块通过电压的变化路径(区间)确定，但是野外岩土工程长期监测场景不排除有时也会有较强的电磁波环境，在强电磁波环境，该技术的启动机制也会出现新的问题，由于该启动机制着重实现了整个供电装置可从初始时刻完全无电到有电自启动对外供电，内部的所有功能器件均为无源器件，由不同门限电压的导通部件组合而成，实质上不具有自主控制功能，导通与关断都取决于周围环境电磁波能量强度和后级可接入监测装置功耗，后级可接入监测装置开始采样的前提是前级自供电模块中次级储能电容达到安全电压上限值，工作的场景是需要一段时间蓄积能量才能完成一次采样，即采样的频次和周期取决于监测装置周围环境电磁波强度和后级监测装置功耗。若该控制机制的自供电模块放置于强电磁波环境下，自供电模块不会关断对外供电，后级监测装置会在安全电压上限值附近振荡性循环，，即不断检测，上传……以致数据接收终端数据量过大，增加了系统运行负荷，长时间工作会导致数据接收终端响应变慢甚至宕机。

实际工作环境中，周边电磁波的强弱是变化、难以预测，无法控制的，通常情况下以弱电磁波环境居多，如远离市区的桥梁、隧道、边坡监测等使用场景；少数场合存在强电磁环境，如监测装置处于发射塔或变电站附近，因此现场监测工作迫切需要能够以弱电磁波环境为主、同时兼顾强电磁波环境的自供电能量收集技术，因此需要在供电装置的供能控制机制层面解决实际应用问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种兼容强/弱电池波环境的双向三级储能供电模块，可将周边环境中的电磁波能量收集、转换、存储、积聚，进而实现高效自主供电。该模块采用双向三级储能方式，实现能量高效收集与存储，同时该模块采用充电控制模块，实现多个能量存储模块交互充电，提高能量收集及存储效率；采用供电控制模块，避免在弱电磁波环境下，整个供电模块在可工作安全电压范围下限震荡；采用周期控制模块，避免在强电磁波环境下，整个供电模块在可工作安全电压范围上限震荡，兼容强/弱电磁波使用环境，适用于岩土工程中低频次、自恢复监测场景，避免传感器网络电池供电给后续维护造成的不便，提高无线传感器网络节点的生命周期和便捷性。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种双向三级储能供电模块，包括电磁波收集模块，电磁波收集模块包括依次连接的电磁波接收天线、能量转换模块和初级储能电容，还包括充电控制模块，充电控制模块包括升压部件、第一区间开关控制部件、第五二极管、第六二极管、第四上拉电阻、第五上拉电阻、第六上拉电阻、第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管，

第五二极管的阳极与升压部件的输出端连接，第五二极管的阴极通过第四上拉电阻与第四场效应管的栅极G连接，第五二极管的阴极还与第四场效应管的源极S连接，第五二极管的阴极还分别与第五上拉电阻一端和第六上拉电阻一端连接，第四场效应管的漏极D与第一区间开关控制部件的复位控制端连接，第四场效应管的漏极D通过溢出储能电容接电气地，第四场效应管的漏极D还与第五场效应管的源极连接，第一区间开关控制部件的复位端分别与第五场效应管的栅极G和第五上拉电阻另一端连接，第五场效应管的漏极D与第六场效应管的源极S连接，第六场效应管的栅极G与第六上拉电阻另一端连接，第六场效应管的漏极与第六二极管的阳极连接，第六二极管的阴极与升压部件(VB)的输入端连接，

第四场效应管的栅极与周期控制模块的第一控制引脚连接，第六场效应管与周期控制模块的第二控制引脚连接，

升压部件的输入端还与初级储能电容的供电端连接，升压部件的输出端还与次级储能电容的供电端连接。

一种双向三级储能供电模块，还包括供电控制模块，

供电控制模块包括第二区间开关控制部件、第三区间开关控制部件、上限导通部件、第一上拉电阻、第二上拉电阻、第三上拉电阻、第一场效应管、第二场效应管和第三场效应管，

第一场效应管的源极S、第一上拉电阻一端、第二区间开关控制部件的输入端相连构成供电控制模块的输入端，次级储能电容的供电端分别与供电控制模块的输入端和周期控制模块的电压检测引脚连接，第二区间开关控制部件的输入端和输出端之间并联有第一上拉电阻，第二区间开关控制部件的输出端与第一场效应管的栅极G连接；

第一场效应管的漏极D分别与第二上拉电阻一端、第二场效应管的源极S、以及上限导通部件的输入端连接，第二上拉电阻另一端分别与第二场效应管的栅极G、第三区间开关控制部件的输出端连接，第二场效应管的漏极D与第一二极管的阳极连接，上限导通部件的输出端与第二二极管的阳极连接，第一二极管的阴极、第二二极管的阴极、第三区间开关控制部件的输入端相连构成供电端，供电端与周期控制模块的供电引脚连接；

供电端还分别与第三上拉电阻一端和第三场效应管的源极连接，第三上拉电阻另一端分别与第三场效应管的栅极G和第三二极管的阴极，第三二极管的阳极与周期控制模块的第三控制引脚连接，第三场效应管的漏极D作为供电控制模块的输出端。

一种双向三级储能供电模块，还包括第四二极管，第四二极管的阴极与第三二极管的阴极连接，第四二极管的阳极与第四控制引脚连接。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明的基于弱电汇集能量场景的供电控制模块VP，实现供电电压区间及为后级可接入监测装置供电可控，避免在弱电磁波环境下，整个供电模块在可工作安全电压范围下限震荡；此外，供电控制模块VP预留与后级可接入监测装置相连的控制引脚，主要是实现后级可接入监测装置可关断本发明的双向三级储能装置对其供电。

本发明的基于强电汇集能量场景的周期控制模式为选用周期控制模块TP，其基于带有定时器功能的超低功耗微处理器，结合充电控制模块CHP、供电控制模块VP，实现整个供电模块在强电磁环境下对后级可接入监测装置周期性开启和关断供电的同时，对能量存储和使用进行有效管理，且由于周期控制模块TP自身功耗极低，工作时低于35uW，因此在弱电磁波环境下其不会对整个供电模块造成额外的功耗负担。将周期控制模块TP放置于本发明的供电模块而非后级可接入监测装置，首先是为了避免当整个自供电模块处于弱电磁波环境，当后级可接入监测装置设置的检测周期未到，而自供电模块收集的能量不足以维持后级可接入监测装置从启动到设定的检测周期到达这段时间，其结果是后级监测装置无法启动完成检测任务；其次，若将周期控制模块TP放置于后级监测装置中，为了维持周期模块工作，在无外供电的情况下，其自身需要额外提供维持周期模块运行的储能单元，整体功能电路会变得复杂，导致其通用性不高。

本发明利用周围环境中的电磁波，实现电磁波能量转换存储，基于常规收集环境能量自供电原理，通过充电控制模块，实现多个能量存储模块交互充电；通过供电控制模块，避免在弱电磁波环境下，整个供电模块在可工作安全电压范围下限震荡；通过周期控制模块，避免在强电磁波环境下，整个供电模块在可工作安全电压范围上限震荡；对收集电能最优使用的同时，实现了兼容强/弱电磁波环境、无需电源的自供电、自启动采集模式，使得本发明的电磁波转换供电模块无需维护，可适用于长期低频度、自恢复监测装置。

附图说明

图1原理框图。

E-电磁波收集模块；

CHP-充电控制模块；

CO-溢出储能电容；

CS-次级储能电容；

VP-供电控制模块；

TP-周期控制模块。

图2电磁波搜集单元E原理框图。

RA-电磁波接收天线；

EC-能量转换部件；

CP-初级储能电容。

图3充电控制模块CHP原理框图。

VB-升压部件；

ESP-能量转换部件.

图4溢出储能控制模块ESP原理框图。

U4-第一区间开关控制部件；

Q4-第四场效应管；Q5-第五场效应管；Q6-第六场效应管；

R4-第四上拉电阻；R5-第五上拉电阻；R6-第六上拉电阻；

D5-第五二极管；D6-第六二极管。

图5供电控制模块VP原理框图。

U1-第二区间开关控制部件；U3-第三区间开关控制部件；

U2：上限导通部件；

Q1-第一场效应管；Q2-第二场效应管；Q3-第三场效应管；

R1-第一上拉电阻；R2-第二上拉电阻；R3-第三上拉电阻；

D1-第一二极管；D2-第二二极管；D3-第三二极管；D4-第四二极管。

图6周期控制模块原理框图，其中，LOAD CTRL是外部控制信号。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步描述，需要强调的是，虽然本发明将结合实例进行阐述，这并非指本发明限定于这些实例，这些实例仅仅用于表明本发明的技术方案的可实施性。

一种双向三级储能供电模块，包括电磁波收集模块E、初级储能电容CP、溢出储能电容CO、充电控制模块CHP、次级储能电容CS、供电控制模块VP和周期控制模块TP，本实例原理框图见图1。

一、电磁波收集模块E

电磁波收集模块E包括电磁波接收天线RA、能量转换部件EC和初级储能电容CP。

电磁波收集模块E原理框图见图2，电磁波接收天线RA与能量转换部件EC连接，初级储能电容CP与能量转换模块EC的输出端连接，用于存储能量转换模块EC输出的微弱直流电压；

溢出储能电容CO与充电控制模块CHP连接，溢出储能电容CO选用容值大于初级储能电容CP、额定电压小于等于初级储能电容CP的储能电容；本实施例中，溢出储能电容CO选用2.5V/1F超级电容器，用于在特定条件下，存储供电控制模块VP中的初级储能电容CP输出的电能。

二、充电控制模块CHP

充电控制模块CHP包含升压部件VB和溢出储能控制模块ESP，主要实现功能为在次级储能电容CS充满电后，若采样间隔时间未到，则初级储能电容CP对溢出储能电容CO充电，当CO电压达到特定门限，且采样间隔时间到时，初级储能电容CP、溢出储能电容CO给次级储能电容CS充电。

(a)、升压部件VB

升压部件VB可工作电压应尽可能低，确保在电磁波强度较弱，能量转换部件EC输出的微弱直流电压可经升压部件VB提升，从而缩短初级储能电容CP、溢出储能电容CO对次级储能电容CS的充电时间，升压部件VB选用powercast公司的PCC210直流升压芯片。

(b)、溢出储能控制模块ESP

溢出储能控制模块ESP包括第一区间开关控制部件U4、第五二极管D5、第六二极管D6、第四上拉电阻R4、第五上拉电阻R5、第六上拉电阻R6、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6，溢出储能控制模块ESP的原理框图见图4。

第五二极管D5的阳极与升压部件VB的输出端VB_OUT和次级储能电容CS连接，第五二极管D5的阴极通过第四上拉电阻R4与第四场效应管Q4的栅极G连接，第五二极管D5的阴极还与第四场效应管Q4的源极S连接，第五二极管D5的阴极还分别与第五上拉电阻R5一端和第六上拉电阻R6一端连接，第四场效应管Q4的漏极D与第一区间开关控制部件U4的复位控制端连接，第四场效应管Q4的漏极D通过溢出储能电容CO接电气地，第四场效应管Q4的漏极D还与第五场效应管Q5的源极连接，第一区间开关控制部件U4的复位端分别与第五场效应管Q5的栅极G和第五上拉电阻R5另一端连接，第五场效应管Q5的漏极D与第六场效应管Q6的源极S连接，第六场效应管Q6的栅极G与第六上拉电阻R6另一端连接，第六场效应管Q6的漏极与第六二极管D6的阳极连接，第六二极管D6的阴极与升压部件VB的输入端VB_IN和初级储能电容CP连接。

第四场效应管Q4的栅极与周期控制模块TP的第一控制引脚TP_TRL1连接，第六场效应管Q6的栅极与周期控制模块TP的第二控制引脚TP_TRL2连接。

升压部件VB的输入端VB_IN还与初级储能电容CP的供电端连接，升压部件VB的输出端VB_OUT还与次级储能电容CS的供电端连接。

本实施例中，第一区间开关控制部件U4为复位芯片CN61CN25，工作电压阈值为1.15V，开关导通电压阈值V3＝2.5V；第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6为P-MOS管，型号为NTS2101P，第四上拉电阻R4、第五上拉电阻R5、第六上拉电阻R6选用10K电阻，第五二极管D5、第六二极管D6为低压降二极管，型号为1N5819。

当次级储能电容CS电压达到1.8V但低于3.3V时，第四场效应管Q4、第五场效应管Q5和第六场效应管的Q6的栅极G分别通过上拉电阻R4、R5、R6连接到升压部件VB的输出端，即与次级储能电容CS连接，因此被上拉为高电平，第四场效应管Q4、第五场效应管Q5和第六场效应管的Q6处于关断状态，初级储能电容CP通过升压部件VB给次级储能电容CS充电；

当次级储能电容CS电压达到3.3V、且用户设置的采样周期未到时，周期控制模块TP将第一控制引脚TP_TRL1设置为低电平并输入到第四场效应管Q4的栅极G，第四场效应管Q4导通，初级储能电容CP依次通过升压部件VB、第五二极管D5、第四场效应管Q4给溢出储能电容CO充电；

当次级储能电容CS电压达到3.3V、采样间隔周期到时，周期控制模块TP将第一控制引脚TP_TRL1设置为高电平输出到第四场效应管Q4的栅极G，第四场效应管Q4关断，切断初级储能电容CP通过升压部件VB给溢出储能电容CO充电，选通初级储能电容CP通过升压部件VB给次级储能电容CS充电；

当采样周期到且溢出储能电容CO两端电压达到2.5V时，第一区间开关控制部件U4的复位端(out)与电气地导通，复位端输出低电平，即第五场效应管Q5的栅极G被置为低电平，第五场效应管Q5导通，周期控制模块TP将第二控制引脚TP_TRL2设置为低电平输出到第六场效应管Q6的栅极G，第四场效应管Q4关断，第六场效应管Q6导通，此时初级储能电容CP和溢出储能电容CO同时通过升压部件VB给次级储能电容CS充电。

三、周期控制模块TP

本实施例中，周期控制模块TP选用的是超低功耗32位ARM处理器STM32L011D3，其拥有多种低功耗模式，最低工作电压为1.65V，待机模式下所需电流为0.23uA，运行模式下76uA/MHz，从待机模式切换到运行模式只需5us，自带12位A/D采集模块，可对次级储能电容CS两端的电压信号进行实时监测，实现对整个供电装置能量收集及存储进行有效控制。

采样间隔周期可在ARM处理器STM32L011D3默认设定，也可通过上位机软件修改，计数变量存储在STM32L011D3内部的flash中，通过断电标志位判断程序是否需要从内存中读取采样间隔计数变量，并依据采样间隔计数变量进行相应操作。

四、供电控制模块VP

供电控制模块VP包括第二区间开关控制部件U1、第三区间开关控制部件U3、上限导通部件U2、第一上拉电阻R1、第二上拉电阻R2、第三上拉电阻R3、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2和第三场效应管Q3。

其中，第二区间开关控制部件U1、第一场效应管Q1和第一上拉电阻R1组成下限导通模块，上限导通部件U2、第三区间开关控制部件U3、第二场效应管Q2、第二上拉电阻R2、第一二极管D1、第二二极管D2组成上限导通模块，通过第三二极管D3、第四二极管D4、周期控制模块TP和后级负载可对第三场效应管Q3进行控制，实现对后级可接入监测装置供能可控。

如图5所示，供电控制模块VP中，第一场效应管Q1的源极S、第一上拉电阻R1一端、第二区间开关控制部件U1的输入端相连构成供电控制模块VP的输入端，次级储能电容CS的供电端分别与供电控制模块VP的输入端和周期控制模块TP的电压检测引脚ADC_IN1连接，第二区间开关控制部件U1的输入端和输出端之间并联有第一上拉电阻R1，第二区间开关控制部件U1的输出端与第一场效应管Q1的栅极G连接；

电压检测引脚ADC_IN1为周期控制模块TP的AD输入引脚，用于监测次级储能电容CS供电端的电压，当次级储能电容CS的供电电压达到额定电压且采样间隔周期到时，周期控制模块TP选通第六场效应管Q6，若此时溢出储能电容CO两端电压达到2.5V，第一区间开关控制部件U4的复位端与电气地导通，复位端输出低电平，即第五场效应管Q5的栅极G被置为低电平，第五场效应管Q5导通，实现溢出储能电容CO通过升压部件VB对溢出储能电容CS充电；

第一场效应管Q1的漏极D分别与第二上拉电阻R2一端、第二场效应管Q2的源极S、以及上限导通部件U2的输入端连接，第二上拉电阻R2另一端分别与第二场效应管Q2的栅极G、第三区间开关控制部件U3的输出端连接，第二场效应管Q2的漏极D与第一二极管D1的阳极连接，上限导通部件U2的输出端与第二二极管D2的阳极连接，第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极、第三区间开关控制部件U3的输入端相连构成供电端TP_POWER，供电端TP_POWER与周期控制模块TP的供电引脚连接，用于对周期控制模块供电；

供电端TP_POWER还分别与第三上拉电阻R3一端和第三场效应管Q3的源极连接，第三上拉电阻R3另一端分别与第三场效应管Q3的栅极G、第三二极管D3的阴极和第四二极管D4的阴极连接，第三二极管D3的阳极与周期控制模块TP的第三控制引脚TP_CTRL连接，第四二极管D4的阳极与第四控制引脚CTRL连接，第三场效应管Q3的漏极D作为供电控制模块VP的输出端，用于对后级可接入监测装置供电。

本实例模块中第二区间开关控制部件U1为1.8V门限电压检测芯片LY60C18M，即下限电压为V1＝1.8V，上限导通部件U2为3.3V门限电压检测芯片AME8550AEETA330Z，上限电压为V2＝3.3V，第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3均为P-MOS管NTS2101P，第一上拉电阻R1、第二上拉电阻R2、第三上拉电阻R3均取值10K，第三区间开关控制部件U3为复位芯片CN61CN33，工作电压阈值为1.15V，开关导通电压阈值V3＝3.3V，(满足V2小于等于V3)，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4选用低压降二极管1N5819。

初始时刻，次级储能电容CS电压低于1.8V，供电区间控制模块VT中的第二区间开关控制部件U1处于关断状态，第一场效应管Q1的栅极通过第一上拉电阻R1与次级储能电容CS连接，由于未达到其栅极G的导通门限值，第一场效应管Q1同样处于关断状态；

当次级储能电容CS两端电压达到1.8V但低于3.3V时，第二区间开关控制部件U1的输出端(复位端，out)与电气地导通，输出端(复位端)输出低电平，即第一场效应管Q1的栅极G被置为低电平，第一场效应管Q1导通，次级储能电容CS与上限导通部件U2的输入端连接；由于此电压尚未达到上限导通部件U2的门限值，因此上限导通部件U2尚未导通，上限导通部件U2处于关断状态，第三区间开关控制部件U3的输入端的电压为0，第三区间开关控制部件U3不工作，所以第一场效应管Q2不导通，输出电压为0。

当次级储能电容CS电压升压达到3.3V时，上限导通部件U2的输入端和输出端导通，次级储能电容CS依次经过上限导通部件U2、第二二极管D2后输入到第三区间开关控制部件U3的输入端的电压约为3.1V，未达到第三区间开关控制部件U3电压门限，但高于其工作电压阈值，第三区间开关控制部件U3的输出端为低电平，导致第二场效应管Q2导通，第二场效应管Q2和上限导通部件U2同时导通，两路直流电压分别经过第一二极管D1和第二二极管D2后并接，同时第三场效应管Q3栅极G经过第三上拉电阻R3被拉高，第三场效应管Q3关断；

当采样间隔周期到达且次级储能电容CS电压达到3.3V时，周期控制模块TP的第三控制引脚TP_CTRL置低，经过第三二极管D3将第三场效应管Q3栅极G拉低，即与电气地导通，第三场效应管Q3导通，输出直流电压为后级可接入监测装置供能，此部分功能主要实现在强电磁波环境下，供电装置实现周期性供能，即后级可接入监测装置周期性采集，从而避免后级检测装置频繁采集、上传，由于数据量过大，导致整个数据接收中终端内存溢出直至宕机，其中第四三极管D4为预留后级可接入监测装置对本发明的供电模块输出供能可控，即后级可接入监测装置可自行切断本发明中的供电模块对其供电，周期性采集和后级可接入监测装置可自行切断供电模块对其供电两种控制机制，避免在弱电磁波环境下，整个供电模块在可工作安全电压范围下限震荡。

由于后级负载功耗大于电磁波能量转换的功率，上限导通部件U2导通后，U2导通瞬间次级储能电容CS电压立刻由3.3V开始下降，将导致上限导通部件U2关断，但由于上限导通部件U2有门级延时，会延时200-400ms后关断，这段时间可确保第三区间开关控制部件U3正常工作且输出低电平，第二场效应管Q2导通，从而维持经低压降第一二极管D1输出的供电通道，避免出现瞬间掉电现象。

当次级储能电容CS电压降压到低于1.8V时，第二区间开关控制部件U1关断，第一场效应管Q1关断，整个监测装置断电。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和都应落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种双向三级储能供电模块，包括电磁波收集模块（E），电磁波收集模块（E）包括依次连接的电磁波接收天线（RA）、能量转换模块（EC）和初级储能电容（CP），其特征在于，还包括充电控制模块（CHP），充电控制模块（CHP）包括升压部件（VB）、第一区间开关控制部件（U4）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）、第四上拉电阻（R4）、第五上拉电阻（R5）、第六上拉电阻（R6）、第四场效应管（Q4）、第五场效应管（Q5）和第六场效应管（Q6），

第五二极管（D5）的阳极与升压部件（VB）的输出端（VB_OUT）连接，第五二极管（D5）的阴极通过第四上拉电阻（R4）与第四场效应管（Q4）的栅极G连接，第五二极管（D5）的阴极还与第四场效应管（Q4）的源极S连接，第五二极管（D5）的阴极还分别与第五上拉电阻（R5）一端和第六上拉电阻（R6）一端连接，第四场效应管（Q4）的漏极D与第一区间开关控制部件（U4）的复位控制端连接，第四场效应管（Q4）的漏极D通过溢出储能电容（CO）接电气地，第四场效应管（Q4）的漏极D还与第五场效应管（Q5）的源极连接，第一区间开关控制部件（U4）的复位端分别与第五场效应管（Q5）的栅极G和第五上拉电阻（R5）另一端连接，第五场效应管（Q5）的漏极D与第六场效应管（Q6）的源极S连接，第六场效应管（Q6）的栅极G与第六上拉电阻（R6）另一端连接，第六场效应管（Q6）的漏极与第六二极管（D6）的阳极连接，第六二极管（D6）的阴极与升压部件（VB）的输入端（VB_IN）连接，

第四场效应管（Q4）的栅极与周期控制模块（TP）的第一控制引脚（TP_TRL1）连接，第六场效应管（Q6）与周期控制模块（TP）的第二控制引脚（TP_TRL2）连接，

升压部件（VB）的输入端（VB_IN）还与初级储能电容（CP）的供电端连接，升压部件（VB）的输出端（VB_OUT）还与次级储能电容（CS）的供电端连接，

第一区间开关控制部件（U4）为复位芯片。

2.根据权利要求1所述的一种双向三级储能供电模块，其特征在于，还包括供电控制模块（VP），

供电控制模块（VP）包括第二区间开关控制部件（U1）、第三区间开关控制部件（U3）、上限导通部件（U2）、第一上拉电阻（R1）、第二上拉电阻（R2）、第三上拉电阻（R3）、第一场效应管（Q1）、第二场效应管（Q2）和第三场效应管（Q3），

第一场效应管（Q1）的源极S、第一上拉电阻（R1）一端、第二区间开关控制部件（U1）的输入端相连构成供电控制模块（VP）的输入端，次级储能电容（CS）的供电端分别与供电控制模块（VP）的输入端和周期控制模块（TP）的电压检测引脚（ADC_IN1）连接，第二区间开关控制部件（U1）的输入端和输出端之间并联有第一上拉电阻（R1），第二区间开关控制部件（U1）的输出端与第一场效应管（Q1）的栅极G连接；

第一场效应管（Q1）的漏极D分别与第二上拉电阻（R2）一端、第二场效应管（Q2）的源极S、以及上限导通部件（U2）的输入端连接，第二上拉电阻（R2）另一端分别与第二场效应管（Q2）的栅极G、第三区间开关控制部件（U3）的输出端连接，第二场效应管（Q2）的漏极D与第一二极管（D1）的阳极连接，上限导通部件（U2）的输出端与第二二极管（D2）的阳极连接，第一二极管（D1）的阴极、第二二极管（D2）的阴极、第三区间开关控制部件（U3）的输入端相连构成供电端（TP_POWER），供电端（TP_POWER）与周期控制模块（TP）的供电引脚连接；

供电端（TP_POWER）还分别与第三上拉电阻（R3）一端和第三场效应管（Q3）的源极连接，第三上拉电阻（R3）另一端分别与第三场效应管（Q3）的栅极G和第三二极管（D3）的阴极，第三二极管（D3）的阳极与周期控制模块（TP）的第三控制引脚（TP_CTRL）连接，第三场效应管（Q3）的漏极D作为供电控制模块（VP）的输出端，

第二区间开关控制部件（U1）为门限电压检测芯片，第三区间开关控制部件（U3）为复位芯片。

3.根据权利要求2所述的一种双向三级储能供电模块，其特征在于，还包括第四二极管（D4），第四二极管（D4）的阴极与第三二极管（D3）的阴极连接，第四二极管（D4）的阳极与第四控制引脚（CTRL）连接。

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