[發明專利]多振子微型振動式發電機功率輸出控制器

有效

• 申請號: 200710092465.4
• 申請日: 2007-07-20
• 公開（公告）號: CN101090249A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: 廖海洋;溫志渝;溫中泉;賀學鋒;劉海濤
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00;H02J7/00;H02J7/34;H02J1/10
• 代理公司: 重慶華科專利事務所
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明是關于微型振動式發電機功率輸出的控制器，更確切地說，本發明是關于用微型振動式發電機為無線傳感網絡、遙控系統和嵌入式結構電路等供電時的功率輸出控制器。屬于能源和電子技術領域。

背景技術

近年來，隨著微電子和微加工技術的快速發展，集成電路和微傳感器的尺寸不斷減小、功耗不斷降低，為無線傳感器網絡、遙控系統和嵌入式結構電路等的構建創造了很好的條件。無線傳感器網絡和嵌入式結構電路在建筑物監測、環境監測、汽車胎壓監測、機械故障診斷等領域都有廣泛的應用前景。目前，嵌入式無線傳感發射電路一般采用電池供電，但隨著網絡節點數的增加和傳感器尺寸的減小，電池的更換或重新充電導致系統的維護成本大大增加，不利于無線傳感器網絡的普及。因此，利用電磁、靜電、壓電等效應，通過拾振裝置將環境中的機械振動能轉換成電能，成為可供選擇的電源方案之一。

利用電磁、靜電、壓電等效應設計制作出的單振子微型振動式發電機已見一些報道，在微小尺寸和體積的限制條件下，振子振動產生的電荷輸出功率一般在十幾微瓦到幾百微瓦之間，通過一般的整流、濾波和儲能控制電路不能連續為無線傳感器網絡發射模塊供電，特別是發射模塊瞬時發射功率在幾個毫瓦以上時。

發明內容

本發明的目的是克服單振子微型振動式發電機通過一般的整流、濾波和儲能控制電路不能連續為瞬時發射功率大的無線傳感器網絡發射模塊供電的問題，提供一種多振子振動發電機功率輸出控制電路，使微型振動式發電機能連續穩定地向無線傳感器網絡發射模塊供能。

本發明的技術方案如下：

一種多振子微型振動式發電機功率輸出控制器，它包括：

一個以上微型振動式發電機振子作為主振子，其引出線連接到主整流電路，主整流電路接主儲能器，對主儲能器充電儲能；所述主儲能器分別接電子開關、滯回比較器和輔助補充能量控制電路，通過電子開關向工作負載輸出功率；所述滯回比較器分別接開關控制電路和輔助補充能量控制電路，所述開關控制電路接電子開關，滯回比較器對主儲能器電壓取樣，根據設定電壓高限閾值和低限閾值，通過開關控制電路對電子開關進行關斷或接通；所述電子開關接輸出濾波器后輸出電功率，為無線傳感器網絡、遙控系統和嵌入式結構電路等負載供能。

一個微型振動式發電機振子作為輔助振子，其引出線連接到輔整流電路，輔整流電路接濾波器；所述濾波器分別接穩壓電路和輔助補充能量控制電路，通過濾波器、穩壓電路形成直流電壓；所述穩壓電路分別接滯回比較器、電子開關和開關控制電路，為滯回比較器、電子開關、開關控制電路提供工作電壓；所述輔助振子經輔整流電路、濾波器后產生的富裕功率在電子開關接通期間通過輔助補充能量控制電路補充輸出到工作負載上。

所述主振子為n個，n≥1，每個振子分別接一個整流電路，再接一個電阻R后接到主儲能器，提高充電電流和輸出功率。

本發明提到的多振子微型振動式發電機可以有多種結構形式，一種是在微型振動式發電機內部至少設兩個以上相同結構、相同諧振頻率的機械振子，一個作為輔助振子，一個以上作為主振子。

另一種多振子結構方案是采用至少兩個以上相同結構、相同諧振頻率的單振子微型振動式發電機相組合，一個作為輔助發電機，一個以上作為主發電機。

另外還可以有其他的多振子微型振動式發電機形式，它們的輸出均適于采用本發明的功率輸出控制器。

本發明的多振子微型振動式發電機功率輸出控制器可應用于連續振動環境中的分布式系統、無線傳感器網絡、生物植入裝置或嵌入式監測裝置等系統的供電控制。它與現有技術相比，有如下積極效果。

1.采用主—輔振子工作結構，由輔助振子產生電功率使控制電路迅速工作切斷主振子供電給工作負載的回路，可靠讓主儲能器無泄漏充電儲能。一旦主儲能器儲備功率達到工作負載要求，迅速使主儲能器與工作負載接通輸出功率，能滿足如無線傳感器網絡發射模塊這樣的負載間歇式消耗大功率的要求。而一般采用單振子結構充電儲能無法使負載正常工作。

2.功率控制器電路自身的功耗很低，一般在幾十微瓦以下，當主儲能器與工作負載接通后，輔助振子產生的富裕功率會自動補充到主回路，無功率浪費現象。

3.主振子發電平均功率大于負載消耗平均功率時，輸出電壓會穩定在設定值而不會持續升高，可保護負載不被損壞。當主儲能器儲備的功率不能維持瞬態大功率消耗時，主回路將自動關斷，進行新的充電儲能，控制器工作安全可靠。

附圖說明

圖1是本發明功率輸出控制器的電路原理方框圖；

圖2是發電機主振子1、整流電路2為兩路以上的電路原理框圖；