一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統和方法與流程

本發明具體涉及一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統和方法。

背景技術：

目前，無線傳感器因其安裝簡單方便，成本低廉，因而得到廣泛應用。由于其常用于野外，供電常采用太陽能電池供電或采用一次性電池供電。現在電池的發展越來越趨向體積小、重量輕、容量大、自放電率低的可充電鋰電池和一次性使用的鋰亞電池等類型品種。對于既可兼容太陽能充電電池和一次電池供電電源，又能充分利用電池能量，提高產品的工程應用環境兼容性，延長維護周期，降低傳感器制造成本和使用維護成本問題，不同廠商有不同的解決方案。

無線傳感器常安裝于野外，常采用太陽能電池供電或采用一次性電池供電。現在電池的發展越來越趨向體積小、重量輕、容量大、自放電率低的可充電鋰電池和一次性使用的鋰亞電池等類型品種。對于太陽能充電電池，如果容量相對較小，遇到長時間陰雨天氣，可能導致電池能量不夠用。這個解決方法一般是增大電池容量，增加太陽能板功率，就能解決，但帶來了成本的增加，體積的增大。對于一次性電池，如果電池使用時間不夠長，更換電池人力成本較高。一般解決方法同樣是增加電池容量，也會帶來了成本的增加。因此如果能在低成本情況下盡可能充分利用電池能量，延長持續工作時間，最終就能減小體積，降低生產成本或使用維護成本。

無線傳感器因需要進行數據采集、無線通信等，供電電壓一般要求在3.0～3.6V之間，在測量、信息發送期間的可靠工作電流需要在300mA以上。目前，可充電鋰電池電壓范圍較寬，對于單節3.6V的可充電鋰電池一般釋放電壓在4.2～2.75V之間；而單節3.6V一次性鋰亞電池在常溫下釋放電壓較為恒定，但當溫度降低時，其輸出電壓隨之降低，在300mA電流釋放下，在-40～80℃溫度范圍內，輸出電壓一般在3.7～2.9V之間。

要充分利用電池中儲存的電能量，又能提供穩定的電壓輸出，一種方法是采用低壓降的LDO來實現。目前比較優秀的LDO電源靜態功耗低至典型值15uA以下，但均有一定的壓降，具備300mA輸出能力的低壓降的LDO壓降在0.2～0.4V以上，并不能充分利用電池能量，而且可能導致在電池正常輸出電壓范圍內，無線傳感器就不能正常工作了；另一種方法是Buck-Boost DC/DC器件，使電源電壓輸出為穩定到一定的電壓值范圍內，但這種器件目前靜態功耗在40uA以上，對于無線傳感器來說，其功耗太大，無法實現總功耗控制。

在兼容鋰電池、鋰亞電池、干電池、鉛酸電池等多種電源供電的無線傳感器的電源管理器件方面，目前市場上已有的低功耗低壓降LDO或在300mA輸出狀態下，其壓降在0.2～0.4V以上。這類LDO靜態功耗能做到很低，并且能輸出uA級的系統維持電流，有的芯片已做到典型值在15uA以下。但是其壓降的存在，當電源電壓大于3.6V以上時，輸出電流能達到正常輸出值，當電源電壓低于3.6V時，其輸出電流會減小，輸入電源電壓越低，輸出電流越小，不僅不能充分利用電池能量，而且可導致在電池正常輸出電壓范圍內時，無線傳感器不正能正常測量或出現通信不可靠。比如單節3.6V一次性鋰亞電池，當溫度降低時，其輸出電壓隨之降低，在輸出300mA電流狀態下，溫度降到-40℃時，輸出電壓降到3.0V左右，再經過低壓降LDO，其輸出電壓低于2.8V以下，并且輸出電流達不到無線傳感器系統工作電流需求；無線傳感器因需要進行數據采集、無線通信等，供電電壓一般要求在3.0～3.6V之間；因此當溫度較低時，采樣低功耗低壓降LDO進行電壓轉換供電，可導致無線傳感器不能正常工作。另一種方法是使用Buck-Boost DC/DC器件，使電源電壓輸出為一定的電壓值，如3.3V，但其功耗大，工作功耗大于5mA，電源輸出極輕負載下(uA級)的靜態功耗都在40uA以上，對于無線傳感器，其占用的靜態功耗比重太大，不適合無線傳感器應用場景。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提出一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統和方法，在低功耗LDO前增加電源路徑控制模塊的電源管理方法，使無線傳感器電源不僅具有大輸出電流，而且滿足低功耗、低壓降要求，能充分利用電池電能量，還能兼容多種供電電源的應用場景。

實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統，包括順次連接的防反接模塊、低壓保護模塊、電源路徑控制模塊、節能控制和電池電壓檢測模塊；

所述防反接模塊用于與輸入電源相連，當輸入電源正接時，防反接模塊輸出電源電壓信號；

所述低壓保護模塊對防反接模塊輸出的電源電壓信號和設定的閾值電壓進行比較，當電源電壓信號大于或者等于閥值電壓時，低壓保護模塊輸出電源電壓信號；

所述電源路徑控制模塊包括直通濾波輸出電路和LDO穩壓輸出電路，當低壓保護模塊輸出的電源電壓信號大于無線傳感器工作要求最大值時，此電源電壓信號經過LDO穩壓輸出電路輸出后給無線傳感器供電；當低壓保護模塊輸出的電源電壓信號小于或者等于無線傳感器工作要求最大值時，此電源電壓信號經過直通濾波輸出電路后直接給無線傳感器供電；

所述節能控制和電池電壓檢測模塊采用多路徑供電控制，其包括直通供電電路和多個可控供電電路，直通供電電路用于為無線傳感器的微控制器MCU供電，可控供電電路可分別用于為通信電路、測量電路和電池電量檢測電路供電，可控供電電路由微控制器MCU發出控制信號選通。

所述防反接模塊包括第一場效應管Q1，第一場效應管Q1的輸入端用于與輸入電源相連，確保電源正接。

所述低壓保護模塊包括第一支路、第二支路、第三遲滯器U3、第二場效應管Q2；所述第一支路包括第一分壓電阻R1和第四分壓電阻R4，第一分壓電阻R1和第四分壓電阻R4的其中一端分別與防反接模塊相連，第一分壓電阻R1和第四分壓電阻R4的另一端相連后接入到第三遲滯器U3的反相輸入端；所述第二支路包括限流電阻R2和穩壓二極管ZD1，限流電阻R2的其中一端和穩壓二極管ZD1的正極分別與防反接模塊相連，限流電阻R2的另一端和穩壓二極管ZD1的負極相連后接入到第三遲滯器U3的正相輸入端；第三遲滯器U3的輸出端與第二場效應管Q2的柵極相連，當防反接模塊輸出的電源電壓信號低于設定閥值時，第三遲滯器U3輸出高電平信號，使得VGS_Q2＝0V，第二場效應管Q2截止；當防反接模塊輸出的電源電壓高于設定閥值時，遲滯器U3輸出低電平信號，使得VGS_Q2＝-Vin，第二場效應管Q2導通，并輸出電源電壓信號到電源路徑控制模塊。

所述電源路徑控制模塊包括直通濾波輸出電路和LDO穩壓輸出電路，直通濾波輸出電路和LDO穩壓輸出電路共用第三分壓電阻R3、第五分壓電阻R5、第二遲滯比較器U2，第三分壓電阻R3和第五分壓電阻R5將低壓保護模塊輸出的電源電壓信號輸入到第二遲滯比較器U2的反相輸入端，第二遲滯比較器U2的正相輸入端與第三遲滯比較器U3的正相輸入端相連；直通濾波輸出電路還包括順次連接的反相器電路、第四場效應管Q4和LC濾波電路，反相器電路由第五場效應管Q5和第六場效應管Q6構成，反相器電路的輸入端與第二遲滯比較器U2的輸出端相連，反相器電路的輸出端控制第四場效應管Q4的通斷；所述LC濾波電路的輸出端用于與節能控制和電池電壓檢測模塊相連；所述LDO穩壓輸出電路還包括順次相連的第三場效應管Q3和LDO穩壓器U1，第三場效應管Q3的柵極與第二遲滯比較器U2的輸出端相連，LDO穩壓器U1的輸出端用于與節能控制和電池電壓檢測模塊相連；當低壓保護模塊輸出的電源電壓信號大于無線傳感器工作要求最大值(VCCmax)時，第二遲滯比較器U2輸出低電平信號，使得VGS_Q3＝-Vin，第三場效應管Q3導通，電源電壓信號經過LDO穩壓U1輸出電路輸出后給無線傳感器供電，同時，使得反相器電路第五場效應管Q5的VGS_Q5＝-Vin，第五場效應管Q5導通，第六場效應管Q6的VGS_Q6＝0，第六場效應管Q6截止，反相器輸出高電平信號，使得直通濾波輸出電路第四場效應管Q4的VGS_Q4＝0，Q4關閉；當低壓保護模塊輸出的電源電壓信號小于或者等于無線傳感器工作要求最大值(VCCmax)時，第二遲滯比較器U2輸出高電平信號，使得VGS_Q3＝0，第三場效應管Q3截止，同時，使得反相器電路第五場效應管Q5的VGS_Q5＝0，Q5截止，第六場效應管Q6的VGS_Q6＝Vin，第六場效應管Q6導通，反相器輸出低電平信號，使得直通濾波輸出電路第四場效應管Q4的VGS_Q4＝-Vin，第四場效應管Q4導通，電源電壓信號經過濾波電路后直接給無線傳感器供電。

所述節能控制和電池電壓檢測模塊的直通供電電路為導線，直通供電電路的其中一端與電源路徑控制模塊相連，另一端用于與無線傳感器的微控制器MCU相連，用于為無線傳感器的微控制器MCU供電；

所述可控供電電路包括一個場效應管，場效應管的柵極與無線傳感器的微控制器MCU相連，微控制器MCU產生控制信號來控制場效應管的通斷，場效應管的源極與電源路徑控制模塊相連。

一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統的管理方法，包括以下步驟：

步驟一：將電源電壓信號輸入到防反接模塊，當防反接模塊檢測到電源為正接時導通，并輸出電源電壓信號；

步驟二：低壓保護模塊對防反接模塊輸出的電源電壓信號和設定的閾值電壓進行比較，當防反接模塊輸出的電源電壓信號大于或者等于閥值電壓時，低壓保護模塊輸出電源電壓信號；

步驟三：判斷低壓保護模塊輸出電源電壓信號與無線傳感器工作要求值的關系，當檢測到低壓保護模塊輸出的電源電壓信號大于無線傳感器工作要求最大值時，此電源電壓信號經過電源路徑控制模塊中的LDO穩壓輸出電路輸出，當檢測到低壓保護模塊輸出的電源電壓信號小于或者等于無線傳感器工作要求最大值時，此電源電壓信號經過電源路徑控制模塊中直通濾波輸出電路濾波后直接給無線傳感器供電；

步驟四：節能控制和電池電壓檢測模塊接收電源路徑控制模塊輸出的電壓信號，節能控制和電池電壓檢測模塊中的直通供電電路用于為無線傳感器的微控制器MCU供電，節能控制和電池電壓檢測模塊中的可控供電電路可分別用于為通信電路、測量電路和電池電量檢測電路供電，可控供電電路由微控制器MCU發出控制信號選通。

所述步驟二中的設定的閾值電壓為傳感器電源電壓最小值。

所述防反接模塊包括第一場效應管Q1，第一場效應管Q1的輸入端用于與電源相連，確保電源正接。

所述電源路徑控制模塊包括直通濾波輸出電路和LDO穩壓輸出電路，直通濾波輸出電路和LDO穩壓輸出電路共用第三分壓電阻R3、第五分壓電阻R5、第二遲滯比較器U2，第三分壓電阻R3和第五分壓電阻R5將低壓保護模塊輸出的電源電壓信號輸入到第二遲滯比較器U2的反相輸入端，第二遲滯比較器U2的正相輸入端與第三遲滯比較器U3的正相輸入端相連；直通濾波輸出電路還包括順次連接的反相器電路、第四場效應管Q4和LC濾波電路，反相器電路由第五場效應管Q5和第六場效應管Q6構成，反相器電路的輸入端與第二遲滯比較器U2的輸出端相連，反相器電路的輸出端控制第四場效應管Q4的通斷；所述LDO穩壓輸出電路還包括順次相連的第三場效應管Q3和LDO穩壓器U1，第三場效應管Q3的柵極與第二遲滯比較器U2的輸出端相連，LDO穩壓器U1的輸出端用于與節能控制和電池電壓檢測模塊相連。

所述節能控制和電池電壓檢測模塊的直通供電電路為導線，直通供電電路的其中一端與電源路徑控制模塊相連，另一端用于與無線傳感器的微控制器MCU相連，用于為無線傳感器的微控制器MCU供電；

所述可控供電電路包括一個場效應管，場效應管的柵極與無線傳感器的微控制器MCU相連，微控制器MCU產生控制信號來控制場效應管的通斷，場效應管的源極與電源路徑控制模塊相連。

本發明的有益效果：

本發明提出一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統和方法，進行分級保護和路徑控制，其在常規穩壓電路中增加一個電源路徑控制電路，當電源電壓高于設定閥值(如3.6V)，將電源切換到常規穩壓電路一側；當電源電壓低于設定閥值(如3.6V)，將電源切換到直通供電一側，直接給設備供電，壓降極低，僅為毫伏級。從而能夠實現當電池電壓降低到3.3V及以下時，設備仍能正常工作，能充分利用電池的能量。同時，其能夠兼容輸出電壓在3～6V之間的各類電池供電的電源使用環境，大大提高設備的應用環境適應能力。同時其采用設備供電路徑控制，常在線的設備直通供電，其余設備僅在需要工作時短暫供電，最大化節能，延遲電池供電周期。

附圖說明

圖1為本發明一種實施例的多級多路徑的無線傳感器電源管理方法示意圖。

圖2為本發明一種實施例的結構示意圖；

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細的描述。

本發明的一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統及方法，其針對采用電池供電，特別是鋰電池類電池供電的無線傳感器進行設計，電源系統具有低功耗、低壓降、大負載能力等特性。采用多級控制方法實現反接保護、低壓保護、穩壓控制、節能控制、電池電量檢測等功能；采用多路徑控制方法，實現低壓降穩壓功能和節能管理功能，達到能夠兼容多種電池(如鋰電池、鋰亞電池、干電池、鉛酸電池等)供電，達到充分利用電池電能之目的。

本發明在低功耗LDO穩壓器前增加電源路徑控制模塊，當無線傳感器的電池電壓低于要求值(3.6V)時，不再經過穩壓芯片，無壓降直接給無線傳感器供電，實現電源輸出電壓在3.0-3.6V之間的目的，并能充分利用電池電能量。

如圖2所示，一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統，采用4級級聯和2級多路徑控制方法，包括順次連接的防反接模塊、低壓保護模塊、電源路徑控制模塊、節能控制和電池電壓檢測模塊；

所述防反接模塊用于與輸入電源相連，檢測輸入電源的極性，當輸入電源正接時，防反接模塊輸出電源電壓信號；

所述低壓保護模塊用于進行最低輸入電壓控制，對防反接模塊輸出的電源電壓信號和設定的閾值電壓進行比較，當電源電壓信號大于或者等于閥值電壓時，低壓保護模塊輸出電源電壓信號；當輸入電源電壓小于閾值電壓時，低壓保護模塊不導通，能夠防止電池電壓降得過低不穩定工作狀態出現，并且還可以保護電池過度放電；

所述電源路徑控制模塊包括直通濾波輸出電路和LDO穩壓輸出電路(共2條電流路徑)，當低壓保護模塊輸出的電源電壓信號大于無線傳感器工作要求最大值時，此電源電壓信號經過LDO穩壓輸出電路輸出，當低壓保護模塊輸出的電源電壓信號小于或者等于無線傳感器工作要求最大值時，此電源電壓信號經過直通濾波輸出電路濾波后直接給無線傳感器供電；用于進行電源電壓穩定和調節控制，使輸出的電源電壓信號穩定在規定值范圍內，并且實現低壓降、大負載能力輸出；

所述節能控制和電池電壓檢測模塊采用多路徑供電控制，其包括直通供電電路和多個可控供電電路，直通供電電路用于為無線傳感器的微控制器MCU供電，可控供電電路可分別用于為通信電路、測量電路和電池電量檢測電路供電，可控供電電路由微控制器MCU發出控制信號(優選為低電平信號)選通，可控供電電路僅在需要工作時由微控制器MCU發出低電平信號，開通相關可控供電電路，達到最大化節能的目的。在本發明的一種實施例中，所述節能控制和電池電壓檢測模塊包括一個直通供電電路和兩個可控供電電路，形成3條電流路徑。優選地，直通供電電路還可以用于為無線傳感器的其他常在線設備供電；可控供電電路還可以用于為無線傳感器的其他不常在線設備供電。

所述防反接模塊包括第一場效應管Q1，第一場效應管Q1的輸入端用于與電源相連，確保電源正接。優選地，第一場效應管Q1為PMOS場效應管，其柵極與輸入電源的負極相連，第一場效應管Q1的源極與輸入電源的正極相連，進行電源反向保護控制，當電源極性接反時(即Vin<Gnd)，第一場效應管Q1截止，阻斷電路導通，輸入電源無法給無線傳感器供電，當輸入電源接入極性正確時(即Vin>Gnd)，第一場效應管Q1導通，允許輸入電源輸出到下一級電路，達到保護內部電路的目的，具體見圖1。

優選地，所述低壓保護模塊包括第一支路、第二支路、第三遲滯器U3、第二場效應管Q2；所述第一支路包括第一分壓電阻R1和第四分壓電阻R4，第一分壓電阻R1和第四分壓電阻R4的其中一端分別與防反接模塊相連(優選地，第一分壓電阻R1和第四分壓電阻R4的其中一端分別與第一場效應管Q1的柵極和漏極相連)，第一分壓電阻R1和第四分壓電阻R4的另一端相連后接入到第三遲滯器U3的反相輸入端；所述第二支路包括限流電阻R2和穩壓二極管ZD1，限流電阻R2的其中一端和穩壓二極管ZD1的正極分別與防反接模塊相連(優選地，限流電阻R2的其中一端和穩壓二極管ZD1的正極分別與第一場效應管Q1的柵極和漏極相連)，限流電阻R2的另一端和穩壓二極管ZD1的負極相連后接入到第三遲滯器U3的正相輸入端；第三遲滯器U3的輸出端與第二場效應管Q2的柵極相連，當低壓保護模塊輸出的電源電壓信號低于設定閥值時，第三遲滯器U3輸出高電平信號，使VGS_Q2＝0V，第二場效應管Q2截止；當低壓保護模塊輸出的電源電壓高于設定閥值時，遲滯器U2輸出低電平信號，VGS_Q2＝-Vin，第二場效應管Q2導通，并輸出電源電壓信號到電源路徑控制模塊，用于給設備供電。

優選地，所述電源路徑控制模塊包括直通濾波輸出電路(路徑32)和LDO穩壓輸出電路(路徑31)，直通濾波輸出電路和LDO穩壓輸出電路共用第三分壓電阻R3、第五分壓電阻R5、第二遲滯比較器U2，第三分壓電阻R3和第五分壓電阻R5將低壓保護模塊輸出的電源電壓信號輸入到第二遲滯比較器U2的反相輸入端(即第三分壓電阻R3和第五分壓電阻R5串聯形成串聯電路后，串聯電路的兩端分別與第二場效應管Q2的漏極和穩壓二極管ZD1的正極相連)，第二遲滯比較器U2的正相輸入端與第三遲滯比較器U3的正相輸入端相連；直通濾波輸出電路還包括順次連接的反相器電路、第四場效應管Q4和LC濾波電路，反相器電路由第五場效應管Q5(優選為PMOS管)和第六場效應管Q6(優選為NMOS管)構成，其中，Q5和Q6的柵極均與U2的輸出端相連，Q5和Q6的漏極相連，Q5的源極與Q2的漏極相連，Q6的源極與ZD1的正極相連，反相器電路的輸入端與第二遲滯比較器U2的輸出端相連，反相器電路的輸出端控制第四場效應管Q4的通斷，當反向器電路輸出高電平時，第四場效應管Q4截止，當反向器電路輸出低電平時，第四場效應管Q4導通，此路徑壓降極低，負載能力強，使電源輸出電壓穩定在規定值之內，同時具備較大電流輸出能力，滿足無線傳感器正常工作電流需求；所述LDO穩壓輸出電路還包括順次相連的第三場效應管Q3和LDO穩壓器U1，第三場效應管Q3的柵極與第二遲滯比較器U2的輸出端相連，LDO穩壓器U1的輸出端用于與節能控制和電池電壓檢測模塊相連。當低壓保護模塊輸出的電源電壓信號大于無線傳感器工作要求最大值(VCCmax)時，第二遲滯比較器U2輸出低電平信號，使得VGS_Q3＝-Vin，第三場效應管Q3導通，電源電壓信號經過LDO穩壓U1輸出電路輸出后給無線傳感器供電，同時，使得反相器電路第五場效應管Q5的VGS_Q5＝-Vin，第五場效應管Q5導通，第六場效應管Q6的VGS_Q6＝0，第六場效應管Q6截止，反相器輸出高電平信號，使得直通濾波輸出電路第四場效應管Q4的VGS_Q4＝0，Q4關閉；當低壓保護模塊輸出的電源電壓信號小于或者等于無線傳感器工作要求最大值(VCCmax)時，第二遲滯比較器U2輸出高電平信號，使得VGS_Q3＝0，第三場效應管Q3截止，同時，使得反相器電路第五場效應管Q5的VGS_Q5＝0，Q5截止，第六場效應管Q6的VGS_Q6＝Vin，第六場效應管Q6導通，反相器輸出低電平信號，使得直通濾波輸出電路第四場效應管Q4的VGS_Q4＝-Vin，第四場效應管Q4導通，電源電壓信號經過濾波電路后直接給無線傳感器供電。

優選地，所述節能控制和電池電壓檢測模塊的直通供電電路為導線，直通供電電路的其中一端與電源路徑控制模塊相連，另一端用于與無線傳感器的微控制器MCU相連，用于為無線傳感器的微控制器MCU供電；

優選地，所述可控供電電路包括一個場效應管，場效應管的柵極與無線傳感器的微控制器MCU相連，微控制器MCU產生控制信號來控制場效應管的通斷。

一種基于多級多路徑控制的無線傳感器電源管理系統的管理方法，包括以下步驟：

步驟一：將電源電壓信號輸入到防反接模塊，當防反接模塊檢測到電源為正接時導通，并輸出電源電壓信號；

步驟二：低壓保護模塊對防反接模塊輸出的電源電壓信號和設定的閾值電壓進行比較，當防反接模塊輸出的電源電壓信號大于或者等于閥值電壓時，低壓保護模塊輸出電源電壓信號；

步驟三：判斷低壓保護模塊輸出電源電壓信號與無線傳感器工作要求值的關系，當檢測到低壓保護模塊輸出的電源電壓信號大于無線傳感器工作要求值時，此電源電壓信號經過電源路徑控制模塊中的LDO穩壓輸出電路輸出，當檢測到低壓保護模塊輸出的電源電壓信號小于或者等于無線傳感器工作要求值時，此電源電壓信號經過電源路徑控制模塊中直通濾波輸出電路濾波后直接給無線傳感器供電；

步驟四：節能控制和電池電壓檢測模塊接收電源路徑控制模塊輸出的電壓信號，節能控制和電池電壓檢測模塊中的直通供電電路用于為無線傳感器的微控制器MCU供電，節能控制和電池電壓檢測模塊中的可控供電電路可分別用于為通信電路、測量電路和電池電量檢測電路供電，可控供電電路由微控制器MCU發出控制信號(低電平信號)選通。

優選地，所述步驟二中的設定的閾值電壓為傳感器電源最小值，在本發明的一種實施例中，傳感器電源最小值為3V。

優選地，所述防反接模塊包括第一場效應管Q1，第一場效應管Q1的輸入端用于與電源相連，確保電源正接。

優選地，所述電源路徑控制模塊包括直通濾波輸出電路和LDO穩壓輸出電路，直通濾波輸出電路和LDO穩壓輸出電路共用第三分壓電阻R3、第五分壓電阻R5、第二遲滯比較器U2，第三分壓電阻R3和第五分壓電阻R5將低壓保護模塊輸出的電源電壓信號輸入到第二遲滯比較器U2的反相輸入端，第二遲滯比較器U2的正相輸入端與第三遲滯比較器U3的正相輸入端相連；直通濾波輸出電路還包括順次連接的反相器電路、第四場效應管Q4和LC濾波電路，反相器電路由第五場效應管Q5和第六場效應管Q6構成，反相器電路的輸入端與第二遲滯比較器U2的輸出端相連，反相器電路的輸出端控制第四場效應管Q4的通斷，當反向器電路輸出高電平時，第四場效應管Q4截止，當反向器電路輸出低電平時，第四場效應管Q4導通；所述LDO穩壓輸出電路還包括順次相連的第三場效應管Q3和LDO穩壓器U1，第三場效應管Q3的柵極與第二遲滯比較器U2的輸出端相連，LDO穩壓器U1的輸出端用于與節能控制和電池電壓檢測模塊相連。

優選地，所述節能控制和電池電壓檢測模塊的直通供電電路為導線，直通供電電路的其中一端與電源路徑控制模塊相連，另一端用于與無線傳感器的微控制器MCU相連，用于為無線傳感器的微控制器MCU供電；

優選地，所述可控供電電路包括一個場效應管，場效應管的柵極與無線傳感器的微控制器MCU相連，微控制器MCU產生控制信號來控制場效應管的通斷。

實施例1

本實施例的具體實施電路如圖1和2所示。圖1中，第I級、第II級、第III級和第IV級分別代表防反接模塊、低壓保護模塊、電源路徑控制模塊、節能控制和電池電壓檢測模塊。

在本實例中能實現兼容輸3.6V可充電鋰電池、4節干電池串接或3.6V理亞電池等電池供電情況，電源電壓要求在3～3.6V之間，最大負載電流為300mA的無線傳感器電源管理。

在圖1中，防反接模塊由Q1構成，其輸出與低壓保護模塊的輸入相連。其利用功率型PMOS場效應管的VGS_Q1<0V導通的特性；當輸入電源接線正常時，VGS_Q1＝-Vin，Q1導通，電源電壓信號經Q1后直接給低壓保護模塊供電；當輸入電源接反時，VGS_Q1＝Vin，因而Q1無法導通，處于關閉狀態，起到保護內部電路作用。

低壓保護模塊由第三遲滯器U3、第二場效應管Q2、第一分壓電阻R1、第四分壓電阻R4、限流電阻R2、穩壓二極管ZD1構成，穩壓二極管ZD1提供基準電壓，當電源電壓信號低于設定閥值3V時，遲滯比較器U3輸出高電平信號(電平與輸入電壓一致)，使VGS_Q2＝0V，功率型PMOS場效應管Q2截止，避免電源電壓過低，無線傳感器工作不穩定狀態出現，同時可保護電池不過度放電；當電源電壓信號高于設定閥值3V時，遲滯比較器U3輸出低電平信號，VGS_Q2＝-Vin，功率型PMOS場效應管Q2導通，輸出電源電壓信號給電源路徑控制模塊，可以給設備供電。為避免在臨界電壓點出現不穩定關斷或開通，遲滯比較器U3的遲滯電壓設置為50mV。

第III級的電源路徑控制模塊由第三分壓電阻R3、第五分壓電阻R5、第二遲滯比較器U2、第四場效應管Q4、第三場效應管Q3、電感L1、電容C1～C6及二極管D1構成2條電流路徑控制及穩壓電路。當電源電壓高于3.6V時，遲滯比較器U2輸出低電平信號，VGS_Q3＝-Vin，控制第三場效應管Q3導通，電源經LDO穩壓路徑(路徑31)給LDO穩壓后給無線傳感器供電，與此同時，第二遲滯比較器U2輸出低電平信號經Q5、Q6組成的反向器輸出高電平，第四場效應管Q4關斷，切斷電源直通路徑(路徑32)；當電源電壓低于3.6V，遲滯比較器U2輸出高電平信號，控制第三場效應管Q3關閉，斷開LDO穩壓路徑(路徑31)，第二遲滯比較器U2輸出高電平信號經Q5、Q6組成的反向輸出低電平信號，第四場效應管Q4導通，電源經直通路徑(路徑32)流經L1、C5與C6組成的π型結構濾波電路，濾波后，直接給無線傳感器供電，此路徑電源壓降很低，小于10mV，并且輸出電流較大(僅受功率型PMOS場效應管最大電流限制，一般都在幾安培以上，遠遠大于系統電流需求)。在電源路徑控制模塊中，將遲滯比較器U2的遲滯電壓設置為50mV，避免電源電壓降到零界點，電流路徑頻繁切換。結合第II級的低壓保護模塊控制，實現將輸出電壓穩定在3～3.6V范圍內，確保無線傳感器正常工作。

第IV級的節能控制和電池電壓檢測模塊由第七場效應管Q7、第八場效應管Q8將電源分割為3條供電路徑，分別給常在線MCU設備M2、間斷工作通信設備M4、定時測量設備M3和電池電量檢測設備M1供電。常在線設備M2通過直通供電路徑(路徑41)供電，間斷工作設備M4通過可控供電路徑(路徑43)供電，定時測量設備M1、M3通過可控供電路徑(路徑42)供電。路徑42、路徑43的路徑控制信號由無線傳感器的MCU產生，其僅在需要工作時MCU發出低電平信號，開通相關供電路徑，達到最大化節能的目的。

本發明的實施電路實例圖1中M1～M4為無線傳感器用電設備，其余器件構成完整的電源管理電路，所有關鍵器件均選用低功耗器件，如遲滯比較器U2、遲滯比較器U3可選用TLV3691，其功耗低于150nA，低功耗LDO(低壓差線性穩壓器)U1可選用MAX604ESA，其靜態功耗小于15uA，在供電電源為6.5V的情況下，R1與R4，R3與R5組成的分壓電路電流均小于1uA，R2與ZD1組成的基準電源電路功耗小于4uA，因而本發明電源管理方法實施實例電路總功耗低于25uA，特別是在電源切換到電源直通供電一側時功耗低于10uA。電源管理中的關鍵功率型PMOS場效應管可選擇開通電阻小于20mΩ的器件，當電源切換到電源直通供電一側時，在最大功耗為300mA時，輸出給用電設備的電源壓降低于30mV。

總體上，實施實例中所有電源管理電路中器件均采用低功耗、低壓降器件，可實現總功耗IQ<25uA，直通供電時負載調整壓降低于VLDR<30mV，電源管理電路功耗低，壓降小，確保在電池電壓降低時無線傳感器仍能正常工作，電池能量能夠充分利用。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。