[發明專利]功率轉換器有效

申請號：	201610835716.2	申請日：	2010-12-21
公開（公告）號：	CN107026576B	公開（公告）日：	2019-07-09
發明（設計）人：	瓦迪姆·V·伊萬諾夫	申請（專利權）人：	德州儀器公司
主分類號：	H02M7/02	分類號：	H02M7/02;H02N2/18;H02J7/32
代理公司：	北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287	代理人：	林斯凱
地址：	美國得***	國省代碼：	美國;US
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摘要：
搜索關鍵詞：	功率轉換器
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【權利要求書】：

1.一種用于從耦合到振動源的壓電能量采集系統接收能量的功率轉換器，其包括：

(a)有源整流器，其接收表示從所述振動源采集的能量的輸出電壓和輸出電流，所述輸出電壓和所述輸出電流由壓電采集器產生，并且包括串聯耦合在采集器輸出導體與第一參考電壓之間的第一和第二開關、串聯耦合在所述采集器輸出導體與所述第一參考電壓之間的第三和第四開關、用于控制所述第三和第四開關的第一比較器以及用于控制所述第一和第二開關的第二比較器，所述壓電采集器的第一端子耦合到所述第一和第二開關與所述第一比較器的第一輸入之間的結，且所述壓電采集器的第二端子耦合到所述第三和第四開關與所述第二比較器的第一輸入之間的結，其中所述第一和第二比較器控制所述輸出電流的整流以給耦合在所述采集器輸出導體與所述第一參考電壓之間的電容充電，且其中所述第一和第二比較器還產生指示所述輸出電流的方向反轉的輸出信號；

(b)DC/DC轉換器，其具有耦合到所述采集器輸出導體的第一輸入、耦合到所述第一參考電壓的第二輸入以及用于向電池供應電流的輸出，所述DC/DC轉換器包括耦合到所述采集器輸出導體的電感器、耦合到所述電感器的第五開關以及耦合到所述電感器的整流裝置；

(c)第三比較器，其用于將所述采集器輸出導體上的電壓與第二參考電壓進行比較以確定何時停止所述電容放電到所述電感器中；及

(d)啟用電路，其分別耦合到所述第一和第二比較器的輸出，用于起始所述電容放電到所述電感器中且致使所述第五開關響應于每一次方向反轉進行切換操作以引導所述電感器中的電流進入所述電池中，以便實質上消除用于給所述壓電采集器的所述電容再充電的電力的浪費，其中所述啟用電路作為狀態機來操作，所述狀態機具有：第一狀態，其中由所述啟用電路產生的啟用信號處于邏輯“1”電平以啟用所述DC/DC轉換器；及第二狀態，其中所述啟用信號處于邏輯“0”電平以停用所述DC/DC轉換器，其中所述啟用電路響應于所述第三比較器的輸出從“1”電平變化到“0”電平而從所述第一狀態切換到所述第二狀態，且其中所述啟用電路響應于所述第一比較器的所述輸出從“1”電平變化到“0”電平或所述第二比較器的所述輸出從“1”電平變化到“0”電平而從所述第二狀態切換到所述第一狀態。

2.根據權利要求1所述的功率轉換器，其包括耦合在所述啟用電路的輸出與所述第五開關的控制端子之間的脈寬調制電路。

3.根據權利要求1所述的功率轉換器，其中所述第一和第二比較器中的每一者具有耦合到所述第一參考電壓的第二輸入。

4.根據權利要求1所述的功率轉換器，其中所述第二參考電壓大于所述第一參考電壓。

5.根據權利要求1所述的功率轉換器，其中所述振動源的頻率小于約2kHz。

6.根據權利要求2所述的功率轉換器，其中所述脈寬調制電路致使所述第五開關以多個兆赫的頻率進行切換。

7.根據權利要求6所述的功率轉換器，其中當所述啟用電路的所述輸出處于“1”電平時，所述脈寬調制電路致使所述第五開關以多個兆赫的頻率進行切換，且其中當所述啟用電路的所述輸出處于“0”電平時，所述脈寬調制電路保持所述第五開關斷開。

8.根據權利要求7所述的功率轉換器，其中所述DC/DC轉換器在小于約100微秒的時間間隔期間被啟用。

9.根據權利要求1所述的功率轉換器，其中所述整流裝置為同步整流器。

10.根據權利要求1所述的功率轉換器，其中所述DC/DC轉換器包括升壓轉換器、降壓轉換器或降壓-升壓轉換器。

11.根據權利要求1所述的功率轉換器，其中當所述輸出電流在第一方向上流動時，所述第一比較器響應于所述輸出電流的量值降到預定低值以下而從“1”狀態切換到“0”狀態，且其中當所述輸出電流在第二方向上流動時，所述第二比較器響應于所述輸出電流的量值降到所述預定低值以下而從“1”狀態切換到“0”狀態。

12.一種用于將采集的振動能量有效地傳送給能量存儲裝置的功率轉換器，其包括：

(a)有源整流器，其可耦合到AC輸出電壓和AC輸出電流用于整流所述AC輸出電壓和AC輸出電流以產生采集的DC輸出電壓和采集的DC輸出電流；