[发明专利]基于摩擦发电机的能量收集转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种基于摩擦发电机的能量收集转换装置。

背景技术

摩擦起电效应被人类发现至今已有几百年的历史，但是，由于现有摩擦发电机的输出普遍具有高电压、低电流和低电荷量的特点，并且摩擦发电机的能量输出往往是一个可变频率的短脉冲，故很难实现为耗电量大的电子器件，如MCU等持续供电。因此，它需要通过能量转换才能实现对耗电量大的电子器件的驱动。

目前，能量转换电路中一般采用的储能器件为静电电容器、超级电容器、锂离子电池、铅酸电池等。通常，会将电容器作为一级储能单元，锂离子电池等作为二级储能单元，且采用外部集成的方式相结合，即将独立的电容器与储能电路进行连接。

因此，现有技术中缺少一种能够针对摩擦发电机上述能量输出特点进行储能从而为MCU等耗电器件持续供电的能量转换装置，也缺少一种能够将储能器件与上述能量转换装置一体集成于PCB板上的能量转换装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出一种针对摩擦发电机能量输出特点进行储能从而为耗电器件持续供电，且能够将储能器件与上述能量转换装置一体集成于PCB板上的能量收集转换装置。

本发明提供了一种基于摩擦发电机的能量收集转换装置，包括：印刷电路板、至少一个摩擦发电机、交直流转换模块、触发模块以及储能模块；其中，所述交直流转换模块、触发模块以及储能模块都固定设置于所述印刷电路板上；

所述交直流转换模块的输入端与所述至少一个摩擦发电机的输出端相连，用于将所述至少一个摩擦发电机产生的交流电能转换为直流电能；所述触发模块与所述交直流转换模块的输出端相连，控制所述直流电能的输出；

所述储能模块包括至少两个储能元件，所述储能元件的输入/输出端与所述触发模块相连，所述储能模块在所述触发模块的控制下与所述交直流转换模块的输出端连接或与负载连接；

所述触发模块具备两个工作状态，在第一工作状态下：所述触发模块将所述至少两个储能元件之间的连接方式切换为串联，切断所述储能元件与所述负载的连接，并将所述储能元件的输入/输出端与所述交直流转换模块的输出端连接，接收所述直流电能并存储；

在第二工作状态下：所述触发模块将所述至少两个储能元件之间的连接方式切换为并联，切断所述储能元件与所述交直流转换模块的连接，并将所述储能元件的输入/输出端与所述负载相连，输出电能给所述负载供电。

所述触发模块的两个工作状态可自由切换，相应所述能量收集转换装置进行串联存储电能、并联输出电能。

可选的，所述触发模块的两个工作状态通过手动控制切换。

可选的，所述交直流转换模块包括：整流电路模块；所述整流电路模块的输入端与所述至少一个摩擦发电机的输出端相连，用于将所述至少一个摩擦发电机输出的交流脉冲电信号进行整流处理，得到单向脉动的直流电信号。

可选的，所述交直流转换模块还包括：滤波电路模块和稳压电路模块；

所述滤波电路模块的输入端与所述整流电路模块的输出端相连，用于将所述整流电路模块输出的单向脉动的直流电信号进行滤波处理；

所述稳压电路模块的输入端与所述滤波电路模块的输出端相连，用于将所述滤波电路模块输出的滤除干扰杂波后的单向脉动的直流电信号进行稳压处理，得到恒定的直流电信号。

可选的，在所述储能元件与所述负载之间连接有直流/直流转换模块，用于将所述储能元件输出的直流电压转换为与负载的工作电压匹配的直流电压。

可选的，所述至少一个摩擦发电机通过层叠或平铺的方式设置在所述印刷电路板上。

可选的，所述至少一个摩擦发电机为风力摩擦发电机。

可选的，所述储能元件为静电电容器或超级电容器。

可选的，所述储能元件包括至少两个串联连接的静电电容器或至少两个串联连接的超级电容器。

可选的，所述超级电容器为薄膜石墨烯超级电容器，所述薄膜石墨烯超级电容器一体设置在所述印刷电路板上；

可选的，所述触发模块包括自锁按键开关，所述自锁按键开关包括若干个子开关，所述子开关包括一个常开触点与一个常闭触点，所述子开关的数量为所述储能元件的二倍；所述若干个子开关全部接通常开触点时，所述至少两个储能元件串联连接，且串联连接后的所述至少两个储能元件与所述交直流转换模块的输出端连通，所述至少两个储能元件与负载的连接被断开；