CN112688406B - 能量收集电路和电子终端 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种能量收集电路和电子终端，属于能量收集技术领域。能量收集电路包括能量储存单元、能量收集控制单元以及多个能量生成单元；所述能量收集控制单元与所述能量储存单元以及各所述能量生成单元分别连接；其中，所述能量收集控制单元用于根据预设控制时序控制各所述能量生成单元与所述能量储存单元之间的导通/断开状态，以使处于导通状态的能量生成单元生成的能量存储至所述能量储存单元，由此，能够使得多个能量生成单元共用一个能量收集控制单元，以有效降低电路设计成本，减少电路布局所需空间。

Description

能量收集电路和电子终端

技术领域

本申请属于能量收集技术领域，具体涉及一种能量收集电路和电子终端。

背景技术

随着移动终端的功能多样化，消费者对于移动终端的续航需求也不断增加。目前，除了持续降低移动终端的功耗和增加电池容量以延长移动终端的续航能力之外，能量收集技术作为延长终端续航能力的补充方式之一，也被逐渐应用在移动终端上。

在现有的能量收集相关技术中，如果同时存在多种能量收集模块(如光电薄膜、温差发电、振动发电)，那么，每个能量收集模块均需要独立的能力收集电路(integratedcircuit，IC)以及独立的充电IC，导致电路设计成本高、所需布局空间大。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种能量收集电路和电子终端，能够解决现有的能量收集技术中存在的电路设计成本高、布局空间大的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种能量收集电路，包括能量储存单元、能量收集控制单元以及多个能量生成单元；所述能量收集控制单元与所述能量储存单元以及各所述能量生成单元分别连接；其中，所述能量收集控制单元用于根据预设控制时序控制各所述能量生成单元与所述能量储存单元之间的导通/断开状态，以使处于导通状态的能量生成单元生成的能量存储至所述能量储存单元。

本申请一个或多个实施例中，所述能量生成单元包括能量生成支路和能量收集支路；所述能量收集支路的输入端与所述能量生成支路的输出端连接，所述能量收集支路的输出端与所述能量收集控制单元以及所述能量储存单元分别连接。

本申请一个或多个实施例中，所述能量生成支路至少包括光电薄膜模块、温差发电模块、振动发电模块中的一个。

本申请一个或多个实施例中，所述能量收集支路包括第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一电感的一端与所述能量生成支路的输出端连接、另一端与所述第一开关管的输出端、所述第二开关管的输入端分别连接，所述第一开关管的输入端接地、控制端与所述能量收集控制单元连接；所述第二开关管的输出端与所述第二电感的一端连接、控制端与所述能量收集控制单元连接；所述第三开关管的输出端与所述第二电感的另一端以及所述第四开关管的输入端分别连接、输入端接地、控制端与所述能量收集控制单元连接；所述第四开关管的控制端与所述能量收集控制单元连接、输出端与所述能量储存单元连接。

本申请一个或多个实施例中，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管均包括MOS管，其中，所述MOS管的栅极作为所述控制端、漏极作为所述输入端、源极作为所述输出端。

本申请一个或多个实施例中，所述能量收集电路包括第三电感、第五开关管和第六开关管；所述第三电感的一端与所述能量生成支路的输出端连接、另一端与所述第五开关管的输出端以及第六开关管的输入端分别连接，所述第五开关管的输入端接地、控制端与所述能量收集控制单元连接；所述第六开关管的控制端与所述能量收集控制单元连接、输出端与所述能量储存单元连接。

本申请一个或多个实施例中，多个所述能量生成单元中的至少部分能量生成单元串联；或者，多个所述能量生成单元中的至少部分能量生成单元并联。

本申请一个或多个实施例中，所述电路还包括用于所述预设控制时序生成的微控制单元，所述微控制单元与所述能量收集控制单元连接。

本申请一个或多个实施例中，所述电路还包括电源管理单元，所述电源管理单元与所述微控制器以及所述能量收集控制单元分别连接，以用于为所述微控制器以及所述能量收集控制单元提供电能供给。

第二方面，本申请实施例提供了一种电子终端，包括前述的能量收集电路。

在本申请实施例中，通过将能量收集电路中的各能量生成单元的逻辑控制功能集成在一个能量收集控制单元中，由此，使得各能量生成单元共用逻辑控制功能，以减少电路数量，进而有效降低电路设计成本，缩小电路布局所需空间。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例提供的能量收集电路的方框结构示意图。

图2是本申请一示例性实施例提供的能量收集电路的电路结构示意图。

图3是本申请另一示例性实施例提供的能量收集电路的电路结构示意图。

图4是本申请另一示例性实施例提供的能量收集电路的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的技术方案进行详细地说明。

如图1所示，为本申情一示例性实施例提供的能量收集电路10的方框结构示意图，该能量收集电路10至少包括能量储存单元11、能量收集控制单元12以及多个能量生成单元13，所述能量收集控制单元12与所述能量储存单元11以及各所述能量生成单元13分别连接。

其中，所述能量储存单元11用于存储由各所述能量生成单元13生成并收集的电能等，本实施例中，所述能量储存单元11可以是但不限于蓄电池等。

各所述能量生成单元13用于电能等的生成、收集，以通过收集的能量来延长使用所述能量收集电路10的电子终端等的续航时间。实际应用中，根据能量生成方式的不同，所述能量生成单元13的电路类型可以有多种。例如，所述能量生成单元13可以利用温差生成能量的温差发电单元、利用振动生成能量的振动发电单元等。

实际应用中，多个所述能量生成单元13中的至少部分能量生成单元13串联，或者，多个所述能量生成单元13中的至少部分能量生成单元13并联，本实施例对此不做限制。也就是，在所述能量生成单元13为多个时，可以根据各能量生成单元13自身的输出电压、输出电流，将各所述能量生成单元13之间的连接方式调整为串联、并联或者串并混合的连接方式。

作为一种实现方式，假设所述能量收集电路10中包括三个能量生成单元13，那么，该三个能量生成单元13可以如图1所示并联，也可以串联(图中未示出)，还可以将三个能量生成单元13中的两个单元串联后再与另外一个并联，还可以是图1所示的任意一个能量生成单元13可以包括多个以串联或并联或串并联形式连接的能量生成子单元等，本实施例对此不做限制。

所述能量收集控制单元12为一个逻辑控制单元，以根据预设控制时序控制各所述能量生成单元13与所述能量储存单元11之间的导通/断开状态，以使处于导通状态的能量生成单元13生成的能量存储至所述能量存储单元11。例如，当能量生成单元13与所述能量存储单元11之间导通时，所述能量收集电路10收集该能量生成单元11生成的能量并将其存储至所述能量存储单元11，反之，则停止对该能量生成单元13生成的能量的收集。

作为一种可能的实现方式，如果所述能量收集电路10可以包括如图1所示的三个能量生成单元13，且各所述能量生成单元13为高电平导通、低电平关断，那么在所述预设控制时序为“0 1 0”时，所述能量收集控制单元12控制第一个能量生成单元13、第三个能量生成单元13与所述能量存储单元11之间断开、第二个能量生成单元13与所述能量存储单元11之间导通，以实现对第二个能量生成单元13上的能量收集。

需要理解的是，所述预设控制时序可以由设置于所述能量收集控制单元12中的控制时序生成电路(如微控制单元等)生成，也可以由外部的控制时序生成电路(如微控制单元等)生成后提供给所述能量收集控制单元12，本实施例在此不做限制。其中，在所述预设控制时序由微控制单元提供时，所述微控制单元与所述能量收集控制单元12之间可采用I2总线连接等。

另外，所述预设控制时序的实际形式可根据所述能量生成单元11的数量、连接方式等进行设计，本实施例对此不做限制。

在本实施例给出的前述能量收集电路10中，通过对多个能量生成单元13对应的逻辑控制功能进行集成，使得各所述能量生成单元能够共用一个能量收集控制单元，从而有效减少了能量收集电路10的电路布局所需空间，降低了能量收集电路10的制造成本，尤其对移动终端等电子终端具有明显优势。

进一步，本申请的一个或多个实施例中，所述能量生成单元13可以包括能量生成支路131和能量收集支路132；所述能量收集支路132的输入端与所述能量生成支路131的输出端连接，所述能量收集支路132的输出端与所述能量收集控制单元12以及所述能量存储单元11分别连接。

可选地，所述能量生成支路131用于电能等生成，如所述能量生成支路131可以包括光电薄膜模块、温差发电模块、振动发电模块等能量生成模块中的一个。本实施例中，关于所述光电薄膜模块、温差发电模块、振动发电模块的实际形式本实施例不做限制。

所述能量收集支路132用于收集所述能量生成支路131生成的电能，本实施例中，所述能量收集支路132可以采用但不限于升压电路等实现，所述升压电路可以为一级升压电路或二级升压Boost电路等，如Boost电路。下面结合示例1和示例2中给出的两种电路形式对所述能量收集支路132进行说明。

示例1，所述能量收集电路可以包括第三电感、第五开关管和第六开关管；所述第三电感的一端与所述能量生成支路的输出端连接、另一端与所述第五开关管的输出端以及第六开关管的输入端分别连接，所述第五开关管的输入端接地、控制端与所述能量收集控制单元12连接；所述第六开关管的控制端与所述能量收集控制单元12连接、输出端与所述能量存储单元11连接。

其中，在进行能量收集时，所述第三电感、第五开关管和第六开关管构成一升压电路，以实现对能量生成支路131的输出电压的升压处理。例如，针对任意一能量生成单元13中的能量收集支路132，所述能量收集控制电路12根据预设控制时序控制所述第五开关管闭合(导通)、第六开关管断开，以通过所述能量生成支路131对所述第三电感充电，那么，在第五开关管断开、第六开关管闭合时，第六开关管的输入电压等于能量生成支路131的输出电压加上所述第三电感的输出电压，由此可完成对所述能量生成支路131输出的电压的升压，以实现能量收集。

可选的，所述电感可根据能量收集电路10中的工作电流/电压进行选取，如各所述能量生成支路131的输出电流、电压等。另外，所述开关管的实际类型可根据需求进行选取，例如，所述开关管可以为三极管、MOS管等。

在一种实现方式中，考虑到所述MOS管具有较优的耐压性能，因此，可选用MOS管作为开关管，例如图2所示，为所述开关管为N型MOS管(高电平导通，低电平关断)时的能量收集电路10的电路结构示意图。其中，所述MOS管的栅极作为所述控制端、漏极作为所述输入端、源极作为所述输出端。

在图2中，由电感L1、开关管Q1和开关管Q2组成一级升压电路，完成光电薄膜模块能量的收集。由电感L2、开关管Q3和开关管Q4组成的一级升压电路，完成光电薄膜模块能量的收集。由电感L3、开关管Q5和开关管Q6组成的一级升压电路，完成光电薄膜模块能量的收集。

所述能量收集控制单元12通过分别控制开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6来实现对各能量收集支路131的控制。例如，以温差发电模块、电感L2、开关管Q3和开关管Q4组成的能量生成单元为例，在所述能量收集控制单元向所述Q3提供高电平、Q4提供低电平时，Q3导通，Q4关断，所述温差发电模块为所述电感L2充电，并在所述电感的输出电压与所述温差发电模块的输出电压之和作为Q4的源极输入，以实现升压，即完成能量收集。

示例2，所述能量收集支路132包括第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管。所述第一电感的一端与所述能量生成支路的输出端连接、另一端与所述第一开关管的输出端、所述第二开关管的输入端分别连接，所述第一开关管的输入端接地、控制端与所述能量收集控制单元连接。所述第二开关管的输出端与所述第二电感的一端连接、控制端与所述能量收集控制单元连接。所述第三开关管的输出端与所述第二电感的另一端以及所述第四开关管的输入端分别连接、输入端接地、控制端与所述能量收集控制单元连接。所述第四开关管的控制端与所述能量收集控制单元连接、输出端与所述能量存储单元连接。

可选地，与前述示例1类似，所述开关管的实际型号可根据需求进行选取，例如，所述开关管可以为三极管、MOS管等。如图3所示，假设所述能量收集电路包括光电薄膜模块、温差发电模块、振动发电模块共三个能量生成支路，那么，在此以所述开关管为N型MOS管为例对示例2给出的能量收集电路的工作原理进行简单说明。其中，所述MOS管的栅极作为所述控制端、漏极作为所述输入端、源极作为所述输出端。

其中，由电感L1、L4、开关管Q1、Q2、Q7、Q8组成的两级升压电路完成光电薄膜模块能量的收集。

由电感L2、L5、开关管Q3、Q4、Q9、Q10组成的两级升压电路完成温差发电模块能量的收集。

由电感L2、L6、开关管Q5、Q6、Q11、Q12组成的两级升压电路完成振动发电模块能量的收集。

所述能量收集控制单元12通过分别控制各开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6来实现对各能量收集单元13的控制。其中，关于升压电路的工作原理参见示例1中的描述，本实施例在此不再赘述。

需要说明的是，在前述给出的能量收集电路10中，所涉及的能量收集、以及将收集的能量保存至能量存储单元11的充电过程均可以采用前述Boost升压架构来体现。此外，在实际应用中，还可以根据能量采集的电压大小，调整能量收集电路工作在Buck降压状态，或者是工作在Boost和Buck相互交叉的状态，本实施例对此不做限制。

本申请的一个或多个实施例中，所述电路10还可包括图4所示的电源管理单元(PMU)14，所述电源管理单元14与所述能量收集控制单元12连接，以用于为所述能量收集控制单元12提供电能供给。

实际应用中，所述电源管理单元14自身的供电可由所述能量存储单元11或/和其他外部电源提供，本实施例对此不做限制。

在前述给出的能量收集电路的基础上，本申请一示例性实施例还提供一种电子终端，所述电子终端包括前述任一实施例提供的能量收集电路10。实际应用中，通过在所述电子设备设置所述能量收集电路10，既能够利用所述能量收集电路收集的能量，来延长电子终端的续航能力，还能够通使得多个能量生成单元13共用一个能量收集控制单元，有效降低了电路设计成本，减少了电路布局所需空间，进而可减少电子终端的体积。

可以理解的是，关于前述电子终端中的能量收集电路10的相关描述可参照前述实施例的详细描述，为避免重复，本实施例在此不再赘述。

另外，所述电子终端可以是但不限于机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等，非移动电子设备可以为服务器、网络附属存储器(Network Attached Storage，NAS)、个人计算机(personalcomputer，PC)、电视机(television，TV)、柜员机或者自助机等，本申请实施例不作具体限定。

需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (9)

1.一种能量收集电路，其特征在于，包括能量储存单元、能量收集控制单元以及多个能量生成单元；

所述能量收集控制单元与所述能量储存单元以及各所述能量生成单元分别连接；

其中，所述能量收集控制单元用于根据预设控制时序控制各所述能量生成单元与所述能量储存单元之间的导通/断开状态，以使处于导通状态的能量生成单元生成的能量存储至所述能量储存单元；

各所述能量生成单元之间的连接方式为串联、并联或者串并混合的连接方式；所述预设控制时序根据所述能量生成单元的连接方式、数量确定；

所述能量生成单元包括能量收集支路；

所述能量收集支路的输出端与所述能量收集控制单元以及所述能量储存单元分别连接；

所述能量收集支路包括第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管和第三开关管；

所述第一电感的一端与所述第一开关管的输出端、所述第二开关管的输入端分别连接，所述第一开关管的输入端接地、控制端与所述能量收集控制单元连接；

所述第二开关管的输出端与第二电感的一端连接、控制端与所述能量收集控制单元连接；所述第二电感的另一端与第三开关管的输出端连接。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述能量生成单元还包括能量生成支路；

所述能量收集支路的输入端与所述能量生成支路的输出端连接。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述能量生成支路至少包括光电薄膜模块、温差发电模块、振动发电模块中的一个。

4.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述能量收集支路还包括第四开关管；

所述第一电感的另一端与所述能量生成支路的输出端连接；

所述第三开关管的输出端与所述第四开关管的输入端连接、输入端接地、控制端与所述能量收集控制单元连接；

所述第四开关管的控制端与所述能量收集控制单元连接、输出端与所述能量储存单元连接。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管包括MOS管，其中，所述MOS管的栅极作为所述控制端、漏极作为所述输入端、源极作为所述输出端。

6.如权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，多个所述能量生成单元中的至少部分能量生成单元串联；或者，多个所述能量生成单元中的至少部分能量生成单元并联。

7.如权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述电路还包括用于所述预设控制时序生成的微控制单元，所述微控制单元与所述能量收集控制单元连接。

8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括电源管理单元，所述电源管理单元与所述能量收集控制单元分别连接，以用于为所述能量收集控制单元提供电能供给。

9.一种电子终端，其特征在于，包括前述权利要求1-8中任一项所述的能量收集电路。