[发明专利]一种压电能量采集的非线性控制管理装置

说明书

本发明公开一种压电能量采集的非线性控制管理装置，目的为了寻找更为有效的压电能量采集的非线性控制管理的实现方案，其包括调谐匹配电路、整流电路、储能电容CD、控制电路以及电源端，调谐匹配电路包括压电换能器和上变频开关电路，调谐匹配电路通过上变频电路与控制电路连接；整流电路的输入侧与上变频开关电路连接，整流电路的输出侧与储能电容CD的一端连接，储能电容CD的另一端与控制电路连接。本发明通过检测压电换能器和储能电容两支路的电流，自动控制开关的占空比，实现调谐匹配，压电换能器能够获得最大的功率输出，储能电容也获得最大充电功率，从而高效将能量从压电换能器转化到储能器件，为较大功率的负载供能。

技术领域

本发明涉及能量采集管理电路和非线性控制领域，具体而言，本发明涉及一种压电能量采集的非线性控制管理装置。

背景技术

在许多无线传感器网络应用环境，电池更换非常困难。采用能量采集器将环境中的能量转换为电能，为无线传感器和电子装置供能能够很好解决能源供给问题。但是当采集自然环境能源时，压电能量源可能是未知的，振动信号是低频、随机变化的，压电换能器输出能量比较弱，采用通常能量采集管理电路很难高效收集到较弱的能量，这也就意味无法获得换能器最大的输出功率。在一些较高功率的应用，如无线传感器，采用最大功率点跟踪技术，能够在未知换能器情况下，自动跟踪换能器输出功率最大点。然而，由于谐振电路的非线性，传统反馈电路很难锁定最大点。而现有的最大功率点跟踪管理电路非常复杂，包含各种逻辑运算电路，或者采用单片机或微控制单元，这些复杂的高功耗电路对于较弱的能量采集器来说，显然是无法提供其工作的能量。因此需要设计较低功耗的自动跟踪最大功率的能量采集管理电路，将压电换能器输出能量高效转换到储能元件，为较大功率的无线传感器供能。

发明内容

为了寻找更为有效的压电能量采集的非线性控制管理的实现方案，本发明提供了一种压电能量采集的非线性控制管理装置。

为实现上述目的，本发明一种压电能量采集的非线性控制管理装置，其包括调谐匹配电路、整流电路、储能电容CD、控制电路以及电源端，所述调谐匹配电路包括压电换能器和与所述压电换能器连接的上变频开关电路，所述调谐匹配电路通过所述上变频电路与所述控制电路连接；所述整流电路的输入侧与所述上变频开关电路连接，所述整流电路的输出侧与所述储能电容CD的一端连接，所述储能电容CD的另一端与所述控制电路连接。

优选地，所述压电换能器为电流源Is和电容Cs的并联，所述电流源Is的负极接地；所述上变频电路包括非线性器件开关S1、采样电阻RS2以及变压器T1，其中，

所述非线性器件开关S1的一端与所述电流源Is的正极连接，所述非线性器件开关S1的另一端与所述变压器T1输入侧的上端连接，所述非线性器件开关S1的非线性控制端与所述控制电路连接；

所述采样电阻RS2的一端与所述电流源Is的负极连接，所述变压器T1输入侧的下端、控制电路分别与所述采样电阻RS2的另一端连接；

所述变压器T1输出侧与所述整流电路的输入侧连接。

优选地，所述控制电路包括时钟单元、控制脉冲产生电路、用于检测输出最大功率的第一控制单元、用于判断最大换能器输出电流的第二控制单元、开关S3以及与电源端连接的电阻R2，其中，

所述非线性器件开关S1的非线性控制端、时钟单元、开关S3分别与所述控制脉冲产生电路连接；

所述第一控制单元包括与储能电容CD的另一端连接的峰值电路、与所述峰值电路连接的放大滤波电路，所述第二控制单元包括与所述采样电阻RS2的另一端连接的峰值点电路以及与所述峰值点电路连接的采样保持比较电路，所述开关S3包括与所述控制脉冲产生电路连接的公共端、与所述采样保持比较电路连接的开关控制端、与所述放大滤波电路连接的活动端a以及经过所述电阻R2与所述电源端连接的活动端b；

所述采样保持比较电路与所述电源端连接。