[發明專利]一種壓電振動能采集電路

在審

• 申請號: 202010744605.7
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN112072955A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 夏銀水;沈家輝;王家歡
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程天鵬

本發明公開了一種一種壓電振動能采集電路，特點是包括正峰值檢測模塊、負峰值檢測模塊、壓電片、電感、第一二極管、PMOS管、儲能電容和負載，壓電片的一端、正峰值檢測模塊的正極、負峰值檢測模塊的負極及PMOS管的柵極連接，壓電片的另一端、正峰值檢測模塊的負極、電感的一端、負峰值檢測模塊的正極及PMOS管的漏極連接，正峰值檢測模塊的輸出端、負峰值檢測模塊的輸出端、電感的另一端及第一二極管的正極連接，第一二極管的負極、儲能電容的正極及負載的一端連接，PMOS管的源極、儲能電容的負極及負載的另一端均接地；優點是通過偏置翻轉技術和同步電荷提取電路的融合，不但降低了輸出功率受負載的影響，而且有效提高能量采集效率。

技術領域

本發明涉及一種能量采集電路結構，尤其是一種壓電振動能采集電路。

背景技術

壓電式振動能量采集是一種利用壓電材料的壓電效應，對環境中的振動能進行采集的方法，由于壓電片的輸出電壓是交流信號，而一般的電子設備是由直流電源供電的，因此，在壓電片和電子設備之間需要一個接口電路，通過接口電路實現交流電壓到直流電壓的轉變。

現有的電路設計一般采用偏置翻轉技術和串聯同步開關電感電路融合的方法，但串聯同步開關電感電路的輸出功率受負載影響大，導致能量采集的效率低下。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能量采集效率較高的壓電振動能采集電路，而且能夠降低輸出功率受負載的影響。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種壓電振動能采集電路，包括正峰值檢測模塊、負峰值檢測模塊、壓電片、電感、第一二極管、PMOS管、儲能電容和負載，所述的壓電片的一端、所述的正峰值檢測模塊的正極、負峰值檢測模塊的負極及所述的PMOS管的柵極連接，所述的壓電片的另一端、所述的正峰值檢測模塊的負極、所述的電感的一端、所述的負峰值檢測模塊的正極及所述的PMOS管的漏極連接，所述的正峰值檢測模塊的輸出端、所述的負峰值檢測模塊的輸出端、所述的電感的另一端及所述的第一二極管的正極連接，所述的第一二極管的負極、所述的儲能電容的正極及所述的負載的一端連接，所述的PMOS管的源極、所述的儲能電容的負極及所述的負載的另一端均接地。

所述的正峰值檢測模塊包括第一PNP管、第一NPN管、第二二極管和第一電容，所述的負峰值檢測模塊包括第二PNP管、第二NPN管、第三二極管和第二電容，所述的壓電片的一端、所述的第二電容的一端、所述的第二NPN管的發射極、所述的第一NPN管的集電極、所述的第一PNP管的基極及所述的第二二極管的正極連接，所述的壓電片的另一端、所述的第三二極管的正極、所述的第二PNP管的基極及所述的第一電容的一端連接，所述的第二電容的另一端、所述的第三二極管的負極及所述的第二PNP管的發射極連接，所述的第二PNP管的集電極與所述的第二NPN管的基極連接，所述的第二NPN管的集電極、所述的第一二極管的正極及所述的第一NPN管的發射極連接，所述的第一NPN管的基極與所述的第一PNP管的集電極連接，所述的第一PNP管的發射極、所述的第二二極管的負極及所述的第一電容的另一端連接。以壓電片的一端作為第1引腳，以壓電片的另一端作為第2引腳，在正半周期，壓電片的第1引腳上的電壓高于第2引腳上的電壓，此時PMOS管關斷，當壓電片的兩端的電壓達到峰值時，第一NPN管導通，從而導致電感和壓電片形成一個回路，經過1/2個LC振蕩周期，壓電片內部寄生電容上積累的電荷通過電感完成翻轉；在負半周期，壓電片的第1引腳上的電壓低于第2引腳上的電壓，此時PMOS管導通，當壓電片的兩端的電壓達到峰值時，第二NPN管導通，從而導致電感和壓電片形成一個回路，經過1/4個LC振蕩周期，壓電片內部寄生電容上積累的電荷就會轉移到電感上，同時完成從了電能向磁能的轉換，電荷轉移完成后，電感上的電流達到最大值，由于壓電片內部寄生電容上的電荷全部釋放，壓電片兩端的電壓下降為零，導致第二NPN管關斷，即原先的回路斷開，此時電感、第一二極管、儲能電容和負載構成一個回路，電感上的電流通過第一二極管流向儲能電容和負載，完成了磁能向電能的轉換，從而實現了壓電振動能提取。