一種微型溫差發(fā)電器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電器控制系統(tǒng)，尤其涉及一種微型溫差發(fā)電器，屬于發(fā)電控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在全球面臨能源緊缺、氣候變暖等嚴重問題的情況下，人類為了生存和發(fā)展轉(zhuǎn)而去尋找和利用清潔能源技術(shù)。清潔能源包括太陽能、風(fēng)能、熱能、振動能、海洋能，以及其他能量如人體動能、生化能等能量。隨著科技的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)滲透到人類生產(chǎn)和生活的方方面面。無線通信網(wǎng)已經(jīng)逐步發(fā)展到能為任何人和物件之間隨時、隨地通信的物聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模極速擴大，但與此同時物聯(lián)網(wǎng)的總體的穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展問題也越來越突出。與此同時，為了滿足人類生活的需要，越來越多的傳感器需要被安放在人跡罕至或者環(huán)境惡劣的地區(qū)，這些地區(qū)惡劣的環(huán)境決定了人們無法使用化學(xué)電池為無線傳感器節(jié)點供電，因為在這些地區(qū)更換化學(xué)電池往往是一件不太可能的事情。正因為這些原因，本發(fā)明才想到采用可再生能源(動態(tài)能源)為無線通信節(jié)點供能來解決這些問題。
[0003]例如申請?zhí)枴?00920126143.1”的一種便攜式微型溫差發(fā)電器，包括燃料儲存罐和至少一組溫差發(fā)電模塊；每組溫差發(fā)電模塊由兩塊疊合的溫差發(fā)電模塊構(gòu)成；所述兩塊溫差發(fā)電模塊相鄰側(cè)壁設(shè)有催化燃燒熱源通道，所述兩塊溫差發(fā)電模塊相對側(cè)分別設(shè)有燃料預(yù)熱通道；即催化燃燒熱源通道位于溫差發(fā)電模塊的熱端；所述燃料預(yù)熱通道位于溫差發(fā)電模塊的冷端；所述催化燃燒通道為蛇形通道，其進氣口與燃料預(yù)熱通道相連通，其出口為廢物排放口 ；燃料預(yù)熱通道與燃料儲存罐相連。它采用催化燃燒為溫差發(fā)電模塊供熱，可以在較低溫度下實現(xiàn)無煙燃燒，安全性高；該溫差發(fā)電裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕、攜帶方便，比能量高，可以較長時間工作等特點。用于單兵電源和野外用電尤其方便。
[0004]又如申請?zhí)枮椤?01310232020.7”的一種微型熱電器件、制作方法及包括其的溫差發(fā)電機。該微型熱電器件包括:第一基板，設(shè)置有圖案化的第一電極層；第一阻擋層，設(shè)置在第一電極層上；二氧化硅層，設(shè)置在第一基板和第一阻擋層上；熱電元件，設(shè)置在二氧化硅層中；圖案化的第二阻擋層，設(shè)置在二氧化硅層和熱電元件上；第二電極層，設(shè)置在圖案化的第二阻擋層上；以及第二基板，設(shè)置在第二電極層上。該發(fā)明提供的微型熱電器件的結(jié)構(gòu)適于半導(dǎo)體集成工藝技術(shù)，解決了目前微米級熱電器件產(chǎn)業(yè)化過程中存在的難以實現(xiàn)大規(guī)模精密加工的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】的不足提供了一種結(jié)構(gòu)簡單其能夠利用溫差發(fā)電的微型溫差發(fā)電器。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種微型溫差發(fā)電器，包含依次連接的溫差電能收集器、電源能量管理電路，所述電能管理電路包含MPPT模塊、電能輸出接口、升壓電路和能量緩沖器，所述能量緩沖器包含儲能電容、比較器和穩(wěn)壓器，所述MPPT模塊的輸出端連接電能輸出接口的輸入端、所述電能輸出接口的輸出端連接升壓電路的輸入端，所述升壓電路的輸出端連接穩(wěn)壓器的輸入端，所述比較器和儲能電容連接在升壓電路和穩(wěn)壓器之間。
[0006]作為本發(fā)明一種微型溫差發(fā)電器的進一步優(yōu)選方案，所述溫差電能收集器采用熱電轉(zhuǎn)換芯片。
[0007]作為本發(fā)明一種微型溫差發(fā)電器的進一步優(yōu)選方案，所述升壓電路的芯片型號為BQ25504。
[0008]作為本發(fā)明一種微型溫差發(fā)電器的進一步優(yōu)選方案，所述比較器的芯片型號為MIC841N。
[0009]作為本發(fā)明一種微型溫差發(fā)電器的進一步優(yōu)選方案，所述穩(wěn)壓器的芯片型號為TPS78001。
[0010]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
本發(fā)明以微型溫差發(fā)電器作為能量源，以德州儀器公司的超低功耗能量管理芯片BQ25504作為DC-DC升壓變換器實現(xiàn)了可以從低至80mV的能量源采集能量，并利用外圍電路實現(xiàn)對能量源的最大功率點跟蹤控制，并結(jié)合能量緩沖器在必要時存儲能量，然后通過MIC841N雙電壓比較器和TPS78001超低壓差線性穩(wěn)壓器，實現(xiàn)了微型溫差能量的有效采集和利用。
【具體實施方式】
[0011]下面對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
本發(fā)明設(shè)計一種微型溫差發(fā)電器，包含依次連接的溫差電能收集器、電源能量管理電路，所述電能管理電路包含MPPT模塊、電能輸出接口、升壓電路和能量緩沖器，所述能量緩沖器包含儲能電容、比較器和穩(wěn)壓器，所述MPPT模塊的輸出端連接電能輸出接口的輸入端、所述電能輸出接口的輸出端連接升壓電路的輸入端，所述升壓電路的輸出端連接穩(wěn)壓器的輸入端，所述比較器和儲能電容連接在升壓電路和穩(wěn)壓器之間。
[0012]其中，所述溫差電能收集器采用熱電轉(zhuǎn)換芯片，所述升壓電路的芯片型號為BQ25504，所述比較器的芯片型號為MIC841N，所述穩(wěn)壓器的芯片型號為TPS78001。
[0013]本發(fā)明以微型溫差發(fā)電器作為能量源，以德州儀器公司的超低功耗能量管理芯片BQ25504作為DC-DC升壓變換器實現(xiàn)了可以從低至80mV的能量源采集能量，并利用外圍電路實現(xiàn)對能量源的最大功率點跟蹤控制，并結(jié)合能量緩沖器在必要時存儲能量，然后通過MIC841N雙電壓比較器和TPS78001超低壓差線性穩(wěn)壓器，實現(xiàn)了微型溫差能量的有效采集和利用。
[0014]微型溫差發(fā)電器供電的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的發(fā)射端結(jié)構(gòu)由溫差電能收集器、具有MPPT功能的升壓電路、能量緩沖器和系統(tǒng)負載(無線傳感器節(jié)點)組成。溫差電能收集器是由熱電轉(zhuǎn)換芯片組成的，可以根據(jù)實際的應(yīng)用場所的大小和所需電能的多少決定熱電轉(zhuǎn)換芯片表面積大小和疊加的層數(shù)，用以滿足不同的應(yīng)用環(huán)境。
[0015]電源管理集成電路主要是由最大功率點跟蹤模塊(MPPT)、電能輸出接口、升壓電路(DC-DC升壓模塊)、能量緩沖器構(gòu)成。其中能量緩沖器電路由儲能電容、比較器電路和穩(wěn)壓器電路構(gòu)成。負載主要包括處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并通過無線發(fā)射模塊發(fā)射出去。
[0016]BQ25504電源管理芯片主要實現(xiàn)了從熱能轉(zhuǎn)換模塊中以超低功耗汲取能量。BQ25504是一個16個引腳的、分裝的高效率能量管理芯片，16個引腳依次逆時針分布，本發(fā)明通過合理地應(yīng)用這些引腳的相應(yīng)的功能，實現(xiàn)了微型能量的高效管理。除此之夕卜，該芯片的一個顯著優(yōu)點是擁有超低的工作啟動電壓，這使得它可以在穩(wěn)定工作時從低至SOmv的能量源提取能量，并對超低電壓進行升壓轉(zhuǎn)換，以便后續(xù)電路進行存儲使用。搭配合適的外圍電路實現(xiàn)了從超低功率能量源采集電能的最大功率點跟蹤，這對于微型溫差能量自供給系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用。同時通過外圍電路設(shè)定過壓和欠壓的電路保護，保證芯片的穩(wěn)定工作。
[0017]MIC841N是一個超低功耗的具有內(nèi)部參考電壓的雙電壓比較器。在本發(fā)明通過設(shè)置其電壓比較的上限和下限來驅(qū)動后面的線性穩(wěn)壓器。其工作的特點是，通過不斷的檢測引腳VDD上的電壓，并與引腳LTH和HTH上設(shè)定的工作電壓進行比較，從而確定輸出的電壓(即引腳OUT的輸出信號)的高低，進而控制穩(wěn)壓器TPS78001的工作狀態(tài)。
[0018]TPS78001是TI生產(chǎn)的超低功耗穩(wěn)壓器，它可以實現(xiàn)電路輸出電壓的穩(wěn)壓作用，通過設(shè)置相應(yīng)的外圍電路的電阻參數(shù)，可以使輸出得到一個穩(wěn)定的電壓，這樣就可以穩(wěn)定地驅(qū)動后面的無線傳感器發(fā)射節(jié)點。
[0019]最大功率點跟蹤(MPPT)是一種最大化利用發(fā)電器所產(chǎn)生電能的技術(shù)。本發(fā)明通過一定的電氣模塊調(diào)節(jié)微型溫差發(fā)電器的溫差芯片的輸出電壓，從而實現(xiàn)溫差發(fā)電器輸出功率的最大化。根據(jù)已知的微型溫差發(fā)電器的輸出特性曲線，當(dāng)輸出的電壓大約等于開路電壓的50%時可以得到最大的輸出功率。從TEG提取最大功率的技術(shù)主要是動態(tài)改變DC/DC轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率，本發(fā)明根據(jù)這一特性利用BQ25504采用了電阻比例分壓法實現(xiàn)了輸出電壓為開路電壓的一半，進而實現(xiàn)了輸出功率的最大化。
[0020]總之，一種微型溫差發(fā)電器，包含依次連接的溫差電能收集器、電源能量管理電路，所述電能管理電路包含MPPT模塊、電能輸出接口、升壓電路和能量緩沖器，所述能量緩沖器包含儲能電容、比較器和穩(wěn)壓器，所述MPPT模塊的輸出端連接電能輸出接口的輸入端、所述電能輸出接口的輸出端連接升壓電路的輸入端，所述升壓電路的輸出端連接穩(wěn)壓器的輸入端，所述比較器和儲能電容連接在升壓電路和穩(wěn)壓器之間。
[0021]本發(fā)明通過高效的能量收集和有效的能量管理實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能，成為了真正的能量自供給無線傳感器系統(tǒng)，同時也順應(yīng)了現(xiàn)在我國通信行業(yè)綠色無線電的發(fā)展要求，。
[0022]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0023]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。上面對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權(quán)項】
1.一種微型溫差發(fā)電器，其特征在于:包含依次連接的溫差電能收集器、電源能量管理電路，所述電能管理電路包含MPPT模塊、電能輸出接口、升壓電路和能量緩沖器，所述能量緩沖器包含儲能電容、比較器和穩(wěn)壓器，所述MPPT模塊的輸出端連接電能輸出接口的輸入端、所述電能輸出接口的輸出端連接升壓電路的輸入端，所述升壓電路的輸出端連接穩(wěn)壓器的輸入端，所述比較器和儲能電容連接在升壓電路和穩(wěn)壓器之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型溫差發(fā)電器，其特征在于:所述溫差電能收集器采用熱電轉(zhuǎn)換芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型溫差發(fā)電器，其特征在于:所述升壓電路的芯片型號為 BQ25504。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型溫差發(fā)電器，其特征在于:所述比較器的芯片型號為 MIC841N。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微型溫差發(fā)電器，其特征在于:所述穩(wěn)壓器的芯片型號為 TPS78001。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微型溫差發(fā)電器，本發(fā)明以微型溫差發(fā)電器作為能量源，以德州儀器公司的超低功耗能量管理芯片BQ25504作為DC-DC升壓變換器實現(xiàn)了可以從低至80mV的能量源采集能量，并利用外圍電路實現(xiàn)對能量源的最大功率點跟蹤控制，并結(jié)合能量緩沖器在必要時存儲能量，然后通過MIC841N雙電壓比較器和TPS78001超低壓差線性穩(wěn)壓器，實現(xiàn)了微型溫差能量的有效采集和利用。
【IPC分類】H02N11/00
【公開號】CN105048874
【申請?zhí)枴緾N201510459472
【發(fā)明人】張瑜, 陳黛文
【申請人】蘇州玄禾物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月31日