[发明专利]一种多悬臂梁压电换能器电路

说明书

技术领域

本发明涉及微能源技术领域，尤其涉及微能源技术领域中的压电换能电路，具体为一种多悬臂梁压电换能器电路。

背景技术

在科技飞速发展的今天，能源的重要性不言而喻，人们一直以来都非常关注周围环境及工业设备自身中各种能量（如：太阳能、风能、振动能）的回收利用，一般情况下，环境能量密度通常很低，而工程监测设备、医疗检测仪器和桥梁、楼宇智能监控系统等常用电子设备的功耗较大，环境能量回收过程中所用采能装置单位体积的采能效率远远达不到实际电子设备的需求，且环境能量采集成本高昂。但是，随着微电子制造技术与微纳米技术的进步和发展，微小器件取代传统庞大电子设备已成必然趋势。随着电子器件体积和功耗的不断降低，利用环境能量来给电子设备供电已成为可能。近几年来，微能源技术的研究已在世界范围内得到越来越多研究者的关注。

在众多环境能量中，振动能量是其中一种相对普遍的能量形式，它广泛存在于公路、桥梁、楼宇、车辆、船舶、飞行器、机械运作等各种生产和生活中，甚至存在于人的肢体运动、心脏跳动与血液流动等生命过程中。振动能量的采集主要有三种形式：静电式、电磁式和压电式。压电式振动能量采集主要利用压电效应，压电材料会将外界振动所产生的应力转化为电荷输出，进而产生电信号。与其他两种振动能量采集方式相比，压电式能量采集方式的能量密度大，结构简单便于集成化，这种优势使基于微能源技术的振动能量采集成为可能。

压电式能量采集一般选用压电换能器，然而，压电换能器所采集到电能具有高压、交变以及小电流等特征，输出电压可达几伏特到几十伏特，而提供的电流为微安级，功率是微瓦级，而且不能直接提供给负载，因此需要对压电换能器产生的电能进行转换和调整，使其转化效率与输出功率达到最大化。目前，国内外关于能量采集电路的设计已有较多研究：公告号为CN102170247N的中国专利设计了一种压电-磁电复合式振动驱动微能源装置的能量采集电路，提高了振动能量的输出与存储效率，但电路较为复杂，并且只完成了能量存储设计，没有直接将电能供给负载。Richard等人基于非线性电压同步控制处理技术提出了Synchronous Charge Extraction、Parallel-SSHI、Series-SSHI等为代表的功率调理电路，提高力电转化效率和输出功率，但是其电路只是针对单一频率的拾振结构，转化的电能密度自身相对较低。Stephen P. Beeby等人做出了一个类似于信用卡大小的能量采集电路，为一个小的CPU供电，将其安装在飞机上，采集飞机飞行过程中的各种数据并发送回到基站，但其能量转化效率不高，电路不成熟，没有得到广泛应用。彭敏强等人针对宽频响应的微小型压电式振动设计出了一种功率调理电路，其中包含同步电荷转移模块、电荷汇集电容、可控电压阈值DC/DC转换模块以及储能器件四个部分，完成了对微能量的存储，但没有实际供给负载电能，并且在能量转化效率方面没有太大改善。综合国内外研究现状可以发现，关于单一振子的能量采集电路研究已较为成熟，但是单一振子振动能量采集器产生的能量较小，能量转换效率不高。

发明内容

本发明为了解决单一振子振动能量采集器产生的能量较小和能量转换效率不高的问题，提供了一种多悬臂梁压电换能器电路。