[发明专利]一种自供电式电感同步开关压电能量采集电路

说明书

本发明公开了一种自供电式电感同步开关压电能量采集电路，包括端电压峰值检测电路、同步开关、全桥整流模块和充电管理模块，所述端电压峰值检测电路和同步开关由电容C1、三极管T1、三极管T2、三极管T3和三极管T4组成，全桥整流模块由二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4构成，充电管理模块由稳压管D5、三极管T5、三极管T6、三极管T7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和LT3009芯片构成。本发明仅使用一个电容进行峰值电压检测，没有常规电路中的任何有源电路，简化了电路结构，电路损耗降低。同时由四个三极管构成自动同步开关，LC并联谐振提高翻转电压，损耗显著减小，输出功率增加，效率提高，成本降低，可靠性也得到提高。

技术领域

本发明涉及电气开关技术领域，具体是一种自供电式电感同步开关压电能量采集电路。

背景技术

压电材料常被用来做智能设备或传感器中，这是利用了压电材料中的压电效应。压电效应是指某些电介质材料中的机械能与电能相互转换的一种现象。压电效应包括:正压电效应和逆压电效应。而此次发明压电能量采集主要是应用正压电效应，即：当电介质受到沿一定方向外力的作用而变形时，压电晶体内部发生电极化，相应的在受力的两个相对表面上产生极性相反的电荷，这种现象称之为正压电效应。当外力撤去后，压电晶体会自动恢复到不带电的状态。如果外力作用方向发生变化，电荷的极性也发生相应变化。

由于压电材料输出的交流电，不能直接给电子设备供电，因此在压电材料和负载之间需要一个具有整流、电压调节甚至最大功率跟踪等功能的接口电路。最简单的接口电路是标准能量俘获电路(Standard Energy Harvesting，SEH)，由全桥整流电路和一个滤波电容构成。虽然SEH电路结构简单、可靠性高，但是其能量收集的效率非常低，而且输出功率容易受负载大小的影响。为了提高压电振动能的俘获效率，有研究人员提出了一些非线性能量俘获电路，主要包括并联同步开关电感电路(Parallel Synchronized SwitchHarvesting on Inductor，P-SSHI)、串联同步开关电感电路(Series SynchronizedSwitch Harvesting on Inductor,s-SSHI)和同步电荷提取电路(Synchronous ElectricCharge Extraction,SECE),这些非线性能量采集电路可有效提高压电振动能的俘获效率，但是这些电路的高效性非常依赖于对开关的精准控制，因而大部分电路都需要采用外部电源供电的开关控制模块，这就导致整个压电振动能量俘获系统必须借助外部电源才能启动，能量一旦耗尽，整个系统也将瘫痪。

因而有研究人员提出了通过无源的峰值检测电路来控制开关，相比于有源的开关控制模块，无源的峰值检测电路可以实现自启动，虽然对开关的控制不如有源的控制模块精确，但仍然能够简化电路拓扑，去除额外电源控制，更加便捷且能够提高能量采集的效率。

美国专利Eltamaly A M,Addoweesh K.Self power SSHI circuit forpiezoelectric energy harvester中提出一种自供电并联同步开关电感电路，该电路由两个并联电容进行峰值电压检测并控制同步开关导通关断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自供电式电感同步开关压电能量采集电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：