[发明专利]一种压电能量收集接口电路及其工作原理

权利要求书

1.一种压电能量收集接口电路，其特征在于，包括压电发电机、片外电感、开关控制电路和储能电路，所述压电发电机跨接在片外电感的第一端和开关控制电路的输入端，所述片外电感的第二端与开关控制电路连接，所述开关控制电路的输出端与储能电路连接，所述片外电感采用大品质因数的电感。

2.根据权利要求1所述一种压电能量收集接口电路，其特征在于，所述储能电路包括第一滤波电容和第一负载电阻。

3.根据权利要求2所述一种压电能量收集接口电路，其特征在于，所述开关控制电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端与压电发电机的第一端连接，所述第一开关的第二端、片外电感的第二端和第二开关的第一端相连，所述第二开关的第二端、第一滤波电容的第一端和第一负载电阻的第一端相连。

4.根据权利要求1所述一种压电能量收集接口电路，其特征在于，所述储能电路包括第二滤波电容、第三滤波电容、第二负载电阻和第三负载电阻。

5.根据权利要求4所述一种压电能量收集接口电路，其特征在于，所述开关控制电路包括第三开关、第四开关和第五开关，所述第三开关的第一端与压电发电机的第一端连接，所述第三开关的第二端、片外电感的第二端、第四开关的第一端和第五开关的第一端相连，所述第四开关的第二端、第二滤波电容的第一端和第二负载电阻的第一端相连，所述第五开关的第二端、第三滤波电容的第一端和第三负载电阻的第一端相连。

6.根据权利要求3所述一种压电能量收集接口电路，其特征在于，进行电荷提取之前，压电发电机的输出电压进行三次翻转，工作原理如下：

在压电发电机输出交流电流从正到负穿过零点前，第一开关和第二开关均断开；

交流电流对压电发电机的内部电容正向充电，压电发电机两端电压差增大；

输出交流电流从正到负穿过零点时，第一开关闭合，片外电感与压电发电机的内部电容形成谐振电路，压电发电机的内部电容上的能量转化成片外电感的磁能，再转换为方向相反的电压并存储在内部电容上，实现电容两端电压由正电压翻转至负电压；

电压翻转结束，断开第一开关，交流电流为压电发电机的内部电容正向充电，压电发电机两端电压差增大；

输出交流电流从负到正穿过零点时，第一开关闭合，片外电感与压电发电机的内部电容形成谐振电路，压电发电机的内部电容上的能量转化成片外电感的磁能，再转换为方向相反的电压存储在内部电容上，实现电容两端电压由负电压翻转至正电压；

电压翻转结束，断开第一开关，交流电流为压电发电机的内部电容正向充电，压电发电机两端电压差增大；

输出交流电流从正到负穿过零点时，第一开关闭合，片外电感与压电发电机的内部电容形成谐振电路，压电发电机的内部电容上的能量转化成片外电感的磁能，再转换为方向相反的电压存储在内部电容上，实现电容两端电压由正电压翻转至负电压；

电压翻转结束，断开第一开关，交流电流为压电发电机的内部电容反向充电，压电发电机两端电压差增大；

输出交流电流从负到正穿过零点时，第一开关闭合，发生电荷提取过程，片外电感与压电发电机的内部电容形成谐振电路，压电发电机的内部电容上的能量转化成片外电感的磁能，压电发电机两端电压为零；

断开第一开关、闭合第二开关，片外电感上能量转移至由第一滤波电容和第一负载电阻组成的储能电路。

7.根据权利要求5所述一种压电能量收集接口电路，其特征在于，进行电荷提取之前，压电发电机的输出电压进行两次翻转，工作原理如下：

压电发电机输出交流电流从正到负穿过零点前，第三开关、第四开关和第五开关均断开；

交流电流对压电发电机的内部电容正向充电，压电发电机两端电压差增大；

压电发电机输出交流电流从正到负穿过零点时，第三开关闭合，片外电感与压电发电机的内部电容形成谐振电路，压电发电机的内部电容上的能量转化成电感的磁能，再转换为方向相反的电压存储在内部电容上，实现电容两端电压由正电压翻转至负电压；

电压翻转结束，断开第三开关，交流电流为压电发电机的内部电容反向充电，压电发电机两端电压差增大；

输出交流电流从负到正穿过零点，第三开关闭合，片外电感与压电发电机的内部电容形成谐振电路，压电发电机的内部电容上的能量转化成电感的磁能，再转换为方向相反的电压存储在内部电容上，实现电容两端电压由负电压翻转至正电压；

电压翻转结束，断开第三开关，交流电流为压电发电机的内部电容正向充电，压电发电机两端电压差增大；

输出交流电流从正到负穿过零点时，第三开关闭合，发生电荷提取过程，片外电感与压电发电机的内部电容形成谐振电路，压电发电机的内部电容上的能量转化成电感的磁能，压电发电机两端电压为零；

断开第三开关、闭合第五开关，片外电感上的能量转移至第三滤波电容和第三负载电阻；

压电发电机输出交流电流从负到正穿过零点前，第三开关、第四开关和第五开关均断开；

交流电流为压电发电机的内部电容反向充电，压电发电机两端电压差增大；

输出交流电流从负到正穿过零点时，第三开关闭合，片外电感与压电发电机的内部电容形成谐振电路，压电发电机的内部电容上的能量转化成电感的磁能，再转换为方向相反的电压存储在内部电容上，实现电容两端电压由负电压翻转至正电压；

电压翻转结束，断开第三开关，交流电流为压电发电机的内部电容正向充电，压电发电机两端电压差增大；

输出交流电流从正到负穿过零点时，第三开关闭合，片外电感与压电发电机的内部电容形成谐振电路，压电发电机的内部电容上的能量转化成电感的磁能，再转换为方向相反的电压存储在内部电容上，实现电容两端电压由正电压翻转至负电压；

电压翻转结束，断开第三开关，交流电流为压电发电机的内部电容反向充电，压电发电机两端电压差增大；

输出交流电流从负到正穿过零点时，第三开关闭合，发生电荷提取过程，片外电感与压电发电机的内部电容形成谐振电路，压电发电机的内部电容上的能量转化成电感的磁能，压电发电机两端电压为零；

断开第三开关、闭合第四开关，片外电感上能量转移至第二滤波电容和第二负载电阻。