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(shí)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(guò)能量回收單元對(duì)電容CL上電能進(jìn)行回收，其中端口Ctrl是控制整個(gè)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(shí)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(zhǎng)了電池的續(xù)航能力。本實(shí)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)?huì)得到廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)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(shí)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(chǎng)合，電子設(shè)備往往很長(zhǎng)時(shí)間才工作一次。在一次工作結(jié)束后，需要很長(zhǎng)時(shí)間的待機(jī)，然后才進(jìn)行下一次的工作。在待機(jī)過(guò)程中，即使電子設(shè)備被完全關(guān)掉，也因?yàn)槁╇姷拇嬖?，?huì)漏掉一些電流。某些場(chǎng)合，這些累計(jì)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(duì)負(fù)載供電。但這還不能完全解決問(wèn)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(huì)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(chǎng)合，這部分能量甚至?xí)^(guò)相應(yīng)單次正常工作的能量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)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(shí)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(hào)為高電平時(shí)，電源管理器開(kāi)啟工作，能量回收單元被關(guān)掉；當(dāng)Ctrl端口的控制信號(hào)為低電平時(shí)，控制能量回收單元開(kāi)啟工作，電源管理器被關(guān)掉。
[0008]進(jìn)一步的，所述能量回收單元Power Recovery Unit包括:時(shí)序產(chǎn)生器timingGen,電感LI和四個(gè)開(kāi)關(guān)，四個(gè)分別為開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4 ;
[0009]其連接關(guān)系為:
[0010]開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4的控制端均與時(shí)序產(chǎn)生器timing Gen相接；
[0011]開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(fù)載相接；
[0015]時(shí)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(shí)，時(shí)序產(chǎn)生器timing Gen不工作，S1、S2、S3及S4斷開(kāi)；
[0018]當(dāng)Ctrl端口低電平時(shí)，時(shí)序產(chǎn)生器timing Gen工作，產(chǎn)生開(kāi)關(guān)SI?S4的控制信號(hào)，電源控制器的負(fù)載電容CL上的電能經(jīng)電感LI和開(kāi)關(guān)SI?S4被回收到電源管理器的電池E。
[0019]進(jìn)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(kāi)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(kāi)啟；
[0022]整個(gè)能量回收過(guò)程結(jié)束，開(kāi)關(guān)SI?S4都關(guān)斷；
[0023]上述四個(gè)開(kāi)關(guān)中任一開(kāi)關(guān)開(kāi)啟即該開(kāi)關(guān)的第一導(dǎo)通端與其第二導(dǎo)通端連接，任一開(kāi)關(guān)關(guān)斷即該開(kāi)關(guān)的第一導(dǎo)通端與第二導(dǎo)通端斷開(kāi)。
[0024]進(jìn)一步的，該電源管理系統(tǒng)包括電池E、電源管理器Power Manager、負(fù)載電容CL、負(fù)載Load和能量回收單元Power Recovery Unit，且電池E、電源管理器Power Manager、負(fù)載電容CL依次連接，負(fù)載Load與負(fù)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(fù)載點(diǎn)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(shí)，電源管理器Power Manager開(kāi)啟工作，能量回收單元PowerRecovery Unit被關(guān)掉，E的電能經(jīng)過(guò)Power Manager對(duì)Load供給；
[0028]當(dāng)Ctrl低電平時(shí)，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(fù)載電容CL上的電能回收到電池E上；具體的回收過(guò)程為:
[0029]充電階段Tl，S2開(kāi)啟、SI關(guān)斷；負(fù)載電容CL經(jīng)LI及S2對(duì)地形成通路，負(fù)載電容CL對(duì)電感LI預(yù)充電，充電中負(fù)載點(diǎn)VDD電壓下降，負(fù)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(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，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(kāi)啟，負(fù)載電容CL經(jīng)LI及SI對(duì)VE形成通路，電感中的電流減小，在整個(gè)T2過(guò)程，電感LI中的能量轉(zhuǎn)移到電源E，同時(shí)，負(fù)載點(diǎn)VDD電壓也往下降，負(fù)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(shí)，T2結(jié)束；
[0031]T2結(jié)束后S2馬上開(kāi)啟，重復(fù)之前Tl及T2的過(guò)程，直到負(fù)載電容CL上負(fù)載點(diǎn)VDD電壓降低到0，同時(shí)電感電流中電流也為O為止，整個(gè)能量回收過(guò)程結(jié)束，開(kāi)關(guān)SI?S4都關(guān)斷；
[0032]上述負(fù)載電容CL包括電源管理器輸出點(diǎn)的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容；負(fù)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(fù)載點(diǎn)VDD電壓時(shí)，采用如上所述的控制方法，當(dāng)Ctrl高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)SI?S4都關(guān)斷。
[0036]進(jìn)一步的，該電源管理系統(tǒng)包括電池E、電源管理器Power Manager、負(fù)載電容CL、負(fù)載Load和能量回收單元Power Recovery Unit，且電池E、電源管理器Power Manager、負(fù)載電容CL依次連接，負(fù)載Load與負(fù)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(fù)載點(diǎn)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(shí)，電源管理器Power Manager開(kāi)啟工作，能量回收單元PowerRecovery Unit被關(guān)掉，E的電能經(jīng)過(guò)Power Manager對(duì)Load供給；
[0040]當(dāng)Ctrl低電平時(shí)，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(fù)載電容CL上的電能回收到電池E上；具體的回收過(guò)程為:
[0041]充電階段Tl，S4開(kāi)啟、S3關(guān)斷；負(fù)載電容CL經(jīng)LI及S4對(duì)電池E形成通路，負(fù)載電容CL對(duì)電感LI預(yù)充電，充電中負(fù)載點(diǎn)VDD電壓下降，負(fù)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(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，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(kāi)啟，地經(jīng)LI及S3對(duì)VE形成通路，電感中的電流減小，在整個(gè)T2過(guò)程，電感LI中的能量轉(zhuǎn)移到電源E，同時(shí)，負(fù)載點(diǎn)VDD電壓維持不變，當(dāng)電感LI中的電流降低到O時(shí)，T2結(jié)束；
[0043]T2結(jié)束后S4馬上開(kāi)啟，重復(fù)之前Tl及T2的過(guò)程，直到負(fù)載電容CL上負(fù)載點(diǎn)VDD電壓降低到VE為止，此時(shí)時(shí)序產(chǎn)生器timing Gen繼續(xù)控制，直到負(fù)載點(diǎn)VDD電壓降低為0，整個(gè)能量回收過(guò)程結(jié)束，所有開(kāi)關(guān)SI?S4都關(guān)斷；
[0044]上述負(fù)載電容CL包括電源管理器輸出點(diǎn)的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容；負(fù)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(fù)載點(diǎn)VDD電壓時(shí)，采用如上所述的控制方法，當(dāng)Ctrl高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)SI?S4都關(guān)斷ο
[0047]本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)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(zhǎng)了電池的續(xù)航能力。本實(shí)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)?huì)得到廣闊的應(yīng)用前景。

【附圖說(shuō)明】

[0048]圖1為本實(shí)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(shí)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(shí)用新型的VE低于VDD能量回收電路的工作時(shí)序示意圖；
[0051]圖3為VE高于VDD能量回收電路的工作時(shí)序示意圖；
[0052]圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例一 PM對(duì)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(shí)用新型的PM對(duì)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(shí)用新型的實(shí)施例二 PM對(duì)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(shí)用新型的PM對(duì)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(shí)用新型的實(shí)施例三PM對(duì)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(shí)用新型的PM對(duì)應(yīng)BUCK的能量回收工作模式示意圖；
[0061]圖13為本實(shí)用新型的VE低于VDD能量回收電路的工作時(shí)序示意圖；
[0062]圖14為本實(shí)用新型的實(shí)施例四PM對(duì)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(shí)用新型的PM對(duì)應(yīng)BUCK-B00ST的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0065]圖17為本實(shí)用新型的能量回收單元的特殊實(shí)現(xiàn)情況示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0066]圖1-圖16中，開(kāi)關(guān)SI?S4均有三個(gè)口，其中開(kāi)關(guān)SI?S4與時(shí)序產(chǎn)生器timingGen連接的口均為其相應(yīng)的控制端；
[0067]開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(fù)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(shuō)明。
[0072]本實(shí)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(fù)載電容CL、負(fù)載Load、能量回收單元Power Recovery Unit。其中能量回收單元的一種實(shí)現(xiàn)方式如圖2A所示。
[0073]電池E負(fù)責(zé)提供電能。電源管理器Power Manager在Ctrl端口的控制下對(duì)E進(jìn)行管理，輸出合適的電壓電流到負(fù)載Load上。當(dāng)Ctrl高電平時(shí)，電源管理器Power Manager開(kāi)啟工作，E的電能經(jīng)過(guò)Power Manager對(duì)Load供給；當(dāng)Ctrl低電平，電源管理器PowerManager被關(guān)掉，同時(shí)輸出高阻。CL是包括電源管理器輸出點(diǎn)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(fù)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(shí)，能量回收單元被關(guān)掉，其輸出端VE高阻；當(dāng)Ctrl低電平時(shí)，CL上的電能經(jīng)能量回收單元被回收到E。
[0074]對(duì)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(shí)序產(chǎn)生器timing Gen，開(kāi)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(kāi)；當(dāng)Ctrl端口低電平，timing Gen工作，產(chǎn)生SI?S4開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)。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(shí)序產(chǎn)生器，可以不用單獨(dú)的timing Gen而是復(fù)用Power Manager部分的時(shí)序產(chǎn)生器。如圖2所示，圖2B為本實(shí)用新型的VE低于VDD能量回收電路的工作時(shí)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(fù)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(xì)展開(kāi)。詳細(xì)說(shuō)明一下能量回收單元對(duì)電容CL上電能的回收。端口 Ctrl是控制整個(gè)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(shí)序來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型能量回收過(guò)程。能量回收的拓?fù)洳恢挂环N，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(shí)，S3恒斷開(kāi)，S4恒開(kāi)啟。時(shí)序產(chǎn)生電路通過(guò)控制SI及S2的開(kāi)通及關(guān)斷，可以把CL上的能量經(jīng)LI無(wú)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(dòng)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(lái)控制能量回收，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是在整個(gè)回收過(guò)程中，電感中的峰值電流的變化范圍會(huì)比較大，這對(duì)電感LI會(huì)額外有一些要求。動(dòng)態(tài)占空比法，根據(jù)能量回收的情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整占空比，S2的占空比隨回收過(guò)程越來(lái)越大，SI是S2的邏輯反向非交疊信號(hào)。圖3控制策略是電流峰值恒定占動(dòng)態(tài)空比法。
[0077]當(dāng)Ctrl被置低電平，Tl階段，S2開(kāi)啟，SI斷開(kāi)，VDD經(jīng)LI及S2對(duì)地形成通路，VDD對(duì)電感LI預(yù)充電，在這充電過(guò)程，VDD點(diǎn)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(dá)到預(yù)設(shè)值Ip時(shí)，S2關(guān)斷，Tl結(jié)束。T2階段，S2關(guān)斷后，SI非交疊地開(kāi)啟，這樣VDD經(jīng)LI及SI對(duì)VE形成通路，電感中的電流減小，在整個(gè)T2過(guò)程，電感中的能量轉(zhuǎn)移到E，同時(shí)，VDD點(diǎn)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(shí)，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(kāi)啟，重復(fù)之前Tl及T2的過(guò)程。這一過(guò)程一直持續(xù)到CL上VDD的電壓降低到0，同時(shí)電感電流中電流也為O為止，整個(gè)能量回收過(guò)程結(jié)束。所有開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)。
[0078]實(shí)施例一本實(shí)用新型PM對(duì)應(yīng)LDO的實(shí)用例
[0079]結(jié)構(gòu):如圖4所示，PM (power manager)對(duì)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(kāi)用開(kāi)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(duì)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(duì)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(shí)施例二本實(shí)用新型PM對(duì)應(yīng)BUCK的實(shí)用例
[0083]結(jié)構(gòu):如圖7 所示，timing genl、S3、S4、L2 對(duì)應(yīng)的是 Buck 拓?fù)涞?PM，timing Gen、S1、S2、L1對(duì)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(jiǎn)化成圖7結(jié)構(gòu)。
[0084]原理:Ctrl接高電平，實(shí)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(duì)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(shí)施例三本實(shí)用新型PM對(duì)應(yīng)BOOST的實(shí)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(gè)開(kāi)關(guān)管都使用。
[0088]原理:Ctrl接高電平，對(duì)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(jiàn)圖11。
[0089]Ctrl接低電平對(duì)應(yīng)的是VE小于VDD的能量回收工作模式。具體見(jiàn)圖12.結(jié)合圖13的時(shí)序來(lái)說(shuō)明其工作原理。當(dāng)VE低于VDD時(shí)，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(kāi)啟，S3斷開(kāi)，VDD經(jīng)LI及S4對(duì)VE形成通路，VDD對(duì)電感LI預(yù)充電，在這充電過(guò)程，VDD點(diǎn)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(dá)到預(yù)設(shè)值Ip時(shí)，S4關(guān)斷，Tl結(jié)束。T2階段，S4關(guān)斷后，S3非交疊地開(kāi)啟，這樣地經(jīng)LI及S3對(duì)VE形成通路，電感中的電流減小，在整個(gè)T2過(guò)程，電感中的能量轉(zhuǎn)移到E，同時(shí)，VDD點(diǎn)的電位維持不變。當(dāng)電感中的電流降低到O時(shí)，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(kāi)啟，重復(fù)之前Tl及T2的過(guò)程。這一過(guò)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(shí)，可以采用之前的圖3的timing來(lái)控制，直至VDD降低到0，完成所有能量的回收。然后所有開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)。
[0092]本實(shí)用新型PM對(duì)應(yīng)BUCK-B00ST的實(shí)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(jiàn)圖15.
[0095]如圖16，Ctrl接低電平，配置成能量回收模式。因?yàn)锽uck-boost拓?fù)?，VE可能比VDD大，也可能比VE比VDD小。當(dāng)VE比VDD大，timing對(duì)應(yīng)圖3，當(dāng)VE比VDD小，timing對(duì)應(yīng)圖13.原理不重復(fù)描述。
[0096]當(dāng)VE比較低的時(shí)候，同時(shí)當(dāng)CL上能量回收導(dǎo)致VDD比VE還要低的時(shí)候，此時(shí)開(kāi)關(guān)SI及S2由于VE的低電壓，打開(kāi)不是那么充分，這會(huì)影響回收能量的效率，為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要在驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管SI及S2時(shí)加上自舉電路來(lái)提供驅(qū)動(dòng)電壓。結(jié)構(gòu)如圖16所示。
[0097]惟以上所述者，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，舉凡熟悉此項(xiàng)技藝的專業(yè)人士。在了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段之后，自然能依據(jù)實(shí)際的需要，在本實(shí)用新型的教導(dǎo)下加以變化。因此凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍所作的同等變化與修飾，都應(yīng)仍屬本實(shí)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(hào)為高電平時(shí)，電源管理器開(kāi)啟工作，能量回收單元被關(guān)掉；當(dāng)Ctrl端口的控制信號(hào)為低電平時(shí)，控制能量回收單元開(kāi)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(shí)序產(chǎn)生器timing Gen、電感LI和四個(gè)開(kāi)關(guān)，四個(gè)分別為開(kāi)關(guān)31、開(kāi)關(guān)32、開(kāi)關(guān)33、開(kāi)關(guān)34 ； 其連接關(guān)系為: 開(kāi)關(guān)S1、開(kāi)關(guān)S2、開(kāi)關(guān)S3、開(kāi)關(guān)S4的控制端均與時(shí)序產(chǎn)生器timing Gen相接； 開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(fù)載相接； 時(shí)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(shí)，時(shí)序產(chǎn)生器timing Gen不工作，S1、S2、S3及S4斷開(kāi)； 當(dāng)Ctrl端口低電平時(shí)，時(shí)序產(chǎn)生器timing Gen工作，產(chǎn)生開(kāi)關(guān)SI?S4的控制信號(hào)，電源控制器的負(fù)載電容CL上的電能經(jīng)電感LI和開(kāi)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(kāi)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(kāi)啟； 整個(gè)能量回收過(guò)程結(jié)束，開(kāi)關(guān)SI?S4都關(guān)斷； 上述四個(gè)開(kāi)關(guān)中任一開(kāi)關(guān)開(kāi)啟即該開(kāi)關(guān)的第一導(dǎo)通端與其第二導(dǎo)通端連接，任一開(kāi)關(guān)關(guān)斷即該開(kāi)關(guān)的第一導(dǎo)通端與第二導(dǎo)通端斷開(kāi)。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(fù)載電容CL、負(fù)載Load和能量回收單元Power Recovery Unit，且電池E、電源管理器Power Manager、負(fù)載電容CL依次連接，負(fù)載Load與負(fù)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(fù)載點(diǎn)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(shí)，電源管理器Power Manager開(kāi)啟工作，能量回收單元PowerRecovery Unit被關(guān)掉，E的電能經(jīng)過(guò)Power Manager對(duì)Load供給； 當(dāng)Ctrl低電平時(shí)，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(fù)載電容CL上的電能回收到電池E上；具體的回收過(guò)程為: 充電階段Tl，S2開(kāi)啟、SI關(guān)斷；負(fù)載電容CL經(jīng)LI及S2對(duì)地形成通路，負(fù)載電容CL對(duì)電感LI預(yù)充電，充電中負(fù)載點(diǎn)VDD電壓下降，負(fù)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(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，S2關(guān)斷，Tl結(jié)束； 放電階段T2，S2關(guān)斷后SI非交疊地開(kāi)啟，負(fù)載電容CL經(jīng)LI及SI對(duì)VE形成通路，電感中的電流減小，在整個(gè)T2過(guò)程，電感LI中的能量轉(zhuǎn)移到電源E，同時(shí)，負(fù)載點(diǎn)VDD電壓也往下降，負(fù)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(shí)，T2結(jié)束； T2結(jié)束后S2馬上開(kāi)啟，重復(fù)之前Tl及T2的過(guò)程，直到負(fù)載電容CL上負(fù)載點(diǎn)VDD電壓降低到0，同時(shí)電感電流中電流也為O為止，整個(gè)能量回收過(guò)程結(jié)束，開(kāi)關(guān)SI?S4都關(guān)斷；上述負(fù)載電容CL包括電源管理器輸出點(diǎn)的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容；負(fù)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(fù)載電容CL、負(fù)載Load和能量回收單元Power Recovery Unit，且電池E、電源管理器Power Manager、負(fù)載電容CL依次連接，負(fù)載Load與負(fù)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(fù)載點(diǎn)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(shí)，電源管理器Power Manager開(kāi)啟工作，能量回收單元PowerRecovery Unit被關(guān)掉，E的電能經(jīng)過(guò)Power Manager對(duì)Load供給； 當(dāng)Ctrl低電平時(shí)，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(fù)載電容CL上的電能回收到電池E上；具體的回收過(guò)程為: 充電階段Tl，S4開(kāi)啟、S3關(guān)斷；負(fù)載電容CL經(jīng)LI及S4對(duì)電池E形成通路，負(fù)載電容CL對(duì)電感LI預(yù)充電，充電中負(fù)載點(diǎn)VDD電壓下降，負(fù)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(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，S4關(guān)斷，Tl結(jié)束； 放電階段T2，S4關(guān)斷后S3非交疊地開(kāi)啟，地經(jīng)LI及S3對(duì)VE形成通路，電感中的電流減小，在整個(gè)T2過(guò)程，電感LI中的能量轉(zhuǎn)移到電源E，同時(shí)，負(fù)載點(diǎn)VDD電壓維持不變，當(dāng)電感LI中的電流降低到O時(shí)，T2結(jié)束； T2結(jié)束后S4馬上開(kāi)啟，重復(fù)之前Tl及T2的過(guò)程，直到負(fù)載電容CL上負(fù)載點(diǎn)VDD電壓降低到VE為止，此時(shí)時(shí)序產(chǎn)生器timing Gen繼續(xù)控制，直到負(fù)載點(diǎn)VDD電壓降低為0，整個(gè)能量回收過(guò)程結(jié)束，所有開(kāi)關(guān)SI?S4都關(guān)斷； 上述負(fù)載電容CL包括電源管理器輸出點(diǎn)的去耦電容、輸出端寄生電容及電路內(nèi)部寄生電容；負(fù)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(fù)載點(diǎn)VDD電壓時(shí)，采用如權(quán)利要求7所述的回收過(guò)程，當(dāng)Ctrl高電平時(shí)，開(kāi)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(fù)載點(diǎn)VDD電壓時(shí)，采用如權(quán)利要求4所述的回收過(guò)程，當(dāng)Ctrl高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)SI?S4都關(guān)斷。
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