[发明专利]一种压电能量收集接口电路及其工作原理

说明书

本发明公开了一种压电能量收集接口电路及其工作原理，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。本发明具有高转换效率，无需最大功率跟踪且兼具功率增益与负载独立优点。本发明作为一种压电能量收集接口电路及其工作原理，可广泛应用于集成电路领域。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种压电能量收集接口电路及其工作原理。

背景技术

物联网技术与无线传感器网络的应用日益广泛，但是以电池为主的传统供电方案由于需要频繁更换、体积庞大，限制着无线传感器网络的发展。而能量收集技术可以从环境中收集能量为系统供电，从而大幅度延长系统的使用时间同时缩减系统体积，使其成为解决无线传感器网络供电问题的核心技术。由于压电换能器一般以交流形式输出电能，因此整流电路是最常见的压电能量收集接口电路。传统全桥整流电路在实现整流的同时，换能器对其内部电容的充放电浪费了大量能量，影响了能量收集效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种压电能量收集接口电路及其工作原理，具有高转换效率，无需最大功率跟踪且兼具功率增益与负载独立优点。

本发明所采用的技术方案是：一种压电能量收集接口电路，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。

进一步，所述储能电路包括第一滤波电容和第一负载电阻，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。

进一步，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，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。

进一步，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；