具有用于檢測(cè)能量存儲(chǔ)裝置的電阻參數(shù)的監(jiān)測(cè)電路的電子設(shè)備的制造方法
【專利說明】
[0001]背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本技術(shù)涉及電子設(shè)備領(lǐng)域。更具體地，該技術(shù)涉及一種具有能量存儲(chǔ)裝置的電子設(shè)備，在該能量存儲(chǔ)裝置中，當(dāng)能量存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)裝置電壓超過啟用閾值電壓時(shí)，則電路系統(tǒng)啟用。
[0003]電子設(shè)備可具有能量存儲(chǔ)裝置，例如電池或電容。能量存儲(chǔ)裝置所提供的存儲(chǔ)裝置電壓例如可根據(jù)溫度或由該電壓所供給的電路系統(tǒng)的能耗而隨時(shí)間變化。該電路系統(tǒng)可能需要一個(gè)最小的操作電壓，因此，僅當(dāng)存儲(chǔ)裝置電壓超過啟用閾值電壓時(shí)，該電路系統(tǒng)才可能啟用。
[0004]發(fā)曰月概沐
[0005]—方面，本技術(shù)提供一種電子設(shè)備，包括:
[0006]能量存儲(chǔ)裝置；
[0007]電路系統(tǒng)，其由來自能量存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)裝置電壓供電；以及
[0008]監(jiān)測(cè)電路，其被配置為響應(yīng)于存儲(chǔ)裝置電壓超過啟用閾值電壓而啟用所述電路系統(tǒng)；
[0009]其中，監(jiān)測(cè)電路被配置為檢測(cè)指示所述能量?jī)?chǔ)存裝置的內(nèi)阻的電阻參數(shù)并基于電阻參數(shù)來調(diào)整所述啟用閾值電壓。
[0010]在已知的系統(tǒng)中，啟用閾值電壓通常是設(shè)定為適應(yīng)最壞情況條件的固定閾值。當(dāng)存儲(chǔ)裝置電壓超過閾值并且電路系統(tǒng)啟用時(shí)，電流從能量存儲(chǔ)裝置流出，導(dǎo)致存儲(chǔ)裝置電壓立即下降。壓降與能量存儲(chǔ)裝置的內(nèi)阻成正比。例如由于電阻可能依賴于溫度，并可能由于能量存儲(chǔ)裝置充、放電而隨時(shí)間增大，內(nèi)阻可以變化。因此，通常情況下，啟用閾值電壓設(shè)置有裕度，考慮了在預(yù)計(jì)超過在存儲(chǔ)裝置壽命的最壞情況下啟動(dòng)電路系統(tǒng)時(shí)將產(chǎn)生的壓降。這一額外的裕度減少了電路系統(tǒng)操作可用的電壓范圍，并使得電路系統(tǒng)被延遲啟用，從而使得可用能量的使用效率較低。
[0011]為解決這些問題，本技術(shù)提供了一種監(jiān)測(cè)電路，其可檢測(cè)表示能量存儲(chǔ)裝置的內(nèi)阻的電阻參數(shù)，并基于電阻參數(shù)調(diào)整啟用閾值電壓。這使得啟用閾值電壓能夠與能量存儲(chǔ)裝置的變化的內(nèi)阻相適應(yīng)，避免了在啟用閾值電壓中需要任何額外的裕度。這允許早些啟用電路系統(tǒng)而沒有因裕度所導(dǎo)致的延遲。此外，通過考慮能量存儲(chǔ)裝置的電阻，可減少電路系統(tǒng)在啟用和禁用狀態(tài)間的振蕩的風(fēng)險(xiǎn)。
[0012]能量存儲(chǔ)裝置可以是電池或電容或超級(jí)電容。電容的內(nèi)阻趨于隨著時(shí)間保持相對(duì)恒定(不像電池，其電阻趨于隨充/放電循環(huán)次數(shù)的增加而增大)。由于電路系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)電路可被設(shè)計(jì)為用于具有不同電阻的一系列不同類型的能量存儲(chǔ)裝置，即使是電阻不隨時(shí)間顯著變化，本技術(shù)也可以是有用的，并且本技術(shù)使得監(jiān)測(cè)電路能夠自動(dòng)適應(yīng)所選擇的能量?jī)?chǔ)存裝置的特定電阻。這避免了需要根據(jù)具有最壞情況電阻的能量存儲(chǔ)裝置而給啟用閾值電壓留有裕度。
[0013]然而，如果能量存儲(chǔ)裝置是電池，本技術(shù)是尤其有用的。電池的健康隨放電循環(huán)而下降，因此電池的內(nèi)阻可隨時(shí)間增大。通過使啟用閾值電壓與電池的內(nèi)阻相適應(yīng)，不需要根據(jù)預(yù)期的最壞情況電阻給而閾值電壓留有裕度，當(dāng)電池處于其壽命開始附近時(shí)，裕度將導(dǎo)致電路系統(tǒng)啟用顯著延遲。這種技術(shù)對(duì)小型電子設(shè)備特別有利，例如使用具有高內(nèi)阻、例如7k Ω的小型電池的無線傳感器節(jié)點(diǎn)。
[0014]能量?jī)?chǔ)存裝置可具有能量收集單元，能量收集單元用于收集環(huán)境能量為能量存儲(chǔ)裝置充電的。取決于環(huán)境能量的可用量，存儲(chǔ)裝置所提供的電壓可以變化，因此，具有能量收集單元的裝置通常利用一個(gè)啟用電壓閾值來確定是否啟用電路系統(tǒng)。因此，本技術(shù)對(duì)具有能量收集單元的裝置、如無線傳感器節(jié)點(diǎn)尤其有用。能量收集單元例如包括從太陽輻射收集能量的光伏電池、從溫度梯度收集能量的熱電裝置、從聲學(xué)或機(jī)械振動(dòng)收集能量的振動(dòng)收集器、或從電磁輻射、如無線電波收集能量的電磁能量收集器。
[0015]監(jiān)測(cè)電路可對(duì)存儲(chǔ)裝置電壓下降到低于禁用閾值電壓做出響應(yīng)而禁用電路系統(tǒng)。禁用閾值電壓可小于啟用閾值電壓。這提供了一些滯后，以避免電路系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)被反復(fù)啟用和禁用而產(chǎn)生振蕩。先前使用固定閾值的系統(tǒng)中，在啟用和禁用閾值之間需要有大的裕度，以確保當(dāng)電路系統(tǒng)啟用時(shí)，IR壓降不會(huì)引起存儲(chǔ)裝置電壓下降到禁用閾值電壓以下，即使當(dāng)能量存儲(chǔ)裝置具有非常高的電阻。通過使啟用閾值電壓與檢測(cè)到的電阻參數(shù)相適應(yīng)，無需提供這一裕度，因此，無需延遲電路系統(tǒng)的啟用，因此當(dāng)電壓高到足以使用電路系統(tǒng)時(shí)，可增加總的時(shí)間量。
[0016]監(jiān)測(cè)電路可利用各種途徑調(diào)整啟用閾值電壓。例如，啟用閾值電壓可被設(shè)置為與目標(biāo)閾值電壓和裕度電壓的總和相對(duì)應(yīng)的一個(gè)值，裕度電壓取決于電阻參數(shù)。因此，目標(biāo)閾值電壓可以是期望接通電路系統(tǒng)的有效閾值電壓(在理想情況下，假設(shè)不存在IR壓降)，并且裕度電壓表示當(dāng)電路系統(tǒng)被啟用時(shí)所預(yù)期的可能產(chǎn)生的IR壓降，因此，即使是內(nèi)阻增加，在電路系統(tǒng)被啟用之后，存儲(chǔ)裝置電壓將穩(wěn)定在有效閾值電壓。例如，裕度電壓可對(duì)應(yīng)于ISYSTEmXRstimge,其中Isystem是被啟用時(shí)電路系統(tǒng)所獲取的最大電流，RStcrage是存儲(chǔ)裝置的內(nèi)阻。在小型無線系統(tǒng)中，由于無線傳感器節(jié)點(diǎn)傾向于具有明確定義的、不顯著變化的操作，因此當(dāng)電路系統(tǒng)被啟用時(shí)電流Isystem通常被明確定義。因此，根據(jù)所測(cè)量的代表R STORAGE的電阻參數(shù)，可將閾值電壓更新為目標(biāo)閾值電壓加上IsystemXRstmme。
[0017]盡管啟用閾值電壓可對(duì)應(yīng)于目標(biāo)閾值電壓與裕度電壓的總和，但實(shí)際上沒有必要執(zhí)行這一相加。相反，監(jiān)測(cè)電路可具有一個(gè)可用閾值電壓等級(jí)的范圍，并且可在這些閾值電壓中選擇出所期望的對(duì)應(yīng)于目標(biāo)閾值電壓與裕度電壓總和的一個(gè)電壓。例如，監(jiān)測(cè)電路可具有一個(gè)閾值電壓發(fā)生器，其生成多個(gè)不同的閾值等級(jí)(例如使用分壓器)。然后可使用電阻參數(shù)從閾值電壓發(fā)生器生成的電壓中選擇一個(gè)，用作啟用閾值電壓。閾值電壓發(fā)生器可被配置成當(dāng)裕度電壓成正比于電阻時(shí)，使得電阻參數(shù)和所選擇的啟用閾值電壓之間的關(guān)系跟隨所期望的目標(biāo)閾值電壓與裕度電壓的總和。
[0018]監(jiān)測(cè)電路可在任何時(shí)間、例如周期性地或響應(yīng)于某些事件來觸發(fā)電阻參數(shù)檢測(cè)并調(diào)整啟用閾值電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)于存儲(chǔ)裝置電壓超過啟用閾電壓的當(dāng)前值，可進(jìn)行電阻參數(shù)的檢測(cè)和啟用閾值電壓的調(diào)整。因此，當(dāng)存儲(chǔ)裝置電壓超過當(dāng)前閾值，并且此時(shí)電路系統(tǒng)通常被啟用時(shí)，監(jiān)測(cè)電路檢測(cè)電阻參數(shù)并調(diào)整啟用閾值電壓，以反映所測(cè)得的能量存儲(chǔ)裝置的電阻。這至少避免了在電壓仍保持低于先前的閾值時(shí)反復(fù)調(diào)整啟用電壓閾值的需要，并且還啟用電路系統(tǒng)，以觸發(fā)啟用信號(hào)，信號(hào)也被重新用于觸發(fā)電阻監(jiān)測(cè)。這種方法對(duì)內(nèi)阻通常預(yù)計(jì)隨會(huì)時(shí)間而增大的存儲(chǔ)裝置有用(如電池，其電阻隨放電循環(huán)而增大)。但是，如果存在電阻有時(shí)可能降低的可能性，那么它也可用于執(zhí)行啟用閾值的進(jìn)一步重新校準(zhǔn)，例如，周期性地觸發(fā)，以確保電路系統(tǒng)不會(huì)永久處于禁用狀態(tài)。
[0019]監(jiān)測(cè)電路可以在存儲(chǔ)裝置電壓超過啟用閾值和啟動(dòng)電路系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)延遲。出于幾個(gè)原因這是有用的。首先，電路系統(tǒng)在被啟用之前可能需要復(fù)位，因此延遲時(shí)段為此提供了時(shí)間。此外，提供延時(shí)有助于預(yù)防在存儲(chǔ)裝置電壓僅暫時(shí)上升高于啟用閾值并且隨后下降再次低于啟用閾值時(shí)出現(xiàn)的振蕩。因此，如果存儲(chǔ)裝置電壓直到延遲時(shí)段結(jié)束不再超過閾值，則可抑制啟用電路系統(tǒng)。當(dāng)閾值電壓被調(diào)整時(shí)，由于由存儲(chǔ)裝置電壓上升到高于先前閾值所引發(fā)的對(duì)閾值的調(diào)整可促使閾值被設(shè)置的更高，從而使得直到延遲時(shí)段結(jié)束存儲(chǔ)裝置電壓不再超過閾值，因此這一機(jī)制也是有用的。因此，如果IR壓降導(dǎo)致電壓下降的太低，延遲為電阻監(jiān)測(cè)提供了時(shí)間以完全避免啟用電路系統(tǒng)。
[0020]測(cè)量能量存儲(chǔ)裝置的電阻有各種方法。監(jiān)測(cè)電路可具有測(cè)試電流發(fā)生器，其從能量存儲(chǔ)裝置獲取一個(gè)測(cè)試電流，用于測(cè)試能量?jī)?chǔ)存裝置的內(nèi)阻。當(dāng)獲取測(cè)試電流時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)測(cè)試電流，可給出內(nèi)阻的指示。
[0021]從能量存儲(chǔ)裝置獲取測(cè)試電流可引起電壓下降，并且如果電路系統(tǒng)仍與存儲(chǔ)裝置電壓連接，那么這可能導(dǎo)致錯(cuò)誤。因此，可提供一個(gè)隔離開關(guān)，用于在從能量存儲(chǔ)裝置獲取測(cè)試電流時(shí)將電路系統(tǒng)與存儲(chǔ)裝置電壓隔離。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，所監(jiān)測(cè)的參數(shù)可以指示應(yīng)用測(cè)試電流時(shí)存儲(chǔ)裝置壓降的量。壓降取決于所獲取的測(cè)試電流的量與存儲(chǔ)裝置的內(nèi)阻的乘積，因此，如果測(cè)試電流是已知的則可推導(dǎo)出內(nèi)阻。
[0023]可替代地，測(cè)試電流發(fā)生器可以包括至少一個(gè)與能量存儲(chǔ)裝置耦合的電容元件。當(dāng)獲取測(cè)試電流時(shí)，可能會(huì)存在壓降，然后存儲(chǔ)裝置電壓可再次以一個(gè)速率上升，速率取決于至少一個(gè)電容元件的容量以及存儲(chǔ)裝置的內(nèi)阻。因此，通過測(cè)量取決于電壓上升速率的參數(shù)，可監(jiān)測(cè)內(nèi)阻。
[0024]例如，電阻參數(shù)可包括一個(gè)計(jì)數(shù)值，其表示存儲(chǔ)裝置電壓上升至采樣電壓等級(jí)所花費(fèi)的時(shí)間，采樣電壓等級(jí)跟隨由測(cè)試電流所引起的壓降。例如，采樣電壓等級(jí)可被設(shè)定為在獲取測(cè)試電流之前，存儲(chǔ)裝置電壓具有的等級(jí)的一小部分。通過相對(duì)于存儲(chǔ)電壓等級(jí)設(shè)置采樣電壓等級(jí)，存儲(chǔ)電壓等級(jí)的變化不影響所測(cè)得的計(jì)數(shù)值，其取決于電容元件和儲(chǔ)存裝置的RC時(shí)間常數(shù)，而不是影響電壓等級(jí)的其它因素，如溫度或電路負(fù)載。計(jì)數(shù)器可響應(yīng)于計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)而遞增計(jì)數(shù)值，直到存儲(chǔ)裝置電壓超過電壓等級(jí)的采樣(計(jì)數(shù)器可在響應(yīng)于測(cè)試電流電壓下降的時(shí)刻，或者在稍后電壓上升超過計(jì)數(shù)開始閾值的時(shí)刻開始計(jì)數(shù))。用于產(chǎn)生計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘發(fā)生器可由電壓調(diào)節(jié)器提供的調(diào)節(jié)電壓供電，其可用于防止時(shí)鐘發(fā)生器的時(shí)鐘頻率隨系統(tǒng)電流的消耗而變化。
[0025]可以不同的方式產(chǎn)生測(cè)試電流。然而，在一個(gè)實(shí)施例中測(cè)試電流發(fā)生器可具有多個(gè)電容和開關(guān)，開關(guān)可選擇電容與能量存儲(chǔ)裝置并聯(lián)跨接耦合，或是電容