[发明专利]一种用于压电能量获取的并联同步开关电容电路

说明书

本发明公开了一种用于压电能量获取的并联同步开关电容电路，用于获取压电器件的能量，包括开关电容阵列控制电路和并联同步开关电容阵列电路。本发明提出的用于压电能量获取的电路结构体积大幅缩小，大幅提升了单位体积的功率提取能力，且在整体功率提取效率上不低于传统P‑SSHI电路，因此更适合于用于IoT节点等体积敏感型应用。

技术领域

本发明属于微电子科学技术领域，具体涉及一种用于压电能量获取的并联同步开关电容电路。

背景技术

近年来，基于IoT(物联网)的无线传感器节点成为热门的研究课题。由于体积和可靠性的限制，传统锂电池供电成为无线传感器节点长期稳定工作的瓶颈，热电发生器、单太阳能电池和压电能量源等在这一方面有着很大的潜能。压电能量源具有较高的功率密度，且受环境限制较小，非常适合用于IoT传感器节点的供电。

然而，受制于压电器件内部寄生电容的影响，压电转换器的输出不能直接用于负载的供电。因此，压电能量获取技术的关键之一是提升压电能量获取接口电路的功率提取能力来提供更多的能量。在传统的压电能量接口电路中，由于压电器件内部存在一个较大的寄生电容C_P，所以在压电器件等效电流源I_P的过零点处需要对电容C_P进行反向充电，这一过程消耗了较多的能量，严重降低了压电器件的功率输出效率。因此，提升压电能量获取接口电路的功率提取能力成为一个急需解决的问题。为此，我们需要重新设计压电能量获取接口电路以提高功率提取能力。用于提升压电能量获取功率提取能力的传统的电路采用并联同步开关电感(P-SSHI)技术，利用电感与电容的LC并联谐振电路在电流过零点处实现寄生电容C_P两端电压的翻转，从而提高能量利用效率。但是，并联同步开关电感技术使用的电感大多可以达到mH量级，占用的体积极大，不利于传感器节点等体积敏感型应用的自供电系统微型化和集成化。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于压电能量获取的并联同步开关电容电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种用于压电能量获取的并联同步开关电容电路，用于获取压电器件的能量，包括开关电容阵列控制电路和并联同步开关电容阵列电路，其中，

所述开关电容阵列控制电路，用于检测所述开关电容阵列控制电路两端的电压，从而确定电流源的电流过零点时刻，产生控制所述并联同步开关电容阵列电路的开关的控制信号；

所述并联同步开关电容阵列电路，用于在所述开关电容阵列控制电路的控制下，按照预设顺序使所述并联同步开关电容阵列电路的电容正向并联或反向并联于压电器件的第一电容两端，使得所述第一电容两端的电压在过零点时刻实现翻转。

在本发明的一个实施例中，还包括整流器，串联连接于所述并联同步开关电容阵列电路之后，用于对所述并联同步开关电容阵列电路输出的电压进行整流，同时实现整个所述电路的自供电。

在本发明的一个实施例中，还包括储能电容，并联连接于所述整流器，用于储存经所述整流器整流后的电荷。

在本发明的一个实施例中，所述并联同步开关电容阵列电路包括第一开关和k个开关电容阵列组，k为大于零的整数，每个所述开关电容阵列组均包括第二电容、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关，j的取值范围为1～k，所述第一开关并联于所述第一电容两端，其中，

对于每一个所述开关电容阵列组而言，所述第二开关的第一端连接于所述第一电容的第一端，所述第二开关的第二端连接于所述第二电容的第一端，所述第三开关的第一端连接于所述第一电容的第二端，所述第三开关的第二端连接于所述第二电容的第二端，所述第四开关的第一端连接于所述第一电容的第一端，所述第四开关的第二端连接于所述第二电容的第二端，所述第五开关的第一端连接于所述第一电容的第二端，所述第五开关的第二端连接于所述第二电容的第一端。