[发明专利]一种用于压电振动俘能的自适应功率调理电路

说明书

本发明公开了一种用于压电振动俘能的自适应功率调理电路，包括并联同步开关电感整流电路、电流零点跟踪电路、比较器电路和D触发器，电流零点跟踪电路包括第七号二极管和第八号二极管，第七号二极管负极和第八号二极管的负极均经第三电阻接地，第七号二极管正极经第一电阻连接至压电悬臂梁等效电路模型的输出电压负极端，第八号二极管正极经第二电阻连接至压电悬臂梁等效电路模型的输出电压正极端；比较器电路包括电压比较器，电压比较器同相输入端用于输入固定参考电压，反相输入端连接电流零点跟踪电路中第八号二极管负极端，输出端连接D触发器，D触发器连接并联同步开关电感整流电路中的PMOS开关和NMOS开关。

技术领域

本发明属于压电振动能量收集领域，特别是涉及一种用于压电振动俘能的自适应功率调理电路。

背景技术

通过压电悬臂梁将自然环境中的机械振动能量转化为电能为微型传感器节点供电是一个热点研究方向。常见的压电悬臂梁在实际应用中其主要的限制是：当环境中的振动频率偏离压电悬臂梁的固有频率时候，压电悬臂梁的输出功率会急剧下降，从而限制了压电悬臂梁的宽频应用。传统的桥式整流器由于无法调节输出电流和压电悬臂梁端口电压相位，在整流过程中存在电荷的浪费，因此无法提高固有振动频率之外的输出功率。

自适应功率调理电路作为一种非线性技术可以调节压电悬臂梁的输出电流与输出电压相位关系，从而提高在压电悬臂梁固有频率外的输出功率。

发明内容

针对传统桥式整流电路存在电荷浪费的问题，本发明公开了一种用于压电振动俘能的自适应功率调理电路，可以根据外界振动频率实时控制电压翻转过程。通过自适应控制电压翻转过程，可以调节压电能量收集器件的输出电流与输出电压相位关系，减少电荷传输过程中的浪费，从而提高在器件固有频率外的输出功率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的用于压电振动俘能的自适应功率调理电路，包括并联同步开关电感整流电路和零点开关控制电路，所述并联同步开关电感整流电路由并联同步开关电感电路和桥式整流电路并联组成，所述零点开关控制电路由电流零点跟踪电路、比较器电路和D触发器组成；

所述并联同步开关电感电路由电感和开关支路串联构成，所述开关支路包括两条并联的支路，其中一条支路由第五号二极管和PMOS开关串联而成，另一条支路由第六号二极管和NMOS开关串联而成；所述桥式整流电路由四个二极管和一个整流电容构成；

所述电流零点跟踪电路包括第七号二极管和第八号二极管，所述第七号二极管的负极和第八号二极管的负极均经第三电阻接地，所述第七号二极管正极经第一电阻连接至压电悬臂梁等效电路模型的输出电压负极端，所述第八号二极管正极经第二电阻连接至压电悬臂梁等效电路模型的输出电压正极端；

所述比较器电路包括电压比较器，所述电压比较器的同相输入端用于输入固定参考电压，所述电压比较器的反相输入端连接电流零点跟踪电路中第八号二极管的负极端，所述电压比较器的输出端连接D触发器，所述D触发器连接PMOS开关和NMOS开关。

所述D触发器的数据输入端口分别连接PMOS开关栅极和NMOS开关栅极，所述D触发器的互补输出端口分别连接PMOS开关栅极和NMOS开关栅极，所述D触发器的时钟输入端口连接比较器电路中电压比较器的输出端，所述D触发器的清零端口和预置端口均接地。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明公开的一种用于压电振动俘能的自适应功率调理电路，可以根据外界振动频率实时控制电压翻转过程。通过自适应控制电压翻转过程，可以调节压电悬臂梁的输出电流与输出电压相位关系，减少电荷传输过程中的浪费，从而提高在压电悬臂梁固有频率外的输出功率。

附图说明

图1是本发明自适应功率调理电路示意图；