[发明专利]一种用于压电能量收集的接口电路和方法

说明书

本发明提供了一种用于压电能量收集的接口电路，包括控制单元，用于产生一控制信号，所述控制信号用于每到压电元件的正极电压和负极电压极值或者在每经过正极电压和负极电压变化的半周期点时控制所述与压电元件的储能元件相连的开关导通一导通时间，并控制所述开关在所述导通时间后断开，以实现偏置翻转，并进行压电能量收集。所述控制单元还用于把所述导通时间设置为储能元件与压电元件的等效电容的谐振周期的一半；和/或通过检测所述正极电压或负极电压的上升或下降到一预设电压值时，断开所述开关。

技术领域

本发明涉及压电能量收集领域，尤其涉及一种可用于实现电感同步 开关收集(Synchronized Switch Harvesting on Inductor(SSHI))技术的压电 能量收集的接口电路和方法。

背景技术

整流器接口电路的好坏是实现压电能量收集多少的关键。虽然采用 并联电感同步开关收集(Parallel Synchronized Switch Harvesting on Inductor(P-SSHI))技术的整流器比采用单纯二极管构成的整流器能够收 集更多的能量，但是，目前P-SSHI功能的实现主要是采用分立元器件 的板集设计和微控制单元(Microcontroller Unit(MCU))的辅助。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于实现SSHI技术的压电能量收 集的接口电路和方法。

依据本发明的一个方面，提供了一种用于压电能量收集的接口电路， 包括控制单元，用于产生一控制信号，所述控制信号用于每到压电元件 的正极电压或负极电压变化的每半周期点或正极/负极达到极值处控制 与所述压电元件的储能元件串联的开关导通，并控制所述开关在经过一 导通时间后断开，以实现偏置翻转(bias flip)，并进行压电能量收集。

依据本发明以上方面的接口电路，所述控制单元还用于把所述导通 时间设置为所述储能元件与所述压电元件的等效电容的谐振周期的一 半；和/或通过检测所述正极电压或负极电压从所述极值上升或下降到一 预设电压值时，断开所述开关。

依据本发明以上方面的接口电路，所述接口电路还包括具有第一到 第四开关的开关电路，和/或所述第一到第四开关构成一整流桥，所述第 一到第四开关中的一个或多个包括二极管或选择性开关管，和/或所述选 择性开关管包括三极管、晶体管和/或金属氧化物半导体管；和/或所述 控制单元还用于产生分别控制各个所述选择性开关管的控制信号。

依据本发明以上方面的接口电路，在与所述储能元件相连的所述开 关导通时所述储能元件经由所述开关与所述压电元件和所述开关电路 串联或并联，和/或所述储能元件包括电感；和/或所述正极电压或负极 电压变化周期的半周期点和/或正极负极的极值对应于所述压电元件形 变到最大点处，和/或所述控制信号在每到压电元件的正极电压或负极电 压变化的每半周期点或正极/负极达到极值时开始具有高电平，以使与所 述储能元件相连的开关导通，和/或所述控制信号在所述每半周期点后一 预设导通时间或所述正极电压或负极电压上升或下降到所述预设电压 值时具有低电平，以断开与所述储能元件相连的开关；和/或所述预设值 为经所述开关电路整流后的电压的分压。

依据本发明的另一个方面，提供了一种方法，包括检测一压电元件 的正极电压和负极电压变化周期的半周期点或极值，和/或响应于检测到 所述极值或半周期点时控制与压电元件的储能元件相连的开关导通一 小段时间，以实现偏置翻转，并进行压电能量收集。

依据本发明以上方面的方法，还包括在每经过所述正极电压和负极 电压的极值或半周期点时控制所述开关导通，所述导通时间设置为所述 储能元件与压电元件的等效电容的谐振周期的一半；和/或把所述导通时 间设置为，在检测到压电元件的正极电压或负极电压从所述极值上升或 下降到一预设电压值时断开所述开关。