[发明专利]功率转换器

权利要求书

1.一种用于从耦合到振动源的压电能量采集系统接收能量的功率转换器，其包括：

(a)有源整流器，其接收表示从所述振动源采集的能量的输出电压和输出电流，所述输出电压和所述输出电流由压电采集器产生，并且包括串联耦合在采集器输出导体与第一参考电压之间的第一和第二开关、串联耦合在所述采集器输出导体与所述第一参考电压之间的第三和第四开关、用于控制所述第三和第四开关的第一比较器以及用于控制所述第一和第二开关的第二比较器，所述压电采集器的第一端子耦合到所述第一和第二开关与所述第一比较器的第一输入之间的结，且所述压电采集器的第二端子耦合到所述第三和第四开关与所述第二比较器的第一输入之间的结，其中所述第一和第二比较器控制所述输出电流的整流以给耦合在所述采集器输出导体与所述第一参考电压之间的电容充电，且其中所述第一和第二比较器还产生指示所述输出电流的方向反转的输出信号；

(b)DC/DC转换器，其具有耦合到所述采集器输出导体的第一输入、耦合到所述第一参考电压的第二输入以及用于向电池供应电流的输出，所述DC/DC转换器包括耦合到所述采集器输出导体的电感器、耦合到所述电感器的第五开关以及耦合到所述电感器的整流装置；

(c)第三比较器，其用于将所述采集器输出导体上的电压与第二参考电压进行比较以确定何时停止所述电容放电到所述电感器中；及

(d)启用电路，其分别耦合到所述第一和第二比较器的输出，用于起始所述电容放电到所述电感器中且致使所述第五开关响应于每一次方向反转进行切换操作以引导所述电感器中的电流进入所述电池中，以便实质上消除用于给所述压电采集器的所述电容再充电的电力的浪费，其中所述启用电路作为状态机来操作，所述状态机具有：第一状态，其中由所述启用电路产生的启用信号处于逻辑“1”电平以启用所述DC/DC转换器；及第二状态，其中所述启用信号处于逻辑“0”电平以停用所述DC/DC转换器，其中所述启用电路响应于所述第三比较器的输出从“1”电平变化到“0”电平而从所述第一状态切换到所述第二状态，且其中所述启用电路响应于所述第一比较器的所述输出从“1”电平变化到“0”电平或所述第二比较器的所述输出从“1”电平变化到“0”电平而从所述第二状态切换到所述第一状态。

2.根据权利要求1所述的功率转换器，其包括耦合在所述启用电路的输出与所述第五开关的控制端子之间的脉宽调制电路。

3.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述第一和第二比较器中的每一者具有耦合到所述第一参考电压的第二输入。

4.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述第二参考电压大于所述第一参考电压。

5.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述振动源的频率小于约2kHz。

6.根据权利要求2所述的功率转换器，其中所述脉宽调制电路致使所述第五开关以多个兆赫的频率进行切换。

7.根据权利要求6所述的功率转换器，其中当所述启用电路的所述输出处于“1”电平时，所述脉宽调制电路致使所述第五开关以多个兆赫的频率进行切换，且其中当所述启用电路的所述输出处于“0”电平时，所述脉宽调制电路保持所述第五开关断开。

8.根据权利要求7所述的功率转换器，其中所述DC/DC转换器在小于约100微秒的时间间隔期间被启用。

9.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述整流装置为同步整流器。

10.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述DC/DC转换器包括升压转换器、降压转换器或降压-升压转换器。

11.根据权利要求1所述的功率转换器，其中当所述输出电流在第一方向上流动时，所述第一比较器响应于所述输出电流的量值降到预定低值以下而从“1”状态切换到“0”状态，且其中当所述输出电流在第二方向上流动时，所述第二比较器响应于所述输出电流的量值降到所述预定低值以下而从“1”状态切换到“0”状态。

12.一种用于将采集的振动能量有效地传送给能量存储装置的功率转换器，其包括：

(a)有源整流器，其可耦合到AC输出电压和AC输出电流用于整流所述AC输出电压和AC输出电流以产生采集的DC输出电压和采集的DC输出电流；

(b)DC/DC转换器，其用于将所述采集的DC输出电流传导到电容中以给所述电容充电直到所述采集的DC输出电压达到所述AC输出电流的方向反转所处的电平为止；

(c)比较器，其用于检测所述方向反转；

(d)启用电路，其用于响应于所述检测而启用所述DC/DC转换器以致使所述电容响应于所述方向反转而放电到所述DC/DC转换器的电感器中；及

(e)停用电路，其用于响应于所述采集的DC输出电压与参考电压的比较而停用所述DC/DC转换器，其中所述采集的DC输出电压小于所述参考电压，

其中用于检测反转的所述比较器包括用于比较采集器所生成的电压与参考电压以确定何时停止所述电容对电感器放电的比较器。