一种用瞬态电能给单片机供电的电路及方法

摘要

本发明公开了一种用瞬态电能给单片机供电的电路及方法，该电路包括单片机、压电陶瓷发电装置、瞬态电能采集电路以及若干储能电容，所述压电陶瓷发电装置通过瞬态电能采集电路与所述单片机连接，所述单片机的若干IO口分别通过储能电容与电源地连接。该方法包括将瞬间电能转换为磁能，再通过磁能转换成电能给单片机供电；通过最大功率跟踪法，跟踪单片机供电电压，控制储能电能的充放电，使单片机工作时处与最大功率。本发明利用瞬态电能采集电路采集瞬态电能给单片机供电，另外在单片机IO口上连接储能电容，通过控制储能电容的充放电，保证单片机正常工作时所需的电量及电压。

权利要求

1.一种用瞬态电能给单片机供电的电路，其包括单片机，其特征在于：其还包括压电陶瓷发电装置、瞬态电能采集电路以及若干储能电容，所述压电陶瓷发电装置通过瞬态电能采集电路与所述单片机连接，所述单片机的若干IO口分别通过储能电容与电源地连接，所述瞬态电能采集电路包括第一电感、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管以及稳压芯片，所述压电陶瓷发电装置包括第一输出端和第二输出端，所述压电陶瓷发电装置的第一输出端与电源地连接，所述压电陶瓷发电装置的第二输出端与第二二极管的正极连接，所述第二二极管的负极分别与第一二极管的正极和第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端与电源地连接，所述第一二极管的负极与所述稳压芯片的输入端连接，所述稳压芯片的输出端与单片机的电源正端连接，所述稳压芯片的地端与电源地连接，所述第一电容的一端与电源地连接，另一端与稳压芯片的输入端连接，所述第二电容的一端与电源地连接，另一端与压电陶瓷发电装置的第二输出端连接。

2.根据权利要求1所述的用瞬态电能给单片机供电的电路，其特征在于：所述稳压芯片的型号为ME6214。

3.根据权利要求1所述的用瞬态电能给单片机供电的电路，其特征在于：所述压电陶瓷发电装置为压电陶瓷打火机点火器。

4.一种用瞬态电能给单片机供电的方法，其特征在于，其包括步骤：

S1，将瞬间电能转换为磁能，再通过磁能转换成电能给单片机供电；

S2、通过最大功率跟踪法，跟踪单片机供电电压，控制储能电容 的充放电，使单片机工作时处于 最大功率，所述步骤S2具体包括：S21，当单片机供电电压大于预设值时，唤醒单片机，打开单片机IO口给储能电容充电，然后单片机继续休眠；

S22，根据用单片机工作时所需电量，打开单片机IO口，利用储能电容给单片机供电，维持单片机正常工作。

5.根据权利要求4所述的用瞬态电能给单片机供电的方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括；根据用单片机工作时所需耗电电能曲线，控制单片机在不同时间打开不同的IO口，利用储能电容给单片机供电，维持单片机正常工作。

说明书

一种用瞬态电能给单片机供电的电路及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电源领域，尤其涉及一种用瞬态电能给单片机供电的电路及方法。

背景技术

[0002] 压电陶瓷是是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外,还具有介电性、弹性等。已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷发电产生的静电电压高，电流小，时间短，如打火机的陶瓷点火器。现有技术没法有效的将这种静电用于电子产品的供电电源。比如我们通常的压电片只能产生几十uA的电流，而一颗普遍的单片机运行时的功耗基本都是几个mA，相差几百倍，也就是产生的电都还不足以驱动单片机运行。

发明内容

[0003] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用瞬态电能给单片机供电的电路及方法。

[0004] 本发明所采用的技术方案是：一种用瞬态电能给单片机供电的电路，其包括单片机，其还包括压电陶瓷发电装置、瞬态电能采集电路以及若干储能电容，所述压电陶瓷发电装置通过瞬态电能采集电路与所述单片机连接，所述单片机的若干IO口分别通过储能电容与电源地连接。

[0005] 进一步，所述瞬态电能采集电路包括第一电感、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管以及稳压芯片，所述压电陶瓷发电装置包括第一输出端和第二输出端，所述压电陶瓷发电装置的第一输出端与电源地连接，所述压电陶瓷发电装置的第二输出端与第二二极管的正极连接，所述第二二极管的负极分别与第一二极管的正极和第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端与电源地连接，所述第一二极管的负极与所述稳压芯片的输入端连接，所述稳压芯片的输出端与单片机的电源正端连接，所述稳压芯片的地端与电源地连接，所述第一电容的一端与电源地连接，另一端与稳压芯片的输入端连接，所述第二电容的一端与电源地连接，另一端与压电陶瓷发电装置的第二输出端连接。

[0006] 进一步，所述瞬态电能采集电路包括变压器、第一电容、第二电容、第三电容、整流桥以及稳压芯片，所述压电陶瓷发电装置包括第一输出端和第二输出端，所述第三电容的一端与所述压电陶瓷发电装置的第一输出端连接，另一端与所述压电陶瓷发电装置的第二输出端连接，所述变压器包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈包括第一输入端和第二输入端，所述次级线圈包括第一输出端和第二输出端，所述压电陶瓷发电装置的第一输出端与所述变压器的第一输入端连接，所述压电陶瓷发电装置的第二输出端与所述变压器的第二输入端连接，所述变压器的第一输出端与整流桥的1脚连接，所述变压器的第二输出端与整流桥的3脚连接，所述整流桥的4脚与电源地连接，所述整流桥的2脚分别与第一电容的一端以及所述稳压芯片的输入端连接，所述稳压芯片的输出端与单片机的电源正端连接，所述稳压芯片的地端与电源地连接，所述第二电容的一端与地连接，其另一端与稳压芯片的输出端连接。

[0007] 进一步，所述稳压芯片的型号为ME6214。

[0008] 进一步，所述压电陶瓷发电装置为压电陶瓷打火机点火器。

[0009] 一种用瞬态电能给单片机供电的方法，其包括步骤：

[0010] S1，将瞬间电能转换为磁能，再通过磁能转换成电能给单片机供电；

[0011] S2、通过最大功率跟踪法，跟踪单片机供电电压，控制储能电容的充放电，使单片机工作时处于最大功率。

[0012] 进一步，所述步骤S2具体包括：

[0013] S21，当单片机供电电压大于预设值时，唤醒单片机，打开单片机IO口给储能电容充电，然后单片机继续休眠；

[0014] S22，根据用单片机工作时所需电量，打开单片机IO口，利用储能电容给单片机供电，维持单片机正常工作。

[0015] 进一步，所述步骤S22具体包括；根据用单片机工作时所需耗电电能曲线，控制单片机在不同时间打开不同的IO口，利用储能电容给单片机供电，维持单片机正常工作。

[0016] 本发明的有益效果是：本发明利用瞬态电能采集电路采集瞬态电能给单片机供电，另外在单片机IO口上连接储能电容，通过控制储能电容的充放电，保证单片机正常工作时所需的电量及电压。本发明电路结构简单，成本低，可靠性好。

附图说明

[0017] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

[0018] 图1是本发明中一种用瞬态电能给单片机供电的电路原理图。

具体实施方式

[0019] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0020] 如图1所示，一种用瞬态电能给单片机供电的电路，其包括单片机U2、压电陶瓷发电装置J1、瞬态电能采集电路以及若干储能电容(C11至C18)。所述单片机的p1.3、p2.0、p2.1、p2.2、p2.3.p2.4、p2.5、p1.6引脚分别通过储能电容C11、储能电容C12、储能电容C13、储能电容C14、储能电容C15、储能电容C16、储能电容C17、储能电容C18与电源地GND连接。单片机U2通过IO口，控制储能电容(C11至C18)的充放电，保证单片机U2正常工作时所需的电量及电压。本发明电路结构简单，成本低，可靠性好。

[0021] 参考图1，其示出了一种瞬态电能采集电路，所述瞬态电能采集电路包括第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2以及稳压芯片U3，所述压电陶瓷发电装置J1包括第一输出端和第二输出端，所述压电陶瓷发电装置J1的第一输出端与电源地连接，所述压电陶瓷发电装置J1的第二输出端与第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的负极分别与第一二极管D1的正极和第一电感L1的一端连接，所述第一电感L1的另一端与电源地连接，所述第一二极管D1的负极与所述稳压芯片U3的输入端连接，所述稳压芯片U3的输出端与单片机的电源正端连接，所述稳压芯片U3的地端与电源地连接，所述第一电容C1的一端与电源地连接，另一端与稳压芯片U3的输入端连接，所述第二电容C2的一端与电源地连接，另一端与压电陶瓷发电装置J1的第二输出端连接。压电陶瓷发电装置J1产生的瞬态电压加到第一电感L1两端，对第一电感L1进行充磁，由于输入端的电压极短，只有几个到几十个uS，到放电完成后。第一二极管D1，第一电感L1，第二电容C2构成一个放电回路，把第一电感L1中保存的电荷释放出去给单片机U2使用。可以通过调整电容C2来调整输出给单片机的电压最大值。压电陶瓷发电装置J1产生的能量是瞬间释放，压电在单位时间产生电荷数量不多，势能较高。如果保存到电容器内，由于是电荷的保存，势能就白白的浪费掉了。所以把这个高压的瞬态的能量通第一电感L1以磁能保存起来，再通过磁电转换缓慢释放出来。在本实施例中，所述压电芯片U3的型号为ME6214，所述压电陶瓷发电装置J1为压电陶瓷打火机点火器。

[0022] 参考图2，进一步作为优选的实施方式，其示出了另一种瞬态电能采集电路。所述瞬态电能采集电路包括变压器T1、第一电容C1、第二电容C34、第三电容C3、整流桥D1以及稳压芯片U3，所述压电陶瓷发电装置J1包括第一输出端和第二输出端，所述第三电容C3的一端与所述压电陶瓷发电装置J1的第一输出端连接，另一端与所述压电陶瓷发电装置J1的第二输出端连接，所述变压器T1包括初级线圈和次级线圈，所述初级线圈包括第一输入端和第二输入端，所述次级线圈包括第一输出端和第二输出端，所述压电陶瓷发电装置J1的第一输出端与所述变压器T1的第一输入端连接，所述压电陶瓷发电装置J1的第二输出端与所述变压器T1的第二输入端连接，所述变压器T1的第一输出端与整流桥D1的1脚连接，所述变压器T1的第二输出端与整流桥D1的3脚连接，所述整流桥D1的4脚与电源地连接，所述整流桥D1的2脚分别与第一电容C1的一端以及所述稳压芯片U3的输入端连接，所述稳压芯片U3的输出端与单片机的电源正端连接，所述稳压芯片U3的地端与电源地连接，所述第二电容C34的一端与地连接，其另一端与稳压芯片U3的输出端连接。采用变压器和桥式整流够成的储能电路，他能够提供更高性能的储能效果和效率。

[0023] 一种用瞬态电能给单片机供电的方法，其包括步骤：

[0024] S1，将瞬间电能转换为磁能，再通过磁能转换成电能给单片机供电；

[0025] S2、通过最大功率跟踪法，跟踪单片机供电电压，控制储能电容的充放电，使单片机工作时处于最大功率。

[0026] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤S2具体包括：

[0027] S21，当单片机供电电压大于预设值时，唤醒单片机，打开单片机IO口给储能电容充电，然后单片机继续休眠；

[0028] S22，根据用单片机工作时所需电量，打开单片机IO口，利用储能电容给单片机供电，维持单片机正常工作。

[0029] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤S22具体包括；根据用单片机工作时所需耗电电能曲线，控制单片机在不同时间打开不同的IO口，利用储能电容给单片机供电，维持单片机正常工作。

[0030] 实施例1

[0031] 压电陶瓷打火机点火器产生一个高达2-3KV的高压电弧脉冲，但是电流极其微弱，通过上述的瞬态电能给单片机供电的电路采集该瞬态电能，给单片机供电。为保证最大化的利用该电能，可以通过单片机IO口控制储能电容的充放电，来调整平衡采集的电量的稳定，使单片机平稳正常的工作。

[0032] 在充电时，全部IO上的储能电容打开充电，储能电容的容量根据每次能采集到的电能进行规划，当能量来源固定时，比如打火机压电每次发电，我们采集N次的能量大小进行统计，取出大部分范围内的电能大小，由这个值计算出总电容值的大小。分派各IO口的储能电容值。

[0033] 放电时根据用电设备的特性，依次输出电能。放电时既有把所有的IO都打开，也有一个一个的依次打开来对外放电，这个要根据实际的用电设备的耗电来提供不同的供电策略。比如我们要保证无线发射时的大电流以及电压的稳定。可以根据用设备耗电电能曲线来决定在哪个时间点打开不同IO上的储能电容，来维持电源母线上的电压的稳定。也可以在前期电压不敏感的时候采用粗放的电压稳定方法来接少功耗，也就是只限度一个下限。也就是比如电源电压小2V，打开储能IO的储能电容，把电源电压提升到3点几伏。当无线开始工作时，设定一个定时器，按照一定频度的方式来打开储能IO的电容，保证电源电压值的稳定，让数据有效的发射出去。

[0034] 以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。