[发明专利]一种非分时复用单电感太阳能压电多输入采集接口电路

说明书

本发明公开了一种非分时复用单电感太阳能压电多输入采集接口电路，包括压电元件、整流桥电路、正负峰值检测电路、电压转换电路、升降压电路、输入比较电路、控制电路、电感L、储能电容C_sto、负载R_L、太阳能电池。所述的储能电容C_sto、电感L是升降压电路的组成元件，所述的整流桥电路将压电元件输出的交流电压转化为直流电压，正负峰值检测电路在压电元件输出电压达到峰值后与控制电路协同作用，使电感L与压电元件内部等效电容产生LC谐振，将压电元件的能量提取到电感L上，并通过二极管的整流作用将电感L上的能量转移到储能电容C_sto中，整体电路完全自供电，采用单电感的形式实现了太阳能与振动能分时与同时采集，提高了采集效率。

技术领域

本发明属于复合能量采集技术领域，具体涉及一种非分时复用单电感太阳能压电多输入采集接口电路。

背景技术

无线传感网络具有广泛的应用场景，如建筑物的温度和湿度传感、工业控制和健康监测，目前，大多数无线传感网络节点使用的都是化学电池，化学电池在使用过程中具有能量密度高，使用成本较为合理的特点，然而化学电池必须更换或充电，在偏远地区或者高危环境下，更换化学电池会带来较大的成本，并且化学电池的广泛使用会给环境造成巨大的污染，如果无线传感网络能够收集环境的能量实现自主供电，就能取代无线传感网络中成千上万的化学电池，并有利于延长设备的工作时间，自然环境中存在丰富的太阳能、振动能、热能、磁能等多种能量，采集和存储自然界中的能量并加以利用具有广阔的工程应用前景，自然界的振动能如人类活动、波浪起伏运动、大型工程机械振动等广泛存在，因此振动能在各个领域都有广泛的应用，压电材料具有能量密度高、结构简单、高压电输出、不发热、无电磁干扰的特点，使用压电材料采集振动能成为了环境振动能量采集的主要方式之一。

由于在压电和太阳能在环境中可以广泛获得，因此在众多自然界的能量中尤其具有吸引力，人们对这种能源的采集进行了大量的实验研究，根据压电元件的机电耦合特性，压电元件产生的电能是交流的，因此在压电元件与负载之间需要接入一个带有整流电路的接口电路，最简单的方法是由一个整流桥和存储电容组成的标准能量采集电路，但是这种能量采集电路的效率很低，同时存在较多的限制，为了提高采集的效率，在标准能量采集电路的基础上，人们提出了同步电荷提取电路，通过电感与压电材料内部等效电容构成LC谐振将压电材料内部等效电容的能量全部提取到电感上，并通过二极管将电感的能量转移到电阻中，在采集过程中，始终保持电压与结构振动速度同向，理论与实验研究表明同步电荷提取电路的采集效率与外加负载无关，并且同步电荷提取电路与标准能量采集电路相比，采集的功率提高了多倍，同步电荷提取电路的实现需要精确的开关控制策略，以保证在压电元件内部等效电容达到峰值时开关闭合，构成LC谐振电路，完成电能的转移，同时在对自然环境能量进行采集时，由于环境能量的不确定性，实现采集电路的自供电已经成为了衡量能量采集电路的重要指标，在实际应用场景中，太阳能与振动能会出现共同使用电感的情况，所以设计出一种自供电的非分时复用单电感太阳能压电多输入采集接口电路具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的：提出一种非分时复用单电感太阳能压电多输入采集接口电路，解决压电能量采集时的阻抗匹配问题，并且实现太阳能与振动能分时与同时采集。