[发明专利]一种带有冷启动功能的压电能量收集系统及其方法

摘要

本发明公开了一种带有冷启动功能的压电能量收集系统及其方法，该系统包括：P‑SSHI整流模块、冷启动模块、电荷泵模块和多输出负载模块，其中冷启动模块包括：电压调整单元、连接控制单元和电平移位器。本发明通过动态连接压电材料区域，收集能量帮助系统在冷状态下进行启动，并能提升能量收集效率，当系统成功进行冷启动，收集到足够的能量后，能同时对不同功率的负载进行供电，达到多输出负载的目的。

主权项

1.一种带有冷启动功能的压电能量收集系统，其特征包括：P‑SSHI整流模块、电荷泵模块、冷启动模块和多输出负载模块；所述P‑SSHI整流模块包括：峰值检测单元、开关控制单元、FBR整流单元、第一电平移位器和NMOS开关管；所述多输出负载模块包括：第一负载电容C_L、第二负载电容C_DD、PMOS开关管和负载单元；所述PMOS开关管的源极与第一负载电容C_L的一端相连，所述PMOS开关管的漏极与第二负载电容C_DD的一端相连；所述冷启动模块包括：电压调节单元、连接控制单元和第三电平移位器；所述压电能量收集系统的振动源由等效电流源I_P和等效电容C_P并联而成，并将所述振动源等效成两组电流源和电容组成，分别记为I₁和C₁，I₂和C₂；所述NMOS开关管的漏极和第一组电流源I₁相连，所述NMOS开关管的源极与第二组电流源I₂相连；当所述压电能量收集系统处于冷状态时，所述压电能量收集系统由第一组电流源I₁供电；当所述第一组电流源I₁达到过零时刻时，所述FBR整流单元对所述振动源的电压V_PT进行整流，得到整流后的电压用于给所述第一负载电容C_L和第二负载电容C_DD充电；当第二负载电容C_DD上的电压V_DD达到系统所需直流电压时，所述电荷泵模块将所述电压V_DD升压至高电平信号V_DDH，并作为三个电平移位器的移位电压；同时，所述电压调节单元输出电压调节信号Y_H给PMOS开关管的栅极，使得PMOS开关管关闭来维持第二负载电容C_DD所达到的系统所需直流电压；同时，所述连接控制单元输出连接控制信号C₀至第三电平移位器进行升压，得到升压后的连接控制信号C_H并传递给所述NMOS开关管的栅极，使得所述NMOS开关管打开，所述第一组电流源I₁和第二组电流源I₂连通，形成振动源的等效电流源I_P；所述峰值检测单元检测到等效电流源I_P的过零时刻时输出两个开关控制信号φ₁和φ₂，并由所述第一电平移位器进行升压，得到升压后的两个开关控制信号F₁和F₂并传递给所述开关控制单元，以使所述开关控制单元中的两个开关形成一开一关的状态，从而使得所述振动源的等效电容和开关控制单元中的电感能形成LC振荡回路，用于调整所述振动源的电压V_PT；所述FBR整流单元对调整后的振动源的电压V’_PT进行整流，得到整流后的振动源的电压V_L用于给所述第一负载电容C_L充电；当所述整流后的振动源的电压V_L达到PMOS开关管的失效电压时，所述负载单元对所述整流后的振动源的电压V_L进行降压，使得PMOS开关管恢复正常工作，以保持系统正常工作。