[发明专利]高效率充电集成微型超级电容组芯片

说明书

本发明提供了一种高效率充电集成微型超级电容组芯片，内部包括电源电路、均压电路、微型超级电容组和控制电路，采用半导体制造工艺，将微型超级电容组和电路制造在硅基上，通过硅基键合技术结合在一起，然后进行封装；其中控制电路分别与电源电路、均压电路以及微型超级电容组相连；电源电路的输出端与均压电路以及微型超级电容组相连，为均压电路以及微型超级电容组供电；均压电路与微型超级电容组连接，通过均压电路实现微型超级电容组中各个电容间的均压；微型超级电容组由多个微型超级电容器组成。本发明通过微型储能器件和电路相结合，利用比较器和电阻构成施密特触发器进行电压检测、缓冲器、反相器实现一个反馈通道，以便对电路做出迅速的反应，以更好的保护微型超级电容器。

技术领域

本发明涉及微电子领域中的电路设计和系统集成，具体地涉及一种高效率充电集成微型超级电容组芯片内部微型储能器件和管理电路的集成。

背景技术

片上微型超级电容器有高功率密度、面积小、快速充电/放电速率和长循环寿命等优点，特别是它可以通过半导体制造工艺生产的微型储能器件，这样为集成提供便利，在现在的微型器件工艺中是可以批量生产。并且可以作为一种能量收集器，去收集太阳能、静电能量等等，其收集的能量可用于移动穿戴电子设备、物联网设备和微型无线传感器供电。

现有的技术中主要是针对超级电容器的管理电路，而超级电容器一般作为微电网或汽车的储能，将其管理电路单独制成芯片。并且目前主流是采用能量消耗型的管理方案，在超级电容器的管理电路中，将电压高的单体中的能量以热能的形式消耗掉，这样就造成了系统发热严重、能量损耗大。而本发明是针对微型储能器件和管理电路的集成化。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种微型超级电容储能器件和充电电路集成芯片。

一种充电集成微型超级电容组芯片，包括电源电路、均压电路、超级电容组和控制电路，其中控制电路分别与电源电路、均压电路以及微型超级电容组相连；电源电路的输出端与均压电路以及微型超级电容组相连，为均压电路以及微型超级电容组供电；均压电路与微型超级电容组连接，通过均压电路实现微型超级电容组中各个电容间的均压；微型超级电容组由多个微型超级电容器组成；将所述电源电路、均压电路、微型超级电容组和控制电路均集成到硅基上，通过硅基键合技术结合，然后封装在一起；其中，所述控制电路用于当检测到超级电容组中的任意一个电容的电压与其它电容的电压不均衡时，通过控制均压电路实现各个微型超级电容器间的电压均衡。

可选的，所述均压电路用于在充电过程中，使得超级电容组中的电容器呈串联状态，当充电过程中任意一个微型超级电容器的电压值与其它微型超级电容器的电压值不均衡，并且超过保护电压时，则充电过程结束，开启均压过程；在均压过程中超级电容组中的电容器由串联状态变为并联状态，通过电容器的并联连接，使得各个微型超级电容器的电压值处于均衡状态；其中微型超级电容组包括四个微型超级电容器：第一微型超级电容器SC1、第二微型超级电容器SC2、第三微型超级电容器SC3、以及第四微型超级电容器SC4；所述电源电路包括电源Vin与电源开关M10，所述电源开关M10在充电过程中打开，在均压过程中关闭。