[發明專利]一種帶有冷啟動功能的壓電能量收集系統及其方法

在審

• 申請號: 201910755117.3
• 申請日: 2019-08-15
• 公開（公告）號: CN110417294A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 程心;程波;邵婉靜
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/32;H02J7/34
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種帶有冷啟動功能的壓電能量收集系統及其方法，該系統包括：P?SSHI整流模塊、冷啟動模塊、電荷泵模塊和多輸出負載模塊，其中冷啟動模塊包括：電壓調整單元、連接控制單元和電平移位器。本發明通過動態連接壓電材料區域，收集能量幫助系統在冷狀態下進行啟動，并能提升能量收集效率，當系統成功進行冷啟動，收集到足夠的能量后，能同時對不同功率的負載進行供電，達到多輸出負載的目的。

技術領域

本發明涉及電源管理芯片領域，具體說是一種應用于壓電能量收集的接口電路及其冷啟動控制方法。

背景技術

隨著物聯網技術的深入發展，關于無線傳感器網絡節點的自供電問題引起了全球學者的廣泛興趣；目前主要思路是采用接口電路從環境中收集能量用來給節點電路供電，在收集振動能時，最常用的就是FBR技術，但是傳統FBR技術存在整流效率低和整流損耗大等缺點?；贔BR技術，能大大提升整流效率的P-SSHI技術被提出；然而當系統振動源激勵水平低或者系統儲存能量低的情況下，P-SSHI電路存在冷啟動的問題，這與能量收集系統能否正常工作密切相關，故仍是等待解決的問題。

目前關于P-SSHI的能量收集技術中，冷啟動問題依然很少有人去探索和解決，在自供電的系統中，如果不能解決冷啟動問題，那么實際應用中就不具備實際可操作性。

發明內容

本發明為克服現有壓電能量收集技術存在的問題，提出一種帶有冷啟動功能的壓電能量收集系統及其方法，以期在系統處于冷態時能動態連接壓電材料區域，幫助系統擺脫冷態并增加能量收集效率，從而讓壓電能量收集系統在實際應用場景中能夠正常工作。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明一種帶有冷啟動功能的壓電能量收集系統的特點包括：P-SSHI整流模塊、電荷泵模塊、冷啟動模塊和多輸出負載模塊；

所述P-SSHI整流模塊包括：峰值檢測單元、開關控制單元、FBR整流單元、第一電平移位器和NMOS開關管；

所述多輸出負載模塊包括：第一負載電容C_L、第二負載電容C_DD、PMOS開關管和負載單元；所述PMOS開關管的源極與第一負載電容C_L的一端相連，所述PMOS開關管的漏極與第二負載電容C_DD的一端相連；

所述冷啟動模塊包括：電壓調節單元、連接控制單元和第三電平移位器；

所述壓電能量收集系統的振動源由等效電流源I_P和等效電容C_P并聯而成，并將所述振動源等效成兩組電流源和電容組成，分別記為I₁和C₁，I₂和C₂；所述NMOS開關管的漏極和第一組電流源I₁相連，所述NMOS開關管的源極與第二組電流源I₂相連；

當所述壓電能量收集系統處于冷狀態時，所述壓電能量收集系統由第一組電流源I₁供電；