專利名稱:一種包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，通過能量回收單元對電容CL上電能進行回收，其中端口Ctrl是控制整個電路工作狀態(tài)的，如果Ctrl被置高電平，傳統(tǒng)電源管理器工作，能量回收單元不工作；如果Ctrl被置低電平，傳統(tǒng)電源管理器不工作，能量回收單元工作。本實用新型能回收電源去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容上的能量，因此延長了電池的續(xù)航能力。本實用新型綠色環(huán)保，高效。在傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、新能源領(lǐng)域?qū)玫綇V闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電源控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在一些極低功耗應(yīng)用場合，電子設(shè)備往往很長時間才工作一次。在一次工作結(jié)束后，需要很長時間的待機，然后才進行下一次的工作。在待機過程中，即使電子設(shè)備被完全關(guān)掉，也因為漏電的存在，會漏掉一些電流。某些場合，這些累計的泄漏能量與相應(yīng)短暫的正常工作能量可比擬，這需要電源系統(tǒng)徹底關(guān)死，不要對負載供電。但這還不能完全解決問題，關(guān)掉電源的輸出的供電能力，但是電源上連接的去耦電容上面的能量還是會泄漏掉的。這部分泄露的能量也是很可觀的，在某些應(yīng)用場合，這部分能量甚至?xí)^相應(yīng)單次正常工作的能量。
實用新型內(nèi)容
[0003]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，本包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)能夠回收電源去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容上的能量。
[0004]本實用新型提供一種包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，關(guān)鍵技術(shù)于，其包括:
[0005]電源管理器，用于把電源管理系統(tǒng)的輸入端的能量傳遞至輸出端；
[0006]能量回收單元，用于把電源管理系統(tǒng)輸出端電容上的能量回收至電源管理系統(tǒng)的輸入端；
[0007]Ctrl端口，用于控制電源管理器與能量回收單元的工作狀態(tài)，控制原理為:當(dāng)Ctrl端口的控制信號為高電平時，電源管理器開啟工作，能量回收單元被關(guān)掉；當(dāng)Ctrl端口的控制信號為低電平時，控制能量回收單元開啟工作，電源管理器被關(guān)掉。
[0008]進一步的，所述能量回收單元Power Recovery Unit包括:時序產(chǎn)生器timingGen,電感LI和四個開關(guān)，四個分別為開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4 ;
[0009]其連接關(guān)系為:
[0010]開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4的控制端均與時序產(chǎn)生器timing Gen相接；
[0011]開關(guān)SI的第一導(dǎo)通端al與電感LI的一端相接，第二導(dǎo)通端bl與電源管理器的電池E連接；
[0012]開關(guān)S2的第一導(dǎo)通端a2接地，第二導(dǎo)通端b2與電感LI的一端相接；
[0013]開關(guān)S3的第一導(dǎo)通端a3接地，第二導(dǎo)通端b3與電感LI的另一端相接；
[0014]開關(guān)S4的第一導(dǎo)通端a4與電感LI的另一端相接，第二導(dǎo)通端b4與電源控制器的負載相接；
[0015]時序產(chǎn)生器timing Gen的另一端與電源控制器的Ctrl端口連接；
[0016]其工作關(guān)系為:
[0017]當(dāng)Ctrl端口高電平時，時序產(chǎn)生器timing Gen不工作，S1、S2、S3及S4斷開；
[0018]當(dāng)Ctrl端口低電平時，時序產(chǎn)生器timing Gen工作，產(chǎn)生開關(guān)SI?S4的控制信號，電源控制器的負載電容CL上的電能經(jīng)電感LI和開關(guān)SI?S4被回收到電源管理器的電池E。
[0019]進一步的，所述能量回收單元Power Recovery Unit的工作原理如下:
[0020]充電階段Tl，S2、S4開啟，S1、S3關(guān)斷；
[0021]放電階段T2，S2、S4關(guān)斷，S1/S3與S2/S4非交疊地開啟；
[0022]整個能量回收過程結(jié)束，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷；
[0023]上述四個開關(guān)中任一開關(guān)開啟即該開關(guān)的第一導(dǎo)通端與其第二導(dǎo)通端連接，任一開關(guān)關(guān)斷即該開關(guān)的第一導(dǎo)通端與第二導(dǎo)通端斷開。
[0024]進一步的，該電源管理系統(tǒng)包括電池E、電源管理器Power Manager、負載電容CL、負載Load和能量回收單元Power Recovery Unit，且電池E、電源管理器Power Manager、負載電容CL依次連接，負載Load與負載電容CL呈并聯(lián)關(guān)系，
[0025]該Ctrl端口與能量回收單元Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager連接，由Ctrl端口控制能量回收單元Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager的工作狀態(tài)；
[0026]電源電壓VE大于等于負載點VDD電壓的情況下，S3恒斷、S4恒啟，其控制關(guān)系為:
[0027]當(dāng)Ctrl高電平時，電源管理器Power Manager開啟工作，能量回收單元PowerRecovery Unit被關(guān)掉，E的電能經(jīng)過Power Manager對Load供給；
[0028]當(dāng)Ctrl低電平時，電源管理器Power Manager被關(guān)掉，回收單元Power RecoveryUnit在Ctrl端口的控制下把負載電容CL上的電能回收到電池E上；具體的回收過程為:
[0029]充電階段Tl，S2開啟、SI關(guān)斷；負載電容CL經(jīng)LI及S2對地形成通路，負載電容CL對電感LI預(yù)充電，充電中負載點VDD電壓下降，負載電容CL上的能量部分轉(zhuǎn)移到電感中，當(dāng)電感LI中電流達到預(yù)設(shè)值時，S2關(guān)斷，Tl結(jié)束；
[0030]放電階段T2，S2關(guān)斷后SI非交疊地開啟，負載電容CL經(jīng)LI及SI對VE形成通路，電感中的電流減小，在整個T2過程，電感LI中的能量轉(zhuǎn)移到電源E，同時，負載點VDD電壓也往下降，負載電容CL上的能量也部分轉(zhuǎn)移到電源E，當(dāng)電感LI中的電流降低到O時，T2結(jié)束；
[0031]T2結(jié)束后S2馬上開啟，重復(fù)之前Tl及T2的過程，直到負載電容CL上負載點VDD電壓降低到0，同時電感電流中電流也為O為止，整個能量回收過程結(jié)束，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷；
[0032]上述負載電容CL包括電源管理器輸出點的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容；負載Load包括所有電子設(shè)備。
[0033]效果較佳的，電源管理器Power Manager為線性穩(wěn)壓器LD0。
[0034]效果較佳的，電源管理器Power Manager為降壓變換電路BUCK。
[0035]效果較佳的，電源管理器Power Manager為升降壓電路BUCK-B00ST，當(dāng)Ctrl低電平且電源電壓VE大于等于負載點VDD電壓時，采用如上所述的控制方法，當(dāng)Ctrl高電平時，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷。
[0036]進一步的，該電源管理系統(tǒng)包括電池E、電源管理器Power Manager、負載電容CL、負載Load和能量回收單元Power Recovery Unit，且電池E、電源管理器Power Manager、負載電容CL依次連接，負載Load與負載電容CL呈并聯(lián)關(guān)系，
[0037]該Ctrl端口與能量回收單元Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager連接，由Ctrl端口控制能量回收單元Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager的工作狀態(tài)；
[0038]電源電壓VE小于負載點VDD電壓的情況下，S2恒斷、SI恒啟，其控制關(guān)系為:
[0039]當(dāng)Ctrl高電平時，電源管理器Power Manager開啟工作，能量回收單元PowerRecovery Unit被關(guān)掉，E的電能經(jīng)過Power Manager對Load供給；
[0040]當(dāng)Ctrl低電平時，電源管理器Power Manager被關(guān)掉，回收單元Power RecoveryUnit在Ctrl端口的控制下把負載電容CL上的電能回收到電池E上；具體的回收過程為:
[0041]充電階段Tl，S4開啟、S3關(guān)斷；負載電容CL經(jīng)LI及S4對電池E形成通路，負載電容CL對電感LI預(yù)充電，充電中負載點VDD電壓下降，負載電容CL上的能量部分轉(zhuǎn)移到電感LI中，當(dāng)電感LI中電流達到預(yù)設(shè)值時，S4關(guān)斷，Tl結(jié)束；
[0042]放電階段T2，S4關(guān)斷后S3非交疊地開啟，地經(jīng)LI及S3對VE形成通路，電感中的電流減小，在整個T2過程，電感LI中的能量轉(zhuǎn)移到電源E，同時，負載點VDD電壓維持不變，當(dāng)電感LI中的電流降低到O時，T2結(jié)束；
[0043]T2結(jié)束后S4馬上開啟，重復(fù)之前Tl及T2的過程，直到負載電容CL上負載點VDD電壓降低到VE為止，此時時序產(chǎn)生器timing Gen繼續(xù)控制，直到負載點VDD電壓降低為0，整個能量回收過程結(jié)束，所有開關(guān)SI?S4都關(guān)斷；
[0044]上述負載電容CL包括電源管理器輸出點的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容；負載Load包括所有電子設(shè)備。
[0045]效果較佳的，電源管理器Power Manager為升壓電路BOOST。
[0046]效果較佳的，電源管理器Power Manager為升降壓電路BUCK-B00ST，當(dāng)Ctrl低電平且電源電壓VE小于負載點VDD電壓時，采用如上所述的控制方法，當(dāng)Ctrl高電平時，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷ο
[0047]本實用新型的有益效果在于:本實用新型能回收電源去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容上的能量，因此延長了電池的續(xù)航能力。本實用新型綠色環(huán)保，高效。在傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、新能源領(lǐng)域?qū)玫綇V闊的應(yīng)用前景。

【附圖說明】

[0048]圖1為本實用新型的包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖2A為本實用新型的能量回收單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖2B為本實用新型的VE低于VDD能量回收電路的工作時序示意圖；
[0051]圖3為VE高于VDD能量回收電路的工作時序示意圖；
[0052]圖4為本實用新型的實施例一 PM對應(yīng)LDO的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖5為傳統(tǒng)LDO的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖6為本實用新型的PM對應(yīng)LDO的VE大于VDD的能量回收工作模式示意圖；
[0055]圖7為本實用新型的實施例二 PM對應(yīng)BUCK的電路結(jié)構(gòu)示意圖
[0056]圖8為傳統(tǒng)Buck的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖9為本實用新型的PM對應(yīng)BUCK的VE大于VDD的能量回收工作模式示意圖；
[0058]圖10為本實用新型的實施例三PM對應(yīng)BOOST的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖11為傳統(tǒng)BOOST的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖12為本實用新型的PM對應(yīng)BUCK的能量回收工作模式示意圖；
[0061]圖13為本實用新型的VE低于VDD能量回收電路的工作時序示意圖；
[0062]圖14為本實用新型的實施例四PM對應(yīng)BUCK-B00ST的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖15為傳統(tǒng)BUCK-B00ST的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064]圖16為本實用新型的PM對應(yīng)BUCK-B00ST的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065]圖17為本實用新型的能量回收單元的特殊實現(xiàn)情況示意圖。

【具體實施方式】
[0066]圖1-圖16中，開關(guān)SI?S4均有三個口，其中開關(guān)SI?S4與時序產(chǎn)生器timingGen連接的口均為其相應(yīng)的控制端；
[0067]開關(guān)SI中:與電感LI 一端相接的口為第一導(dǎo)通端al，與電源管理器的電池E連接的口為第二導(dǎo)通端bl ；
[0068]開關(guān)S2中:接地的口為第一導(dǎo)通端a2，與電感LI 一端相接的口為第二導(dǎo)通端b2 ；
[0069]開關(guān)S3中:接地的口為第一導(dǎo)通端a3，與電感LI另一端相接的口為第二導(dǎo)通端b3 ；
[0070]開關(guān)S4中:與電感LI另一端相接的口為第一導(dǎo)通端a4，與電源控制器的負載相接的口第二導(dǎo)通端b4 ；
[0071]以上標(biāo)記在圖中未標(biāo)記，在此說明。
[0072]本實用新型結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括電池E、電源管理器Power Manager、負載電容CL、負載Load、能量回收單元Power Recovery Unit。其中能量回收單元的一種實現(xiàn)方式如圖2A所示。
[0073]電池E負責(zé)提供電能。電源管理器Power Manager在Ctrl端口的控制下對E進行管理，輸出合適的電壓電流到負載Load上。當(dāng)Ctrl高電平時，電源管理器Power Manager開啟工作，E的電能經(jīng)過Power Manager對Load供給；當(dāng)Ctrl低電平，電源管理器PowerManager被關(guān)掉，同時輸出高阻。CL是包括電源管理器輸出點的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容。Load是負載，包括可能的所有電子設(shè)備。能量回收單元PowerRecovery Unit在Ctrl端口的控制下把CL上的電能回收到電池E上。當(dāng)Ctrl高電平時，能量回收單元被關(guān)掉，其輸出端VE高阻；當(dāng)Ctrl低電平時，CL上的電能經(jīng)能量回收單元被回收到E。
[0074]對能量回收單元的描述。如圖2A所示，能量回收單元的一種可能結(jié)構(gòu):包括Ctrl端口控制下的時序產(chǎn)生器timing Gen，開關(guān)SI，S2，S3，S4電感LI。其功能，當(dāng)Ctrl端口高電平，timing Gen不工作，S1、S2、S3及S4斷開；當(dāng)Ctrl端口低電平，timing Gen工作，產(chǎn)生SI?S4開關(guān)的控制信號。VDD上的CL的電能經(jīng)LI，SI?S4被回收到E。需要指出的是，在一些應(yīng)用中Power Manager內(nèi)部有時序產(chǎn)生器，可以不用單獨的timing Gen而是復(fù)用Power Manager部分的時序產(chǎn)生器。如圖2所示，圖2B為本實用新型的VE低于VDD能量回收電路的工作時序示意圖。
[0075]E>Power Manager及CL組成了傳統(tǒng)的電源管理系統(tǒng)，Load是傳統(tǒng)的負載。這幾部分的工作原理與傳統(tǒng)電源管理器是一致的，不詳細展開。詳細說明一下能量回收單元對電容CL上電能的回收。端口 Ctrl是控制整個電路工作狀態(tài)的，如果Ctrl被置高電平，傳統(tǒng)電源管理器工作，能量回收單元不工作；如果Ctrl被置低電平，傳統(tǒng)電源管理器不工作，能量回收單元工作。
[0076]下面結(jié)合圖3的E高于VDD能量回收電路的工作時序來說明本實用新型能量回收過程。能量回收的拓撲不止一種，但是圖2的電路結(jié)構(gòu)是一種比較典型的結(jié)構(gòu)。當(dāng)VE高于VDD時，S3恒斷開，S4恒開啟。時序產(chǎn)生電路通過控制SI及S2的開通及關(guān)斷，可以把CL上的能量經(jīng)LI無損地回收到E上?？刂芐I及S2的策略有多種，比如固定占空比法、動態(tài)占空比法。固定占空比法，SI及S2產(chǎn)生固定的占空比，來控制能量回收，這種方法的優(yōu)點是簡單，缺點是在整個回收過程中，電感中的峰值電流的變化范圍會比較大，這對電感LI會額外有一些要求。動態(tài)占空比法，根據(jù)能量回收的情況，動態(tài)調(diào)整占空比，S2的占空比隨回收過程越來越大，SI是S2的邏輯反向非交疊信號。圖3控制策略是電流峰值恒定占動態(tài)空比法。
[0077]當(dāng)Ctrl被置低電平，Tl階段，S2開啟，SI斷開，VDD經(jīng)LI及S2對地形成通路，VDD對電感LI預(yù)充電，在這充電過程，VDD點電壓下降，CL上的能量部分轉(zhuǎn)移到電感中，當(dāng)電感LI中電流達到預(yù)設(shè)值Ip時，S2關(guān)斷，Tl結(jié)束。T2階段，S2關(guān)斷后，SI非交疊地開啟，這樣VDD經(jīng)LI及SI對VE形成通路，電感中的電流減小，在整個T2過程，電感中的能量轉(zhuǎn)移到E，同時，VDD點的電位也往下降，CL上的能量也部分轉(zhuǎn)移到E。當(dāng)電感中的電流降低到O時，T2結(jié)束。在圖3中，為了快速能量回收，在T2結(jié)束，S2是馬上又開啟，重復(fù)之前Tl及T2的過程。這一過程一直持續(xù)到CL上VDD的電壓降低到0，同時電感電流中電流也為O為止，整個能量回收過程結(jié)束。所有開關(guān)都斷開。
[0078]實施例一本實用新型PM對應(yīng)LDO的實用例
[0079]結(jié)構(gòu):如圖4所示，PM (power manager)對應(yīng)是LD0，由于LDO應(yīng)用中，E始終大于VDD，在PRU(Power recovery Unit)中，S3始終斷開用開路表示，S4始終閉合用導(dǎo)線表示。Ref、Err AMP、M2、Ml、Rl、R2 組成了 LDO0 Timing Gen、S1、S2、LI 組成了 PRU0
[0080]原理:Ctrl接高電平，對應(yīng)的是傳統(tǒng)LD0，如圖5所示。具體原理不描述。
[0081]Ctrl接低電平，對應(yīng)的是VE大于VDD的能量回收工作模式。如圖6所示。具體原理上文已描述，不再重復(fù)。
[0082]實施例二本實用新型PM對應(yīng)BUCK的實用例
[0083]結(jié)構(gòu):如圖7 所示，timing genl、S3、S4、L2 對應(yīng)的是 Buck 拓撲的 PM，timing Gen、S1、S2、L1對應(yīng)的是PRU，由于Buck應(yīng)用中，VE始終大于VDD，故S3恒端，S4恒短，可以簡化成圖7結(jié)構(gòu)。
[0084]原理:Ctrl接高電平，實現(xiàn)傳統(tǒng)同步整流Buck降壓型D⑶C的工作模式，如圖8所示。傳統(tǒng)型，原理略。
[0085]Ctrl接低電平，對應(yīng)的是VE大于VDD的能量回收工作模式。如圖9所示。具體原理上文已描述，不再重復(fù)。
[0086]實施例三本實用新型PM對應(yīng)BOOST的實用例
[0087]結(jié)構(gòu)-timing Gen2、L3、S5、S6 組成了 Boost 結(jié)構(gòu)。Timing Gen、Sl ?S4、L1 組成了能量回收單元。由于Boost結(jié)構(gòu)，VE始終小于VDD，故PRU部分四個開關(guān)管都使用。
[0088]原理:Ctrl接高電平，對應(yīng)的是傳統(tǒng)同步整流BOOST升壓型EOC工作模式，具體結(jié)構(gòu)見圖11。
[0089]Ctrl接低電平對應(yīng)的是VE小于VDD的能量回收工作模式。具體見圖12.結(jié)合圖13的時序來說明其工作原理。當(dāng)VE低于VDD時，S2恒端，SI恒短，timing Gen僅僅控制S3與S4就可以把部分能量回收到E。
[0090]當(dāng)Ctrl被置低電平，Tl階段，S4開啟，S3斷開，VDD經(jīng)LI及S4對VE形成通路，VDD對電感LI預(yù)充電，在這充電過程，VDD點電壓下降，CL上的能量部分轉(zhuǎn)移到電感中，當(dāng)電感LI中電流達到預(yù)設(shè)值Ip時，S4關(guān)斷，Tl結(jié)束。T2階段，S4關(guān)斷后，S3非交疊地開啟，這樣地經(jīng)LI及S3對VE形成通路，電感中的電流減小，在整個T2過程，電感中的能量轉(zhuǎn)移到E，同時，VDD點的電位維持不變。當(dāng)電感中的電流降低到O時，T2結(jié)束。在圖13中，為了快速能量回收，在T2結(jié)束，S2是馬上又開啟，重復(fù)之前Tl及T2的過程。這一過程一直持續(xù)到CL上VDD的電壓降低到等于E為止。
[0091]當(dāng)VDD電壓降低到等于VE時，可以采用之前的圖3的timing來控制，直至VDD降低到0，完成所有能量的回收。然后所有開關(guān)都斷開。
[0092]本實用新型PM對應(yīng)BUCK-B00ST的實用例
[0093]結(jié)構(gòu):如圖14所示。gen3、S7、S8、L4構(gòu)成了同步整流的Buck-boost電路。Timggen、SI ?S4、LI 構(gòu)成了 PRU0
[0094]原理:Ctrl接高電平，配置成傳統(tǒng)同步整流BUCK-B00ST升降壓型D⑶C工作模式，具體見圖15.
[0095]如圖16，Ctrl接低電平，配置成能量回收模式。因為Buck-boost拓撲，VE可能比VDD大，也可能比VE比VDD小。當(dāng)VE比VDD大，timing對應(yīng)圖3，當(dāng)VE比VDD小，timing對應(yīng)圖13.原理不重復(fù)描述。
[0096]當(dāng)VE比較低的時候，同時當(dāng)CL上能量回收導(dǎo)致VDD比VE還要低的時候，此時開關(guān)SI及S2由于VE的低電壓，打開不是那么充分，這會影響回收能量的效率，為了解決這個問題，需要在驅(qū)動開關(guān)管SI及S2時加上自舉電路來提供驅(qū)動電壓。結(jié)構(gòu)如圖16所示。
[0097]惟以上所述者，僅為本實用新型的較佳實施例而已，舉凡熟悉此項技藝的專業(yè)人士。在了解本實用新型的技術(shù)手段之后，自然能依據(jù)實際的需要，在本實用新型的教導(dǎo)下加以變化。因此凡依本實用新型申請專利范圍所作的同等變化與修飾，都應(yīng)仍屬本實用新型專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，包括: 電源管理器，用于把電源管理系統(tǒng)的輸入端的能量傳遞至輸出端； 能量回收單元，用于把電源管理系統(tǒng)輸出端電容上的能量回收至電源管理系統(tǒng)的輸入端; Ctrl端口，用于控制電源管理器與能量回收單元的工作狀態(tài)，控制原理為:當(dāng)Ctrl端口的控制信號為高電平時，電源管理器開啟工作，能量回收單元被關(guān)掉；當(dāng)Ctrl端口的控制信號為低電平時，控制能量回收單元開啟工作，電源管理器被關(guān)掉。2.如權(quán)利要求1所述的包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述能量回收單元Power Recovery Unit包括:時序產(chǎn)生器timing Gen、電感LI和四個開關(guān)，四個分別為開關(guān)31、開關(guān)32、開關(guān)33、開關(guān)34 ； 其連接關(guān)系為: 開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4的控制端均與時序產(chǎn)生器timing Gen相接； 開關(guān)SI的第一導(dǎo)通端al與電感LI的一端相接，第二導(dǎo)通端bl與電源管理器的電池E連接； 開關(guān)S2的第一導(dǎo)通端a2接地，第二導(dǎo)通端b2與電感LI的一端相接； 開關(guān)S3的第一導(dǎo)通端a3接地，第二導(dǎo)通端b3與電感LI的另一端相接； 開關(guān)S4的第一導(dǎo)通端a4與電感LI的另一端相接，第二導(dǎo)通端b4與電源控制器的負載相接； 時序產(chǎn)生器timing Gen的另一端與電源控制器的Ctrl端口連接； 其工作關(guān)系為: 當(dāng)Ctrl端口高電平時，時序產(chǎn)生器timing Gen不工作，S1、S2、S3及S4斷開； 當(dāng)Ctrl端口低電平時，時序產(chǎn)生器timing Gen工作，產(chǎn)生開關(guān)SI?S4的控制信號，電源控制器的負載電容CL上的電能經(jīng)電感LI和開關(guān)SI?S4被回收到電源管理器的電池E03.如權(quán)利要求2所述的包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述能量回收單元Power Recovery Unit的工作原理如下: 充電階段Tl，S2、S4開啟，S1、S3關(guān)斷； 放電階段T2，S2、S4關(guān)斷，S1/S3與S2/S4非交疊地開啟； 整個能量回收過程結(jié)束，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷； 上述四個開關(guān)中任一開關(guān)開啟即該開關(guān)的第一導(dǎo)通端與其第二導(dǎo)通端連接，任一開關(guān)關(guān)斷即該開關(guān)的第一導(dǎo)通端與第二導(dǎo)通端斷開。4.如權(quán)利要求1所述的包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理系統(tǒng)包括電池E、電源管理器Power Manager、負載電容CL、負載Load和能量回收單元Power Recovery Unit，且電池E、電源管理器Power Manager、負載電容CL依次連接，負載Load與負載電容CL呈并聯(lián)關(guān)系， 該Ctrl端口與能量回收單元Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager連接，由Ctrl端口控制能量回收單元Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager的工作狀態(tài)； 電源電壓VE大于等于負載點VDD電壓的情況下，S3恒斷、S4恒啟，其控制關(guān)系為: 當(dāng)Ctrl高電平時，電源管理器Power Manager開啟工作，能量回收單元PowerRecovery Unit被關(guān)掉，E的電能經(jīng)過Power Manager對Load供給； 當(dāng)Ctrl低電平時，電源管理器Power Manager被關(guān)掉，回收單元Power Recovery Unit在Ctrl端口的控制下把負載電容CL上的電能回收到電池E上；具體的回收過程為: 充電階段Tl，S2開啟、SI關(guān)斷；負載電容CL經(jīng)LI及S2對地形成通路，負載電容CL對電感LI預(yù)充電，充電中負載點VDD電壓下降，負載電容CL上的能量部分轉(zhuǎn)移到電感中，當(dāng)電感LI中電流達到預(yù)設(shè)值時，S2關(guān)斷，Tl結(jié)束； 放電階段T2，S2關(guān)斷后SI非交疊地開啟，負載電容CL經(jīng)LI及SI對VE形成通路，電感中的電流減小，在整個T2過程，電感LI中的能量轉(zhuǎn)移到電源E，同時，負載點VDD電壓也往下降，負載電容CL上的能量也部分轉(zhuǎn)移到電源E，當(dāng)電感LI中的電流降低到O時，T2結(jié)束； T2結(jié)束后S2馬上開啟，重復(fù)之前Tl及T2的過程，直到負載電容CL上負載點VDD電壓降低到0，同時電感電流中電流也為O為止，整個能量回收過程結(jié)束，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷；上述負載電容CL包括電源管理器輸出點的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容；負載Load包括所有電子設(shè)備。5.如權(quán)利要求4所述的包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，電源管理器Power Manager為線性穩(wěn)壓器LDO。6.如權(quán)利要求4所述的包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，電源管理器Power Manager為降壓變換電路BUCK。7.如權(quán)利要求1所述的包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電源管理系統(tǒng)包括電池E、電源管理器Power Manager、負載電容CL、負載Load和能量回收單元Power Recovery Unit，且電池E、電源管理器Power Manager、負載電容CL依次連接，負載Load與負載電容CL呈并聯(lián)關(guān)系， 該Ctrl端口與能量回收單元Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager連接，由Ctrl端口控制能量回收單元Power Recovery Unit和電源管理器Power Manager的工作狀態(tài)； 電源電壓VE小于負載點VDD電壓的情況下，S2恒斷、SI恒啟，其控制關(guān)系為: 當(dāng)Ctrl高電平時，電源管理器Power Manager開啟工作，能量回收單元PowerRecovery Unit被關(guān)掉，E的電能經(jīng)過Power Manager對Load供給； 當(dāng)Ctrl低電平時，電源管理器Power Manager被關(guān)掉，回收單元Power Recovery Unit在Ctrl端口的控制下把負載電容CL上的電能回收到電池E上；具體的回收過程為: 充電階段Tl，S4開啟、S3關(guān)斷；負載電容CL經(jīng)LI及S4對電池E形成通路，負載電容CL對電感LI預(yù)充電，充電中負載點VDD電壓下降，負載電容CL上的能量部分轉(zhuǎn)移到電感LI中，當(dāng)電感LI中電流達到預(yù)設(shè)值時，S4關(guān)斷，Tl結(jié)束； 放電階段T2，S4關(guān)斷后S3非交疊地開啟，地經(jīng)LI及S3對VE形成通路，電感中的電流減小，在整個T2過程，電感LI中的能量轉(zhuǎn)移到電源E，同時，負載點VDD電壓維持不變，當(dāng)電感LI中的電流降低到O時，T2結(jié)束； T2結(jié)束后S4馬上開啟，重復(fù)之前Tl及T2的過程，直到負載電容CL上負載點VDD電壓降低到VE為止，此時時序產(chǎn)生器timing Gen繼續(xù)控制，直到負載點VDD電壓降低為0，整個能量回收過程結(jié)束，所有開關(guān)SI?S4都關(guān)斷； 上述負載電容CL包括電源管理器輸出點的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容；負載Load包括所有電子設(shè)備。8.如權(quán)利要求7所述的包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，電源管理器Power Manager 為升壓電路 BOOST。9.如權(quán)利要求7所述的包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，電源管理器Power Manager為升降壓電路BUCK-B00ST，當(dāng)Ctrl低電平且電源電壓VE小于負載點VDD電壓時，采用如權(quán)利要求7所述的回收過程，當(dāng)Ctrl高電平時，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷。10.如權(quán)利要求4所述的包含能量回收單元的電源管理系統(tǒng)，其特征在于，電源管理器Power Manager為升降壓電路BUCK-B00ST，當(dāng)Ctrl低電平且電源電壓VE大于等于負載點VDD電壓時，采用如權(quán)利要求4所述的回收過程，當(dāng)Ctrl高電平時，開關(guān)SI?S4都關(guān)斷。
【文檔編號】H02M3-06GK204271912SQ201420521046
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