[发明专利]自感知型外加电压源式同步开关阻尼电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种同步开关阻尼电路，特别是涉及一种自感知型外加电压源式同步开关阻尼电路。

背景技术

参照图1～2。文献“E.Lefeuvre,A.Badel,L.Petit,C.Richard,D.Guyomar.Semi-passive piezoelectric structural damping by synchronized switching on voltage sources,Journal of Intelligent Material Systems and Structures.2006，17:653–660.”中公开了一种外加电压源的半主动同步开关阻尼振动抑制电路。该电路包括电感L、电阻R、开关SW1、开关SW2、两个电压源Vsw。黏贴有压电陶瓷片的结构为压电智能结构，压电陶瓷片的两极接该外加电压源的半主动同步开关阻尼振动抑制电路。这种振动抑制电路的工作原理如下：在压电智能结构上用于抑振的压电陶瓷片两极串联电感L、开关SW1、开关SW2和两个电压源Vsw，位于压电智能结构上的位移传感器测得的结构位移信号通过有源硬件判断处理。当压电智能结构的振动位移达到最大时，判断处理位移信号的硬件控制开关SW1闭合，使得压电陶瓷片与电压源Vsw构成放电回路，经过半个放电周期，压电陶瓷片上的电压将与开关SW1闭合前反向，这时再断开开关SW1；当振动位移达到最小时，硬件控制开关SW2闭合，同样经过半个放电周期后再断开开关SW2。从图2中可以看到开关SW1,SW2动作时压电陶瓷片上的电压和压电智能结构的振动位移变化关系。这样不仅使压电陶瓷片产生的力与结构速度始终保持方向相反，还增大了压电陶瓷片上电压的幅值，从而提高了机电转换效率，起到了振动阻尼效果。

发明内容

为了克服现有外加电压源式半主动同步开关阻尼振动抑制电路需借助位移传感器和有源硬件来判断结构的位移极值时刻和控制开关闭合的不足，本发明提供一种自感知型外加电压源式同步开关阻尼电路。该电路包括极小值判断器、极大值判断器、极小值开关、极大值开关和电压源Vsw。极小值判断器、极大值判断器自动实现电压极大值和电压极小值的判断，极大值开关、极小值开关自动实现开关的开闭。不需要外接嵌入式有源硬件进行极值判断，而且不需要位移传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自感知型外加电压源式同步开关阻尼电路，包括两个电压源Vsw，其特点是还包括极小值判断器、极大值判断器、极小值开关、极大值开关和电流源ieq。电阻R2、二极管D3、三极管Q3和电容C2组成极小值判断器；电阻R1、二极管D1、三极管Q2和电容C1组成极大值判断器；三极管Q4作为极小值开关使用；三极管Q1作为极大值开关使用；电流源ieq、电容C0和内阻R0并联等效代替压电陶瓷片。

所述三极管Q1和三极管Q3是NPN晶体管。

所述三极管Q2和三极管Q4是PNP晶体管。

所述电阻R1和电阻R2的电阻值相同。

所述电容C1和电容C2的电容值相同。

所述电容R3和电容R4的电阻值相同。

所述电阻值R1和电容值C1参照不等式选取。

本发明的有益效果是：由于电路中极小值判断器、极大值判断器自动实现电压极大值和电压极小值的判断，极大值开关、极小值开关自动实现开关的开闭。不需要外接嵌入式有源硬件进行极值判断，而且不需要位移传感器。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是背景技术外加电压源的半主动同步开关阻尼振动抑制电路的电路图。

图2是图1所示电路工作时压电陶瓷片上的电压和结构振动位移变化的波形图。

图3是本发明自感知型外加电压源式同步开关阻尼振动抑制电路的电路图。

图4是用Multisim11.0仿真获得的一个周期内本发明自感知型外加电压源式同步开关阻尼振动抑制电路中的各个电压变化曲线。

图5是第一象限电流流向图，粗线表示导通路径，箭头表示流向。

图6是第二象限电流流向图，粗线表示导通路径，箭头表示流向。

图7是用Multisim11.0仿真获得的极大值开关动作时本发明电路中的各个电压变化曲线。

图8是第三象限电流流向图，粗线表示导通路径，箭头表示流向。

图9是第四象限电流流向图，粗线表示导通路径，箭头表示流向。

图10是用Multisim11.0仿真获得的极小值开关动作时本发明电路中的各个电压变化曲线。