[發明專利]摩擦納米發電機的電源管理模塊、管理方法及能源系統

有效

• 申請號: 201710340738.6
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN108880241B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 張弛;李偉;王中林;席豐本;逄堯堃
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M7/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種摩擦納米發電機的電源管理模塊、管理方法和能源系統，屬于電力電子技術領域。其中電源管理模塊配置為電性連接于所述摩擦納米發電機的后端，包括整流電路和直流降壓電路，其中，整流電路電性連接于摩擦納米發電機后端，用于將摩擦納米發電機產生的信號進行整流，輸出第一直流信號；直流降壓電路電性連接于整流電路的后端，包含自主式開關電路，用于對所述第一直流信號降壓，輸出第二直流信號。本發明的電源管理模塊，能夠最大化、自主式釋放摩擦納米發電機的能量，并進行降壓變換，用于為儲能器件充電或直接驅動電子器件。

技術領域

本發明涉及電路管理領域，進一步涉及一種摩擦納米發電機的電源管理模塊，還涉及一種包括該電源管理模塊的能源系統，以及一種摩擦納米發電機的電源管理方法和摩擦電子學能量提取器。

背景技術

摩擦納米發電機在人體動能和環境機械能收集上已經展示出了很大優勢和應用潛力。IDTechEx公司研究報告預測2027年摩擦電能量收集在傳感器領域的市場規模就將達到4億美元，是具有廣闊市場前景的新能源技術。目前，摩擦納米發電機已經可以達到500W/m²輸出功率，從指標上看可以滿足許多低功耗系統的應用需求。但是，摩擦納米發電機受高輸出阻抗特性的制約，其對儲能器件的直接充電效率極低，也無法直接為用電器件供電，在日常電子系統中無法得到應用。摩擦納米發電機的推廣與實用化，必須要先解決好電源管理的瓶頸問題，只有將隨機的機械能轉換為持續穩定的電能輸出，才能滿足市面上電子器件的工作要求，真正實現摩擦納米發電機在生產、生活中的實際應用。

目前，還沒有基于摩擦納米發電機的電源管理模塊產品，針對摩擦納米發電機電源管理方法的研究也比較少。其中，基于機械開關的電源管理方式，由于開關數量和電壓變換比有限，系統結構設計非常復雜；基于傳統變壓器的電源管理，僅適用于高頻交流信號變壓且變壓器體積和質量較大；基于內部供電電子開關的電源管理，其電路體積大，內部漏電流大，需要預存電工作，電路效率有限。

因此，研制通用型、高效式、實用化的摩擦納米發電機電源管理模塊，是摩擦發電機在微能源應用領域亟待突破的核心技術。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的目的在于，提供一種摩擦納米發電機的電源管理模塊及能源采集管理系統，以解決以上所述的至少一項技術問題。

(二)技術方案

根據本發明的一方面，提供一種摩擦納米發電機的電源管理模塊，配置為電性連接于所述摩擦納米發電機的后端，包括整流電路和直流降壓電路，其中，

所述整流電路電性連接于摩擦納米發電機后端，用于將所述摩擦納米發電機產生的信號進行整流，輸出第一直流信號；

所述直流降壓電路電性連接于所述整流電路的后端，用于對所述第一直流信號降壓，輸出第二直流信號。

進一步的，整流電路包括第一輸出端和第二輸出端；直流降壓電路包括LC電路和開關電路，其中，所述第一輸出端通過所述開關電路連接至所述LC電路一端，所述第二輸出端連接至所述LC電路另一端；LC電路中的電容C的兩端配置為電源管理模塊中電壓的輸出端輸出所述第二直流信號。

進一步的，所述直流降壓電路還包括續流二極管，所述續流二極管連接至LC電路兩端，用于在所述開關電路斷開時與LC電路形成回路，為電感L能量的釋放提供回路。

進一步的，所述開關電路為自主式開關，包括電壓比較器與場效應晶體管，其中，所述電壓比較器的輸入端分別連接所述第一輸出端和第二輸出端，其輸出端連接至場效應晶體管的柵極；所述場效應管的柵極作為所述控制極，漏極和源極中的一個連接所述第一輸出端，作為輸入極；漏極和源極中的另一個作為輸出極，連接至LC電路一端。

進一步的，所述電壓比較器的供能由所述摩擦納米發電機提供。