[發明專利]一種基于滯回控制技術的壓電能量采集電路

有效

• 申請號: 202210061041.6
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114389480B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 葉益迭;潘春彪;鮑晶偉;程漢;夏樺康;錢利波
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/32;H02J7/34;H02M3/04
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 程天鵬

本發明公開了一種基于滯回控制技術的壓電能量采集電路，特點是包括壓電換能器、整流器、采樣保持模塊、滯回窗口模塊、型號為LTC3127的降壓?升壓型DC/DC轉換器、第一儲能電容和負載電阻，采樣保持模塊設置有輸入端、能量輸出端和1/2開路電壓輸出端；優點是采用滯回窗口控制法，使用一個滯回窗口模塊實現滯回控制，整個滯回窗口模塊能夠使壓電換能器的輸出電壓穩定在1/2開路電壓附近，使壓電換能器的輸出功率始終處于最大功率點附近，從而使得輸出功率維持在較高的水平，整體電路控制原理簡單，功耗低，且最大功率點的跟蹤效率穩定并保持在較高水平。

技術領域

本發明涉及一種壓電能量采集電路，尤其是一種基于滯回控制技術的壓電能量采集電路。

背景技術

壓電換能器是一種利用壓電材料的壓電效應，對環境中的振動能量進行采集的裝置，利用壓電換能器產生電能給物聯網中的無線傳感器節點供電，能有效提高節點工作穩定性，延長節點壽命；然而，壓電換能器的輸出是隨環境能量變化的交流電，存在電能大小不穩定且總量不高的問題，而物聯網節點供電一般采用穩定的直流電，因此需要接口及電源管理電路來將壓電換能器輸出的交流電進行整流、提取、儲存、轉換等處理，才能得到負載適用的電源。

接口及電源管理電路一般包含整流和提取電路、能量儲存電路、穩壓電路等模塊，整流和提取電路將壓電換能器的輸出轉換為直流電壓并進行高效提取，由于在整流器輸出端可提取到的電能與負載密切相關，需要進行阻抗匹配方能實現最大功率輸出，另一方面，環境條件的改變，會影響輸入的振動能量，使得整流輸出的能量相應發生變化，最大功率點并不恒定，因此整流和提取電路大多包含最大功率點跟蹤電路，來進行阻抗匹配，使得整流輸出達到最大功率，提取到盡可能多的能量。

根據最大功率傳輸定理可得，當電路的輸出電壓為整流后開路電壓的1/2時，在整流器輸出端提取到的功率將達到最大，而當環境中的振動能量發生變化時，開路電壓也將隨之發生變化，最大功率點的輸出電壓也相應改變，因此，利用1/2開路電壓來實現最大功率點跟蹤是目前的常用技術之一；另一方面，很多系統中采用增量法、擾動法、恒壓法等算法用于最大功率點的跟蹤，然而無論是通過功率跟蹤還是電壓跟蹤，精確跟蹤方法總是需要較為復雜的控制方法、較多的硬件或軟件資源、較大的功耗、較長的時間等為代價，現有的最大功率點跟蹤電路很多采用微處理器進行算法優化從而實現動態控制，這類方法雖然跟蹤的效率較高，但需要給微處理器提供穩定的電源，不適用于振動環境能量微弱的場合，部分最大功率點跟蹤電路采用分立硬件電路，不需要微處理器，但電路結構復雜，功耗大，且跟蹤效率相對低下。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種控制原理簡單，功耗低的基于滯回控制技術的壓電能量采集電路，最大功率點的跟蹤效率穩定并保持在較高水平。