一種微電子器件的能量收集裝置制造方法
【專利摘要】本申請提供了一種微電子器件的能量收集裝置，包括微能量采集器、N級倍壓整流模塊、儲能模塊、比較模塊和模擬開關，利用N級倍壓整流模塊對交流信號進行倍壓整流得到較高電壓的直流信號，利用儲能模塊將直流信號進行存儲。比較模塊對儲能模塊存儲的直流電壓進行判斷，當直流電壓達到上限電壓值，則將直流電壓供給至微電子器件，當直流電壓下降到下限電壓值，則停止對微電子器件供電。停止供電期間，微電子器件處于暫停工作狀態。周而復始執行上述動作從而實現為微電子器件間歇性供電。本發明能夠對能量采集器采集得到的能量進行存儲和處理，從而實現當能量采集器采集得到的能量小于微電子器件的工作電量時，仍然能夠對微電子器件進行間歇性供電。
【專利說明】-種微電子器件的能量收集裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電路【技術領域】，尤其涉及一種微電子器件的能量收集裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著時代的進步，微電子器件因其小型化，已被廣泛使用，尤其在野外環境、軍事 和醫療領域上起重要作用，例如：在野外環境的檢測裝置中設置微電子器件，或在人體內植 入醫療微電子器件，微電子器件需要借助電池來提供電能，當電池的電量用盡后則需要更 換電池。
[0003] 在野外環境的檢測裝置的微電子器件，由于野外環境面積較大，設置的檢測裝置 數量較多，每次對檢測裝置的微電子器件更換電池需要花費大量的人力和物力。對于植入 式的醫療的微電子器件，對其更換電池，可能會對人體帶來進一步的創傷和痛苦。所以現有 技術提出了新型的微能量采集器，通過微能量采集器有效收集環境中的能量并將其轉換為 電能，從而為微電子器件供電。
[0004] 但由于微能量采集器的體積較小，加之環境中的能量是不穩定的，所以微能量采 集器采集得到的能量，能量密度相對較低且電能輸出不穩定，無法較好地為微電子器件提 供穩定電能。
[0005] 因此現在需要一種裝置，能夠對微能量采集器采集得到的能量進行存儲和處理， 以便為微電子器件提供穩定的電能。
【發明內容】
[0006] 本發明提供了一種微電子器件的能量收集裝置，本發明能夠對微能量采集器采集 得到的能量進行存儲和處理，可以為微電子器件提供間歇地、穩定的電能。
[0007] 為了實現上述目的，本發明提供了以下技術手段：
[0008] -種微電子器件的能量收集裝置，包括：
[0009] 與微能量采集器的輸出端相連的N級倍壓整流模塊，用于將所述微能量采集器持 續輸出的交流信號進行倍壓整流轉換為直流信號；
[0010] 與所述倍壓整流模塊相連的儲能模塊，用于儲存所述直流信號；
[0011] 控制端與所述儲能模塊相連、第一端用來與微電子器件相連的第一開關模塊；
[0012] 一端與所述儲能模塊相連、另一端與所述第一開關模塊的控制端相連的比較模 塊，用于當所述直流電壓達到上限電壓值時導通所述第一開關模塊，將所述直流電壓輸出 至所述微電子器件；當所述直流電壓低于下限電壓值時關閉所述第一開關模塊，停止將所 述直流電壓輸出至所述微電子器件；
[0013] 其中，所述微電子器件為間歇性工作的電子器件。
[0014] 優選的，所述上限電壓值為微電子器件工作電壓的上限值；
[0015] 所述下限電壓值為微電子器件工作電壓的下限值。
[0016] 優選的，所述比較模塊包括：
[0017] 與所述儲能模塊相連的電阻分壓模塊，所述電阻分壓模塊包括依次串聯的第一分 壓模塊、第二分壓模塊和第三分壓模塊，其中所述第一分壓模塊與所述儲能模塊相連，所述 第三分壓模塊與地相連；
[0018] 與所述電阻分壓模塊相連的第二開關模塊，其中所述第一分壓模塊和所述第二分 壓模塊的公共連接點與所述第二開關模塊的第三端相連，所述第二分壓模塊和所述第三分 壓模塊的公共連接點與所述第二開關模塊的第四端相連；
[0019] 同相輸入端與所述第二開關模塊的控制端相連、反相輸入端與參考電壓模塊相連 的比較單元，所述比較單元的輸出端與所述第一開關模塊的控制端相連，且所述第一開關 模塊的控制端與所述第二開關模塊的控制端相連。
[0020] 優選的，所述N級倍壓整流模塊包括：
[0021] 逐級相連的N個倍壓整流模塊，所述倍壓整流模塊包括電容和二極管組成的倍壓 電路。
[0022] 優選的，所述第一分壓模塊包括至少一個電阻；
[0023] 所述第二分壓模塊包括至少一個電阻；
[0024] 所述第三分壓模塊包括至少一個電阻。
[0025] 優選的，其特征在于，
[0026] 所述儲能模塊包括電容；
[0027] 所述比較單元包括比較器。
[0028] 優選的，所述比較器包括：型號為LTC1540的比較器。
[0029] 優選的，還包括：
[0030] 與所述第一分壓模塊、所述第二分壓模塊和所述第三分壓模塊并聯的第一電容模 塊；
[0031] 與所述第二分壓模塊和所述第三分壓模塊并聯的第二電容模塊；
[0032] 與所述第三分壓模塊并聯的第三電容模塊。
[0033] 優選的，所述第一開關模塊和所述第二開關模塊集成在一個開關模塊內。
[0034] 優選的，所述開關模塊包括型號為MAX4685的模擬開關。
[0035] 本發明提供了一種微電子器件的能量收集裝置，本發明中由于微能量采集器輸出 的交流信號電壓較低，不足于為微電子器件提供工作電壓，所以利用倍壓整流電路對交流 信號進行倍壓整流，將低壓交流信號轉換為較高電壓的直流信號，并在N級倍壓整流后將 得到的直流信號進行存儲。然后對已存儲的直流信號總和的直流電壓進行判斷，當直流電 壓達到上限電壓值，則將直流電壓供給至微電子器件，由于微電子器件的消耗電能大于微 能量采集器采集的電能，所以在為微電子器件供電期間，已存儲的直流電壓不斷下降，當直 流電壓下降到下限電壓值，則停止對微電子器件供電，停止供電期間，微電子器件處于暫停 工作的狀態。
[0036] 然后儲能模塊再持續存儲直流信號，直到已存儲的直流電壓再次達到上限電壓 值，從而為微電子器件重新供電，當直流電壓再次下降至下限電壓值時，則停止為微電子器 件供電，從而實現周而復始為微電子器件間歇性供電。
[0037] 本發明能夠對微能量采集器采集得到的能量進行存儲和處理，從而實現當能量采 集器采集得到的能量小于微電子器件的消耗電量時，仍然能夠對微電子器件進行間歇性供 電。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0039] 圖1為本發明實施例公開的一種微電子器件的能量收集裝置的結構示意圖；
[0040] 圖2為本發明實施例公開的又一種微電子器件的能量收集裝置的結構示意圖；
[0041] 圖3為本發明實施例公開的又一種微電子器件的能量收集裝置的結構示意圖；
[0042] 圖4為本發明實施例公開的又一種微電子器件的能量收集裝置的結構示意圖；
[0043] 圖5為本發明實施例公開的又一種微電子器件的能量收集裝置的結構示意圖；
[0044] 圖6為本發明實施例公開的又一種微電子器件的能量收集裝置的結構示意圖；
[0045] 圖7為本發明實施例公開的又一種微電子器件的能量收集裝置中儲能模塊上電 壓曲線圖；
[0046] 圖8為本發明實施例公開的又一種微電子器件的能量收集裝置中微電子器件上 電壓曲線圖。
【具體實施方式】
[0047] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0048] 如圖1所示，本發明提供了一種微電子器件的能量收集裝置，包括：
[0049] 與微能量采集器100的輸出端相連的N級倍壓整流模塊200,用于將所述微能量采 集器100持續輸出的交流信號進行倍壓整流轉換為直流信號，所述直流信號的電壓是所述 交流信號的電壓減去倍壓整流模塊中的二極管正向壓降后所得電壓的N倍。
[0050] 與所述倍壓整流模塊200相連的儲能模塊300,用于儲存所述直流信號；
[0051] 控制端LB1與所述儲能模塊300相連、第一端A用來與微電子器件400相連的第 一開關模塊500 ;第二端B空置。
[0052] -端與所述儲能模塊300相連、另一端與所述第一開關模塊500的控制端LB1相 連的比較模塊600,用于當所述直流電壓達到上限電壓值時導通所述第一開關模塊500,將 所述直流電壓輸出至所述微電子器件400 ;當所述直流電壓低于下限電壓值時關閉所述第 一開關模塊500，停止將所述直流電壓輸出至所述微電子器件400 ;
[0053] 其中，所述微電子器件400為間歇性工作的電子器件。
[0054] 由于微能量采集器100輸出的交流信號的電壓較低，不足于為微電子器件400提 供工作電壓，且微電子器件400所需要的工作電壓為直流電壓，所以利用N級倍壓整流模塊 200將微電子器件400的低壓交流信號進行倍壓整流，轉換為較高壓的直流信號。
[0055] N級倍壓整流模塊200中包括N個逐級相連的倍壓整流模塊，每個倍壓整流模塊都 會對微能量采集器100輸出的交流信號進行一次倍壓，假設原始交流信號的電壓為U，則經 過N個倍壓整流模塊后，得到的直流信號的直流電壓為N* (U-Udi(KJ，其中N為自然數，由于 二極管正向導通電壓通常較小，所以近似等于N*U。N取決于電路中的芯片的工作電壓和用 電器件的上限工作電壓大小。
[0056] 由于微能量采集器100采集的能量有限，不足于為微電子器件400供電，所以需要 持續積累微能量采集器100輸出的交流信號，不斷將交流信號進行倍壓整流轉換為直流信 號，然后對直流信號進行存儲。
[0057] 比較模塊600在儲能模塊300存儲直流信號的過程中，持續判斷已存儲直流信號 總和的直流電壓是否達到上限電壓值，當直流電壓達到上限電壓值則導通第一開關模塊 500,將儲能模塊300的直流電壓供給至微電子器件400。
[0058] 由于在同等時間內，微電子器件400的消耗電能大于微能量采集器100采集的電 能，所以在儲能模塊300為微電子器件400供電期間，儲能模塊300內的直流電壓不斷下 降，當直流電壓下降到微電子器件400的下限電壓值時，則關閉第一開關模塊500,停止對 微電子器件400供電，停止對微電子器件400供電后，微電子器件400處于斷電狀態，從而 完成對微電子器件400的一次供電。
[0059] 在儲能模塊300的直流電壓由上限電壓值下降至下限電壓值期間，都可為微電子 器件400供電。上限電壓值包括微電子器件400工作電壓的上限值，下限電壓值包括微電 子器件400工作電壓的下限值，在工作電壓的上限值到工作電壓的下限值之間為微電子器 件供電，所以上限值與下限值之間是為微電子器件供電的最大電壓差值。
[0060] 由于儲能模塊放電需要時間，可以理解的是，在相同儲能模塊上，電壓差值大則所 需的放電時間長，電壓差值小則所需的放電時間短，所以利用最大電壓差值為微電子器件 供電，能夠為微電子器件400提供最長時間的電能供給。
[0061] 可以理解的是，上限電壓值可以小于工作電壓的上限值，下限電壓值可以大于工 作電壓的下限值，當然上限電壓值大于下限電壓值，那么由于儲能模塊放電時的電壓差值 變小，所以為微電子器件400的供電時間則減小。
[0062] 微能量采集器100在整個過程中持續采集環境中的能量并輸出交流信號，N級倍 壓整流模塊也持續將交流信號進行倍壓整流，在儲能模塊300輸出的直流電壓小于下限電 壓值時，停止對微電子器件400供電，由于沒有微電子器件400的電能消耗，所以儲能模塊 300中直流電壓開始慢慢回升，當直流電壓再次達到上限電壓值時，重新為微電子器件400 供電，當直流電壓再次下降到下限電壓值時，則停止對微電子器件400供電，從而完成第二 次供電。
[0063] 持續執行上述過程，從而實現周而復始地為微電子器件400間歇性供電，由于本 發明中為微電子器件400的供電方式為間歇性供電，所以本發明中的微電子器件的工作性 質為間歇性工作，例如：傳感器，在采集一次數據后，間隔一端時間后再采集下一次數據。 [0064] 本發明提供了一種微電子器件的能量收集裝置，本裝置能夠對微能量采集器采集 得到的能量進行存儲和處理，可以在微電子器件間歇性工作期間，為微電子器件提供穩定 的電能。
[0065] 如圖2所示，下面介紹圖2中比較模塊600的具體實現形式：
[0066] 與所述儲能模塊300相連的電阻分壓模塊601，所述電阻分壓模塊601包括依次串 聯的第一分壓模塊6011、第二分壓模塊6012和第三分壓模塊6013,其中所述第一分壓模塊 6011與所述儲能模塊300相連，所述第三分壓模塊6013與地相連；
[0067] 與所述電阻分壓模塊601相連的第二開關模塊602,其中所述第一分壓模塊6011 和所述第二分壓模塊6012的公共連接點與所述第二開關模塊602的第三端LBL相連，所述 第二分壓模塊6012和所述第三分壓模塊6013的公共連接點與所述第二開關模塊602的第 四端LBH相連；
[0068] 同相輸入端與所述第二開關模塊602控制端LB2相連、反相輸入端與參考電壓模 塊604相連的比較單元603,所述比較單元603的輸出端與所述第一開關模塊500的控制端 LB1相連，且所述第一開關模塊500的控制端LB1與所述第二開關模塊602的控制端LB2相 連。
[0069] 設第一分壓模塊的電阻值為RH，第二分壓模塊的電阻值為RhyST，第三分壓模塊的電 阻值為&，參考電壓模塊電壓輸出值為V Mf，儲能模塊300的上限電壓值為VUPPOT，下限電壓 值為VlOT"，則由圖2的電路關系和電阻分壓關系可知，當儲能模塊300達到上限電壓值V UPPOT 時，LBH上的電壓值為：
[0070]
【權利要求】
1. 一種微電子器件的能量收集裝置，其特征在于，包括： 與微能量采集器的輸出端相連的N級倍壓整流模塊，用于將所述微能量采集器持續輸 出的交流信號進行倍壓整流轉換為直流信號； 與所述倍壓整流模塊相連的儲能模塊，用于儲存所述直流信號； 控制端與所述儲能模塊相連、第一端用來與微電子器件相連的第一開關模塊； 一端與所述儲能模塊相連、另一端與所述第一開關模塊的控制端相連的比較模塊，用 于當所述直流電壓達到上限電壓值時導通所述第一開關模塊，將所述直流電壓輸出至所述 微電子器件；當所述直流電壓低于下限電壓值時關閉所述第一開關模塊，停止將所述直流 電壓輸出至所述微電子器件； 其中，所述微電子器件為間歇性工作的電子器件。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述上限電壓值為微電子器件工作電壓的 上限值； 所述下限電壓值為微電子器件工作電壓的下限值。
3. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述比較模塊包括： 與所述儲能模塊相連的電阻分壓模塊，所述電阻分壓模塊包括依次串聯的第一分壓模 塊、第二分壓模塊和第三分壓模塊，其中所述第一分壓模塊與所述儲能模塊相連，所述第三 分壓模塊與地相連； 與所述電阻分壓模塊相連的第二開關模塊，其中所述第一分壓模塊和所述第二分壓模 塊的公共連接點與所述第二開關模塊的第三端相連，所述第二分壓模塊和所述第三分壓模 塊的公共連接點與所述第二開關模塊的第四端相連； 同相輸入端與所述第二開關模塊的控制端相連、反相輸入端與參考電壓模塊相連的比 較單元，所述比較單元的輸出端與所述第一開關模塊的控制端相連，且所述第一開關模塊 的控制端與所述第二開關模塊的控制端相連。
4. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述N級倍壓整流模塊包括： 逐級相連的N個倍壓整流模塊，所述倍壓整流模塊包括電容和二極管組成的倍壓電 路。
5. 如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一分壓模塊包括至少一個電阻； 所述第二分壓模塊包括至少一個電阻； 所述第三分壓模塊包括至少一個電阻。
6. 如權利要求3所述的裝置，其特征在于， 所述儲能模塊包括電容； 所述比較單元包括比較器。
7. 如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述比較器包括：型號為LTC1540的比較 器。
8. 如權利要求3所述的裝置，其特征在于，還包括： 與所述第一分壓模塊、所述第二分壓模塊和所述第三分壓模塊并聯的第一電容模塊； 與所述第二分壓模塊和所述第三分壓模塊并聯的第二電容模塊； 與所述第三分壓模塊并聯的第三電容模塊。
9. 如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一開關模塊和所述第二開關模塊集 成在一個開關模塊內。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述開關模塊包括型號為MAX4685的模擬 開關。
【文檔編號】H02M1/36GK104242475SQ201410488401
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】劉會聰, 陳濤, 吉張萍, 黃海波, 楊湛, 孫立寧 申請人:蘇州大學