[發明專利]一種用于壓電能量收集的接口電路及其控制單元和方法

在審

• 申請號: 202010073359.7
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111277169A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 于瑋瑋;王莉菲
• 申請（專利權）人: 華大半導體有限公司
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 上海專尚知識產權代理事務所(普通合伙) 31305
• 代理人: 張政權;劉曉

本發明提供了一種用于壓電能量收集的接口電路，包括控制單元，用于在一適當時刻控制與所述壓電元件的儲能元件串聯的開關導通并控制所述開關的導通時間，實現壓電元件的正極電壓和負極電壓在所述開關導通時間內迅速翻轉，實現偏置翻轉，并進行壓電能量收集。所述控制單元還用于通過根據正極電壓和負極電壓變化的半周期點時刻來控制所述開關導通，并導通一預設時間，和/或在正極電壓或負極電壓達到極值時來控制所述開關導通，在正極電壓或負極電壓上升到一預設電壓值時，斷開所述開關來控制所述導通時間，所述預設時間遠小于正極電壓和負極電壓的變化周期，或所述預設電壓值為所述接口電路的整流電壓的分壓，從而防止振蕩，實現快速翻轉，以提高能量收集效率的效果。

技術領域

本發明涉及壓電能量收集領域，尤其涉及一種可用于實現并聯電感同步開關收集(Parallel Synchronized Switch Harvesting on Inductor(P-SSHI))技術的壓電能量收集的接口電路及其控制單元和方法。

背景技術

整流器接口電路的好壞是實現壓電能量收集多少的關鍵。雖然采用P-SSHI技術的整流器比采用單純二極管構成的整流器能夠收集更多的能量，但是，目前P-SSHI功能的實現主要是采用分立元器件的板集設計和微控制單元(Microcontroller Unit(MCU))的輔助。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種可用于P-SSHI技術的壓電能量收集的接口電路及其控制單元和方法。

依據本發明的一個方面，提供了一種用于壓電能量收集的接口電路，包括控制單元，用于產生控制與所述壓電元件的儲能元件串聯的開關導通并控制所述開關在一時間段內導通，而使得壓電元件的正極電壓和負極電壓在所述開關導通的時間段內迅速翻轉的導通控制信號，以最大化壓電能量收集。

依據本發明上述方面的接口電路，其中所述控制單元還用于通過根據正極電壓和負極電壓的變化周期和/或根據正極電壓或負極電壓到達極值來設置所述開關導通的時刻；和/或在所述開關導通后一預設時間，將所述開關斷開，和/或通過檢測所述正極電壓或負極電壓的上升沿，在正極電壓或負極電壓上升到一預設電壓值時，斷開所述開關來控制所述導通的時間段；和/或所述預設電壓值為所述經接口電路整流后電壓的分壓；和/或所述預設時間對應于儲能元件與所述壓電元件的等效電容的諧振周期的一半。

依據本發明上述方面的接口電路，其中所述控制單元包括比較裝置，用于將正極電壓和/或負極電壓與所述經接口電路整流后的電壓比較，以及與地電平相比較，以分別產生第一到第四控制信號中的一個或多個；和/或第一檢測裝置，用于通過所述第一到第四控制信號中的一個或多個來判斷正極電壓或負極電壓處于上升沿，以給出第一檢測信號和第二檢測信號；第二檢測裝置，用于把處于上升沿的正極電壓或負極電壓與一預設電壓值相比較，來檢測正極電壓或負極電壓是否上升到該預設電壓值，以獲得第三檢測信號；和/或第三檢測裝置，用于通過第三檢測信號來確定正極電壓和負極電壓的翻轉是否結束，以獲得翻轉檢測信號；和/或導通控制信號產生裝置，用于根據第一檢測信號、第二檢測信號和翻轉檢測信號來產生用于控制與儲能元件串聯的所述開關的導通控制信號。