[發(fā)明專利]SCEI接口電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310429556.8
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103490764A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宏濤;石東雨;王愛君;張寶強(qiáng);孟瑩梅
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于壓電效應(yīng)的能量回收技術(shù)，具體涉及一種新型能量回收接口電路。

背景技術(shù)

由于無線技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步，對便攜式電子設(shè)備和無線傳感器的供電設(shè)備的供電需求也與日俱增，目前這些設(shè)備大都以鋰電池為主。由于壽命所限，鋰電池在使用時需要更換電池，但是在某些場合下更換電池也是一項成本很高且不太現(xiàn)實的工作。所以，開展新的無線供能技術(shù)的研究己成為當(dāng)務(wù)之急?；趬弘娦?yīng)的能量回收系統(tǒng)是將自然界廣泛存在的機(jī)械振動能轉(zhuǎn)換為電能，該能量回收系統(tǒng)具有輸出功率大、對電子器件不產(chǎn)生電磁干擾、體積小、易于器件的小型化等優(yōu)點。目前，基于壓電效應(yīng)的能量回收系統(tǒng)的研究工作在國內(nèi)外均處于探索階段，尚有大量的理論和試驗問題需要解決，高效實用的能量回收接口電路在目前的專利和文獻(xiàn)中也很少，常見的接口電路有標(biāo)準(zhǔn)接口、SECE接口、

Parallel-SSHI接口、Series-SSHI接口。標(biāo)準(zhǔn)接口電路簡單且易于實現(xiàn)，但回收功率低并且會隨負(fù)載變化而變化；SECE接口電路的回收功率在理論上是標(biāo)準(zhǔn)接口的四倍且不會隨負(fù)載變化；Parallel-SSH和Series-SSHI接口電路的回收功率較SECE接口更大但會隨負(fù)載的變化而變化。這些接口電路尚遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足能量回收系統(tǒng)的需要，仍然需要不斷研究和開發(fā)高效實用的接口電路。

故，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種SCEI接口電路，英文全稱為Synchronous?Charge?Extraction?and?Inversion?Interface，即壓電能量回收接口電路。該接口電路和現(xiàn)有接口電路相比，不僅回收功率大并且回收功率不隨負(fù)載變化而變化。

SCEI接口電路包括如下結(jié)構(gòu)：由壓電片、電感L₁、電子開關(guān)S₁組成的L₁C_P振蕩電路（1），由四個二極管組成的全橋整流電橋D₁（2），由電感L₂、開關(guān)S₂、續(xù)流二極管D₂、濾波電容C_r組成的升壓降壓轉(zhuǎn)換器（3），外界負(fù)載R_L（4）；L₁C_P振蕩電路（1）依次連接全橋整流電橋D₁（2）、升壓降壓轉(zhuǎn)換器（3）和外接負(fù)載R_L（4）。

SCEI接口電路在每個機(jī)械振動周期內(nèi)進(jìn)行兩次能量回收，每次能量回收可分為能量提取、電壓翻轉(zhuǎn)、電路開路三個階段。在機(jī)械振動位移的極大值變化到極小值這半個機(jī)械振動周期中包含的能量提取、電壓翻轉(zhuǎn)、電路開路三個階段分別為：

（1）能量提取階段:當(dāng)機(jī)械振動位移達(dá)到最大值時，壓電片電壓V達(dá)到最大值V_P，開關(guān)S₂閉合，此時存儲在壓電片上的電能向電感L₂轉(zhuǎn)移，壓電片電壓V隨之下降。當(dāng)下降到γ·V_P時，開關(guān)S₂斷開，其中γ為L₁C_P振蕩電路的翻轉(zhuǎn)系數(shù)，0<γ<1。轉(zhuǎn)移至電感L₂中的電能隨后通過續(xù)流二極管D₂轉(zhuǎn)移到濾波電容C_r和負(fù)載R_L中。

（2）電壓翻轉(zhuǎn)階段：開關(guān)S₂斷開瞬間，開關(guān)S₁閉合，此時電感L₁、開關(guān)S₁、壓電片將組成L₁C_P振蕩回路。當(dāng)半個L₁C_P振蕩周期結(jié)束之后，開關(guān)S₁斷開，由于存在能量損失，壓電片電壓V由振蕩之前的γV_P翻轉(zhuǎn)為振蕩之后的-γ²V_P。

（3）電路開路階段：當(dāng)上述開關(guān)S₁斷開之后，壓電片流出的電流I為零，此后壓電片電壓V隨著振動位移逐漸向反方向變大，當(dāng)機(jī)械振動位移達(dá)到負(fù)的最大值時，壓電片的電壓V達(dá)到負(fù)的最大值-V_P，此時半個振動周期結(jié)束。