一種基于超級電容的電源供應系統，能量檢測模塊實時檢測超級電容當前的電量信息，充電管理模塊檢測到無線傳能傳遞的電能時向MCU發出充電請求信號；MCU從能量檢測模塊獲取超級電容當前的電量信息，當電量小于閾值時，MCU控制充電管理模塊為超級電容充電；超級電容與電源管理模塊相連，MCU集成有無線通信功能，電源管理模塊輸出穩定電壓和可變電壓，穩定電壓作為MCU的工作電壓，可變電壓為外接用電設備供電。通過采用超級電容作為需要長期工作的電源供電系統的儲能元件，并分兩路為固定電壓和可變電壓的負荷供電，大幅度提高了電源效率，采用無線傳能的方式進行充電，解決了植入式醫療設備或者不能直接接觸需要長期工作的設備長期供電的問題。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種電源供應系統，特別涉及一種植入式醫療設備或者不能直接接觸需要長期工作設備的電源供應系統。
技術介紹
植入式醫療設備或者不能直接接觸需要長期工作的設備，其電源成為限制其壽命的關鍵因素。在這類設備中，由于設備無法直接接觸，投入使用之后，更換比較困難，當電源供應系統無法工作時，設備就無法繼續使用。對于植入式醫療設備，其電源供應系統無法使用時，病人就只能再次進行手術，給病人帶來二次痛苦和手術危險，又加重了病人的經濟負擔。因此，為植入式醫療設備提供長 期穩定的供電是亟待解決的問題。在實現本專利技術的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足I)在植入式醫療設備或者不能直接接觸需要長期工作設備的電源供應系統中，電能變換所用元件的壽命都比較長，限制電源供應系統壽命的是電能存儲元件，電能存儲元件電能耗盡或者老化都將無法繼續使用；2)許多植入式醫療設備需要兩種電源同時供電一種為固定電壓,例如MCU的工作電壓；另一種為可變電壓，例如刺激信號的輸出。直接采用法拉電容作為電源時電壓是不穩定的，因而常常采用先從法拉電容輸入電壓再穩定成固定電壓為MCU供電，再從為MCU供電的固定電壓變換到預設的可變電壓。由于經過了兩次電壓變換，導致電源系統的效率大幅度降低。
技術實現思路
本專利技術提供了一種基于超級電容的電源供應系統，本專利技術解決了植入式醫療設備或者不能直接接觸需要長期工作的設備長期供電的問題，并且提高了電源系統的效率，詳見下文描述一種基于超級電容的電源供應系統，包括充電管理模塊、超級電容、能量檢測模塊、MCU和電源管理模塊；所述能量檢測模塊實時檢測所述超級電容當前的電量信息，所述充電管理模塊檢測到無線傳能傳遞的電能時向所述MCU發出信號；所述MCU從所述能量檢測模塊獲取電量信息，當所述電量小于閾值時，所述MCU控制所述充電管理模塊為所述超級電容充電；所述超級電容與所述電源管理模塊相連，所述MCU集成有無線通信功能，所述電源管理模塊輸出穩定電壓Vott和可變電壓Vvak,所述穩定電壓Votjt作為所述MCU的工作電壓,所述可變電壓Vvak為外接用電設備供電；其中，所述電源管理模塊包括第一橋式斬波電路、第二橋式斬波電路、第一電壓反饋電路、第二電壓反饋電路、PWM邏輯控制電路、時鐘發生電路、電壓誤差放大電路和濾波電路，可變參考電壓通過Vc端與所述MCU相連，所述MCU輸出占空比可調的波形，波形經過所述濾波電路變為恒定的電壓，作為所述電壓誤差放大電路的可變參考電壓；所述時鐘發生電路為所述PWM邏輯控制電路提供時鐘，所述PWM邏輯控制電路根據時鐘和所述電壓誤差放大電路的信號產生PWM波形，通過分別控制所述第一橋式斬波電路和所述第二橋式斬波電路的四個開關管的開斷，使得所述第一橋式斬波電路和所述第二橋式斬波電路工作在升壓、升降壓和降壓三種狀態；所述第一橋式斬波電路和所述第二橋式斬波電路輸出所述穩定電壓Vott和所述可變電壓Vvak ;所述第一電壓反饋電路和所述第二電壓反饋電路將輸出端的電壓經過分壓反饋至所述電壓誤差放大電路。所述開關管具體為MOS管。所述MCU通過外接睡眠端使得所述電源管理模塊可以工作在休眠模式。所述充電管理模塊包括電能耦合模塊、整流濾波模塊和恒流充電模塊， 所述電能耦合模塊與無線傳能的發射端相匹配并接收電能，經過所述整流濾波電路將接收到的電能變成直流電，然后通過所述恒流充電模塊為所述超級電容提供恒流充電方式。所述MCU具體為集成有無線通信功能的微功耗控制器。所述可變電壓Vvak的電壓值持續大于所述穩定電壓Vott的電壓值。本專利技術提供的技術方案的有益效果是通過采用超級電容作為需要長期工作的電源供電系統的儲能元件，采用無線傳能的方式進行充電，解決了植入式醫療設備或者不能直接接觸需要長期工作的設備供電的問題；電源管理模塊通過輸出穩定電壓實現對MCU的供電；通過輸出可控電壓實現對外接用電設備供電，且電壓范圍較寬；本專利技術安全、無污染，在生產的各個階段對環境無污染；無線充電，且充電速度特別快，使用過程中能夠充電；體積小，功率密度大，無需擔心電能耗竭；由于固定輸出電壓和可變輸出電壓分開供電，特別是可變輸出電壓供電能量遠大于固定輸出電壓供電能量時可以大幅度提高電源效率，避免常規的二次電壓變換所造成的損失，延長了各種長期工作設備的壽命。附圖說明圖I為本專利技術的工作示意圖；圖2為本專利技術的系統結構圖；圖3為本專利技術的充電管理模塊原理框圖；圖4為本專利技術的電源管理模塊電路設計圖。附圖中所列部件列表如下所示I:充電管理模塊；2:超級電容；3:能量檢測模塊；4:MCU;5 電源管理模塊；6 電能稱合模塊；7:整流濾波模塊；8:恒流充電模塊；9:第一橋式斬波電路； 10:第一電壓反饋電路；11 :第一門極驅動電路； 12 =PWM邏輯控制電路；13:時鐘發生電路；14:電壓誤差放大電路；15:第二電壓反饋電路； 16:濾波電路；17:第二門極驅動電路； 18:第二橋式斬波電路；Vqut :穩定電壓；Vvak :可變電壓；Vkef :參考電壓；Vc :可變參考電壓控制端；Sleep :睡眠端。具體實施例方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術實施方式作進一步地詳細描述。超級電容(Super-capacitor), 又叫雙電層電容(ElectricDouble-IayerCapacitor)、黃金電容或法拉電容,是一種新型的儲能裝置。超級電容產品的原材料構成、生產、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染；超級電容采用物理方式存儲大量電能，不存在泄漏的危險，安全系數高，長期使用免維護；超級電容還具有高循環次數和遠高于一般電池壽命的特點，深度充放電循環次數可高達50萬次，且無記憶效應，壽命一般 可達10年以上；超級電容的功率密度高，工作溫度范圍寬，充電速度快，充電10秒 10分鐘可達到其額定容量的95%以上；超級電容電量與電壓成線性關系，電量檢測方便。超級電容作為需要長期工作的電源供電系統的儲能元件具有不可比擬的優勢。為了解決植入式醫療設備或者不能直接接觸需要長期工作的設備長期供電的問題，并且提高電源系統的效率，本專利技術實施例提出了一種基于超級電容的電源供應系統，包括充電管理模塊I、超級電容2、能量檢測模塊3、集成有無線通信功能的MCU4和電源管理模塊5 ；能量檢測模塊3實時檢測超級電容2當前的電量信息，充電管理模塊I檢測到無線傳能傳遞的電能時向MCU4發出信號；MCU4從能量檢測模塊3獲取電量信息，當電量小于閾值時，MCU4控制充電管理模塊I為超級電容2充電；超級電容2與電源管理模塊5相連，電源管理模塊5輸出穩定電壓Votjt和可變電壓Vvak,穩定電壓Votjt作為MCU4的工作電壓,可控電壓Vvak為外接用電設備供電；其中，電源管理模塊5包括第一橋式斬波電路9、第二橋式斬波電路18、第一電壓反饋電路10、第二電壓反饋電路15、PWM邏輯控制電路12、時鐘發生電路13、電壓誤差放大電路14和濾波電路16， 可變參考電壓通過Vc端與MCU4相連，MCU4輸出占空比可調的波形，波形經過濾波電路16變為恒定的電壓，作為電壓誤差放大電路14的可變參考電壓；時鐘發生電路13為PWM邏輯控制電路12提供時鐘，PWM邏輯控制電路12根據時鐘和電本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于超級電容的電源供應系統，包括：充電管理模塊（1）、超級電容（2）、能量檢測模塊（3）、MCU（4）和電源管理模塊（5）；所述能量檢測模塊（3）實時檢測所述超級電容（2）當前的電量信息，所述充電管理模塊（1）檢測到無線傳能傳遞的電能時向所述MCU（4）發出信號；所述MCU（4）從所述能量檢測模塊（3）獲取電量信息，當所述電量小于閾值時，所述MCU（4）控制所述充電管理模塊（1）為所述超級電容（2）充電；所述超級電容（2）與所述電源管理模塊（5）相連，其特征在于，所述MCU（4）集成有無線通信功能，所述電源管理模塊（5）輸出穩定電壓VOUT和可變電壓VVAR，所述穩定電壓VOUT作為所述MCU（4）的工作電壓，所述可變電壓VVAR為外接用電設備供電；其中，所述電源管理模塊（5）包括：第一橋式斬波電路（5）、第二橋式斬波電路（18）、第一電壓反饋電路（10）、第二電壓反饋電路（15）、PWM邏輯控制電路（12）、時鐘發生電路（13）、電壓誤差放大電路（14）和濾波電路（16），可變參考電壓通過VC端與所述MCU（4）相連，所述MCU（4）輸出占空比可調的波形，波形經過所述濾波電路（16）變為恒定的電壓，作為所述電壓誤差放大電路（14）的可變參考電壓；所述時鐘發生電路（13）為所述PWM邏輯控制電路（12）提供時鐘，所述PWM邏輯控制電路（12）根據時鐘和所述電壓誤差放大電路（14）的信號產生PWM波形，通過分別控制所述第一橋式斬波電路（9）和所述第二橋式斬波電路（18）的四個開關管的開斷，使得所述第一橋式斬波電路（9）和所述第二橋式斬波電路（18）工作在升壓、升降壓和降壓三種狀態；所述第一橋式斬波電路（9）和所述第二橋式斬波電路（18）輸出所述穩定電壓VOUT和所述可變電壓VVAR；所述第一電壓反饋電路（10）和所述第二電壓反饋電路（15）將輸出端的電壓經過分壓反饋至所述電壓誤差放大電路（14）。...
【技術特征摘要】
1.一種基于超級電容的電源供應系統，包括充電管理模塊(I)、超級電容(2)、能量檢測模塊(3)、MCU (4)和電源管理模塊(5);所述能量檢測模塊(3)實時檢測所述超級電容(2)當前的電量信息，所述充電管理模塊(I)檢測到無線傳能傳遞的電能時向所述MCU (4)發出信號；所述MCU (4)從所述能量檢測模塊(3)獲取電量信息，當所述電量小于閾值時，所述MCU (4)控制所述充電管理模塊(I)為所述超級電容(2)充電；所述超級電容(2)與所述電源管理模塊(5)相連，其特征在于， 所述MCU (4)集成有無線通信功能，所述電源管理模塊(5)輸出穩定電壓Vott和可變電壓Vvak，所述穩定電壓Votit作為所述MCU (4)的工作電壓，所述可變電壓Vvak為外接用電設備供電；其中， 所述電源管理模塊(5)包括第一橋式斬波電路(5)、第二橋式斬波電路(18)、第一電壓反饋電路(10)、第二電壓反饋電路(15)、PWM邏輯控制電路(12)、時鐘發生電路(13)、電壓誤差放大電路(14)和濾波電路(16)， 可變參考電壓通過Vc端與所述MCU (4)相連，所述MCU (4)輸出占空比可調的波形，波形經過所述濾波電路(16)變為恒定的電壓，作為所述電壓誤差放大電路(14)的可變參考電壓；所述時鐘發生電路(13)為所述PWM邏輯控制電路(12)提供時鐘，所述PWM邏輯控制電路(12)根據時鐘和所述電壓誤差放大電路(14)的信號產生PWM波形，通...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李剛，熊慧，付亞濤，林凌，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：
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