[发明专利]功率转换器

说明书

本发明涉及一种功率转换器。一种用于将采集的振动能量有效地传送到电池(6)的系统(1‑2)，其包括产生AC输出电压(V_P(t))和电流(I_PZ(t))的压电采集器(2)以及用以产生给电容(C0)充电的采集DC电压(V_hrv)和电流(I_hrv)的有源整流器(3)。当所述整流器的控制其开关(S1到S4)的比较器(A0、A1)检测到所述AC输出电流(I_PZ(t))的方向反转时，启用电路(17)致使DC/DC转换器(4)被启用，进而使所述电容放电到所述转换器中。当所述DC电压超出阈值(V_REF)时，另一比较器(13)致使所述启用电路(17)停用所述转换器(4)，进而致使所述电容被再充电。

本申请是申请日为2010年3月19日，发明名称为“用于从压电振动采集器提取最大电力的转换器及方法”，申请号为201080065534.2的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明大体上涉及电力从压电振动采集器到DC/DC转换器的有效传送，且更特定来说，涉及一种用于从压电采集器有效地接收最大量的电力的经改进DC/DC转换器电路。

背景技术

近来，已开发出需要极低量的操作电流的各种极低功率的集成电路(通常称为“纳米功率”集成电路)，其可由借助于微能量采集装置从周围的太阳能源、振动能源、热能源及/或生物能源搜集或采集的非常少量的电力来供电。所采集的电力接着通常被存储在电池或超级电容器中。(如本文中所使用的术语“纳米功率”意在涵盖汲取小于约1微安的DC电流的电路及/或电路组件。)

图1A展示能量采集系统1-1，其包括常规的压电采集器2、有源整流器电路3及用于给电池或超级电容器6及/或负载(未图示)充电的DC/DC转换器4，所述DC/DC转换器4包括开关控制及PWM(脉宽调制)电路9。整流器电路3包括四个开关S1到S4、两个比较器A0和A1以及两个反相器22和23。有源整流器电路3在导体18上产生采集电压V_hrv，所述采集电压V_hrv被施加到DC/DC转换器4的开关控制和PWM电路9的输入。DC/DC转换器4产生输出电压和输出电流，其由导体5供应到电池6。比较器A1的(+)输入控制开关S1和S2的控制端子，且比较器A0的(+)输入控制开关S3和S4的控制端子。如图1B中所指示，可将采集器2模型化为正弦电流源、内部电容C_PIEZO及内部电阻R_PIEZO的并联连接。

任选的滤波电容器C0可连接在导体18与接地之间。压电能量采集器总有输出电容C_PIEZO，其不一定比C0小，这要视所使用的采集器的牌子或种类而定。通常，图1A中的DC/DC转换器4的将能量从导体18传送到电池6的效率是80％到90％。

参考图2，波形表示跨越压电采集器2的实际电压V_P(t)。+V_hrv和-V_hrv为DC/DC转换器的阈值电压，其可由最大功率点跟踪(MPPT)电路(未图示)来确定。对于小于+V_hrv的V_hrv值来说，DC/DC转换器4处于不转换V_hrv的“关闭”状态，且振动能量由于采集器输出电容C_PIEZO的再充电而被浪费。