[实用新型]一种自供电P-SSHI电路

说明书

技术领域

本实用新型属于能量、电源技术领域，涉及一种能量收集电路。该实用新型可以用压电元件在振动环境中收集能量，所收集的能量电路可以为人们日常生活提供方便。

背景技术

在最近几年中，节能减排、无线技术已经渗透在生活中每一个角落。归功于无线传感网络与低功耗技术的进步，能量收集器的研究和应用日益广泛。例如结构健康监测，全球定位系统等这些与日俱增的应用便对能源的需求具有很大刺激。目前，环境中存在多种形式的能量，其能量密度如表1所示。

表1 环境中能量密度

在振动能收集为电能的主要方式有三种类型：电磁，静电，压电。在上述三种基本转化中，压电转化越来越被许多研究人员所关注。

在压电收集接口电路方面，也有三种形式。

1.标准接口，用整桥电路和电容使得直流电压平整化。该整桥电路由4个二极管构成。

2.同步电荷提取电路。该由整桥电路和DC-DC变换器构成，它能够快速的提取电能，并且与压电振动保持同步。

3.同步开关电感电路(SSHI)，该电路由开关器件和压电元件并联组成。开关器件由开关和电感构成。在换能器的最大处，开关闭合，压电元件的电容与电感组成振荡器，开关保持闭合直到压电元件的电压反向。这种非线性技术使得能量收集电路显著提升并适用于谐振结构。

由于同步开关电感电路SSHI电路能够在整个频段范围内收集较多的能量并适用于谐振结构，相应的缺点是输出功率只有在最优负载时能达到最大。

实用新型内容

本实用新型提供一种自供电并联同步开关电感(P-SSHI)电路。

1.技术问题是：问题一是需要额外的电源供电；问题二是能量收集效率差。

2.技术方案是：为解决上述问题，提出一种自供电并联同步开关电感(P-SSHI)电路，它包括检测器I，检测器II，MOS管M1，MOS管M4，二极管D3，二极管D5，开关器件I，开关器件II，整桥电路。

图1中，所述压电元件材料一般为锆钛酸铅(PZT)或聚偏氟乙烯(PVDF)，结构通常为矩形、三角形、圆形形式结构；压电元件在振动环境受到激励时，压电元件内部电荷随压电元件振动的位移同步变化产生交变电压；为方便阐述，假设振动的位移呈正弦变化，压电元件内部电荷会呈正弦变化，考虑到实际的振动环境下的波形可以分解为多个简单正弦的叠加，因此激励的实验条件可以等效为一个正弦电流源i_P；压电元件在大部分频率范围内通常表现为容性，因此压电元件在振动时可以等效为一个正弦电流源i_P和一个电容C_P的并联，如图2所示。

所述P-SSHI电路原理如下，V12表示图4中节点1和节点2电压差；所述P-SSHI为对称结构，所述电路正半个周期为参考进行原理分析：

i_P在进入正半周期前一瞬间前，节点1的电压为-V_D，节点2的电压为V_L+V_D，整桥电路的电流从节点2流向节点1；i_P在从负半周期进入正半周期时，由于节点1和节点2的电压差，M4导通，M1不导通，M4使得M2管导通。

本实用新型的效果和益处是：

1.本实用新型的P-SSHI电路自主供电，具有节能、环保等优点；

2.本实用新型的P-SSHI电路能够不仅适合在高振动水平收集较多的能量，也适合在低振动水平有效的收集能量。

附图说明

图1是自供电压电P-SSHI电路图；

图2是自供电压电P-SSHI等效电路图；

图3是自供电压电P-SSHI等效电路波形，其中(a)是正弦电流，(b)是压电元件两端的电压，(c)是电感L的电流；

图4是自供电压电P-SSHI具体实施方式图。

具体实施方式

本实用新型的自供电P-SSHI电路，其较佳的具体实施方式如图4所示，附图中所有的节点保持一致。

实施例：

1.按照图4所示，压电元件贴设或埋入结构表面，压电元件的材料可以是PZT压电陶瓷，输入端1，2接压电元件两端，压电元件两端没有极性区别，输出端3，4接输出负载两端，输出负载两端接输出电阻R_out或空载；

2.当压电元件受到环境振动激励时，它会自主产生能量存储在外接电容C_rect中。