[发明专利]一种压电发电低功耗电源系统及其供电方法

说明书

技术领域

本发明属于一种压电发电超低功耗供电技术，更具体地说，本发明涉及一种压电发电低功耗电源系统及其供电方法，利用压电陶瓷与弹性体连接构成的复合压电振子将机械能转换为电能，由超低功耗元件构建的整流电路、DC-DC电路、能量存储电路，来实现电力供应的电源系统及供电方法。

背景技术

目前，在许多设备中，一般使用电池作为电源，这给人们的生活带来了许多便利，但同时也存在一些问题。首先，传统的电池体积大，使用寿命短；其次，当电池电量不足时，更换电池让许多系统临时断电。而且，电池含有重金属，若废旧电池处理不当会引起严重的环境污染。车辆行驶、机器运转、人的行走等有大量的振动能量没有在系统加以利用，造成资源的浪费。在现有的无线传感器网络应用中，一般还存在系统的功耗都较大、电力供应不稳定等问题。因此，收集振动能量并将其高效转换为电能，应用超低功耗技术，并进而替换现在无线传感器网络等普遍使用的普通电池，以实现系统低功耗自供电，是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可将机械能转化为电能，并通过实时监控电压，进行电压调节、能量存储、超低功耗转换，使得电力供应持续稳定的压电发电低功耗电源系统。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述系统的供电方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种压电发电低功耗电源系统，包括压电转换装置、整流电路、DC-DC电路、能量存储电路、控制器和应用电路，所述压电转换装置的输出端与整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端与DC-DC电路的输入端连接，所述DC-DC电路的输出端与能量存储电路的输入端连接，所述能量存储电路的输出端与应用电路连接；所述控制器设有第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，其第一输入端和第二输入端分别连接整流电路的输出端、能量存储电路的输出端，其第一输出端、第二输出端分别连接DC-DC电路的输入端和应用电路。

所述压电转换装置为压电陶瓷与弹性体连接构成的复合压电振子，所述复合压电振子为矩形、圆形或钹盖形结构，复合压电振子上设有两极输出线，两极输出线与整流电路的输入端连接。

所述整流电路包括由四个二极管构成的桥式整流器、稳压二极管、滤波电容和初级存储电容，所述桥式整流器、稳压二极管、滤波电容和初级存储电容依次并联连接；所述桥式整流器上设有两极输入线，桥式整流器的两极输入线与压电转换装置的两极输出线连接；所述初级存储电容的两端分别与DC-DC电路的输入端连接，且与控制器的第一输入端连接。

所述滤波电容和初级存储电容均为电解电容，所述滤波电容的电容量小于初级存储电容的电容量；控制器的第一输入端与初级存储电容的两端之间还分别连接有电阻。

所述DC-DC电路包括集成芯片、续流二极管和输出滤波器；所述集成芯片包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其第一输入端和第二输入端分别连接整流电路的输出端，其第三输入端连接控制器的第一输出端；所述续流二极管的两端分别与集成芯片的输出端和第二输入端连接；且续流二极管的两端同时连接输出滤波器的输入端；所述输出滤波器的输出端与能量存储电路的输入端连接。

所述输出滤波器由电感与电容串联构成，所述续流二极管一端连接电感，另一端连接电容；电容的两端为输出滤波器的输出端，且均连接能量存储电路的输入端。

所述能量存储电路包括能量存储介质、电压调节器和电阻分压器，所述能量存储介质的两端与DC-DC电路的输出端连接，并与控制器的第二输入端连接；所述电压调节器的输入端与能量存储介质的正极连接，其输出端分别与控制器的第二输出端和应用电路连接；电阻分压器与电压调节器并联连接。

所述电阻分压器由两个串联的电阻构成，其中一个电阻并联接在电压调节器的输入端上，另一个电阻的其中一端接在电压调节器的输入端上，另一端接地。

所述能量存储介质为可充电电池，或为可充电电池与电容构成的并联电路，且可充电电池与电之间还连接一个压降为0.3V的二极管，以防止电流倒流；可充电电池的两端与控制器的第二输入端之间还连接有电阻。

上述系统的供电方法，具体包括如下步骤：

(1)压电转换装置输入激励，通过压电效应产生交流电压，交流电压经两极输出线传递给整流电路；

(2)整流电路中，桥式整流器将交流电压转换为直流电压，稳压二极管将转换而来的直流电压稳定在一定值，通过滤波电容进行滤波，并存储在初级存储电容中；