CN104270033A - 一种自供电p-sshi电路 - Google Patents

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阚江明
庞帅
李文彬
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Abstract

本发明属于能量、电源、微电子技术领域，涉及一种用压电元件在环境中收集振动能量的P-SSHI电路。其特征是该P-SSHI电路在不需要电源情况下能较多的收集压电元件的能量，与现有的压电能量收集电路相比，该电路不仅适合在高振动水平收集较多能量，也适合在低振动水平有效收集能量，有效的提高了能量收集效率。

Description

一种自供电P-SSHI电路
技术领域
本发明属于能量、电源技术领域，涉及一种能量收集电路。该发明可以用压电元件在振动环境中收集能量，所收集的能量电路可以为人们日常生活提供方便。
背景技术
在最近几年中，节能减排、无线技术已经渗透在生活中每一个角落。归功于无线传感网络与低功耗技术的进步，能量收集器的研究和应用日益广泛。例如结构健康监测，全球定位***等这些与日俱增的应用便对能源的需求具有很大刺激。目前，环境中存在多种形式的能量，其能量密度如表1所示。
表1环境中能量密度
在振动能收集为电能的主要方式有三种类型：电磁，静电，压电。在上述三种基本转化中，压电转化越来越被许多研究人员所关注。
在压电收集接口电路方面，也有三种形式。
1.标准接口，用整桥电路和电容使得直流电压平整化。该整桥电路由4个二极管构成。
2.同步电荷提取电路。该由整桥电路和DC-DC变换器构成，它能够快速的提取电能，并且与压电振动保持同步。
3.同步开关电感电路(SSHI)，该电路由开关器件和压电元件串联或并联组成，继而分为串联同步开关电感电路S-SSHI和并联同步开关电感电路P-SSHI。开关器件由开关和电感构成。在换能器的最大处，开关闭合，压电元件的电容与电感组成振荡器，开关保持闭合直到压电元件的电压反向。这种非线性技术使得能量收集电路显著提升并适用于谐振结构。
由于同步开关电感电路SSHI电路能够在整个频段范围内收集较多的能量并适用于谐振结构，相应的缺点是输出功率只有在最优负载时能达到最大。
发明内容
本发明提供一种自供电并联同步开关电感(P-SSHI)电路。
1.技术问题是：问题一是需要额外的电源供电；问题二是能量收集效率差。
2.技术方案是：为解决上述问题，提出一种自供电并联同步开关电感(P-SSHI)电路。它包括2个检测器(检测器1，检测器2)，2个MOS管(MOS管M1，MOS管M4)，2个二极管(D3，D5)，2个开关器件(开关器件1，开关器件2)，1个整桥电路。
图1中，所述压电元件材料一般为锆钛酸铅(PZT)或聚偏氟乙烯(PVDF)，结构通常为矩形、三角形、圆形形式结构。压电元件在振动环境受到激励时，压电元件内部电荷随压电元件振动的位移同步变化产生交变电压。为方便阐述，假设振动的位移呈正弦变化，压电元件内部电荷会呈正弦变化。考虑到实际的振动环境下的波形可以分解为多个简单正弦的叠加。因此激励的实验条件可以等效为一个正弦电流源iP；压电元件在大部分频率范围内通常表现为容性。因此压电元件在振动时可以等效为一个正弦电流源iP和一个电容CP的并联，如图2所示。
所述P-SSHI电路原理如下，V12表示图4中节点1和节点2电压差。所述P-SSHI为对称结构，所述电路正半个周期为参考进行原理分析。
iP在进入正半周期前一瞬间前，节点1的电压为-VD，节点2的电压为VL+VD，整桥电路的电流从节点2流向节点1；iP在从负半周期进入正半周期时，由于节点1和节点2的电压差，M4导通，M1不导通。M4使得M2管导通。
本发明的效果和益处是：
1.本发明的P-SSHI电路自主供电，具有节能、环保等优点。
2.本发明的P-SSHI电路能够不仅适合在高振动水平收集较多的能量，也适合在低振动水平有效的收集能量。
附图说明
图1是自供电压电P-SSHI电路图。
图2是自供电压电P-SSHI等效电路图。
图3是自供电压电P-SSHI等效电路仿真波形图。其中(a)是正弦电流(b)是压电元件两端的电压，(c)是电感L的电流。
图4是自供电压电P-SSHI具体实施方式图。
具体实施方式
以下结合技术方案(如图4)详细叙述本发明的具体实施方式。图中所有的节点保持一致。
实施例：
1.按照图4所示，压电元件(PZT)贴设或埋入结构表面。输入端1，2接压电元件两端(没有极性)，输出端3，4接输出负载两端(输出电阻Rout或空载)。
2.当压电元件受到环境振动激励时，它会自主产生能量存储在外接电容Crect中。

Claims (4)

1.一种基于自供电P-SSHI电路。其特征是该P-SSHI电路在不需要电源情况下能较多的收集压电元件的能量，与现有的压电能量收集电路相比，该电路不仅适合在高振动水平收集较多能量，也适合在低振动水平有效收集能量，有效提高了能量收集效率。
2.根据权利1要求所述的一种基于自供电P-SSHI电路，所述P-SSHI电路包括2个检测器(检测器1，检测器2)，2个MOS管(MOS管M1，MOS管M4)，2个二极管(D3，D5)，2个开关器件(开关器件1，开关器件2)，1个整桥电路。
所述检测器1包括1个电阻R1，1个二极管D1，1个电容C1；所述检测器2包括1个电阻R2，1个二极管D2，1个电容C2；所述开关器件1包括1个二极管D4，1个MOS管M3；所述开关器件2包括1个二极管D6，1个MOS管M2；所述整桥电路由4个二极管(D7，D8，D9，D10)构成。
所述压电片一端分别与电阻R1一端，MOS管M1栅极端，二极管D4正极端，二极管D6负极端，MOS管M4的栅极端，电阻R2的一端，二极管D7的负极，二极管D8正极相连，电阻R1另一端与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极分别与MOS管(M1)的源极端，电容(C1)的一端相连，电容C1另一端分别与压电片的另一端，电感L一端，电容C2一端，二极管D9负极端，二极管D10正极端。所述MOS管M1的漏极端与二极管D3的正极相连，所述二极管D3负极端与MOS管M3的栅极端相连，所述MOS管M3的漏极端与二极管D4的负极端相连，所述电感的另一端分别与MOS管M3的源极，MOS管M2的源极相连；所述MOS管M2的栅极与二极管D5正极相连，所述MOS管的漏极与二极管D6正极相连；所述二极管D5负极与MOS管M4漏极端相连，所述MOS管M4源极端分别与电容C2一端，二极管D2的正极相连；所述二极管D2的负极分别与电阻R2一端相连；所述二极管D7正极，二极管D9正极都与地相连，所述二极管D8负极，二极管D10负极都与输出负载(电容Crect或电容Crect与电阻Rload并联)一端相连。输出负载(电容Crect或电容Crect与电阻Rload并联)另一端与地相连。
3.根据权利要求1或2所述的P-SSHI电路，其特征在于，整桥电路中二极管选用正向导通压降小、反向截至电流小的二极管。
4.根据权利要求1或2所述的P-SSHI电路，其特征在于，MOS管选用超低功耗型号。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105262352A (zh) * 2015-11-19 2016-01-20 中国人民解放军国防科学技术大学 宽频带压电发电用非线性接口电路及其直流电压控制方法
CN105553330A (zh) * 2015-12-08 2016-05-04 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 非线性压电能量回收接口电路电感设计及开关控制方法
CN106026719A (zh) * 2016-05-25 2016-10-12 西安电子科技大学 P-sshi有源整流电路及自供电电子设备
CN106411178A (zh) * 2016-10-25 2017-02-15 上海科技大学 电压同步多次翻转压电动能收集电路
CN108649834A (zh) * 2018-03-23 2018-10-12 佛山市顺德区中山大学研究院 一种新型压电能量采集接口电路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1848589A (zh) * 2006-04-26 2006-10-18 中南大学 能高效俘能和储能的压电俘能器
CN101582599A (zh) * 2009-05-19 2009-11-18 南京航空航天大学 回收振动能量的压电能量回收装置
CN103490764A (zh) * 2013-09-18 2014-01-01 南京航空航天大学 Scei接口电路
CN204271948U (zh) * 2014-09-24 2015-04-15 北京林业大学 一种自供电p-sshi电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1848589A (zh) * 2006-04-26 2006-10-18 中南大学 能高效俘能和储能的压电俘能器
CN101582599A (zh) * 2009-05-19 2009-11-18 南京航空航天大学 回收振动能量的压电能量回收装置
CN103490764A (zh) * 2013-09-18 2014-01-01 南京航空航天大学 Scei接口电路
CN204271948U (zh) * 2014-09-24 2015-04-15 北京林业大学 一种自供电p-sshi电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱莉娅: "压电多方位振动能量收集结构及其充电控制方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》, 30 June 2014 (2014-06-30) *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105262352A (zh) * 2015-11-19 2016-01-20 中国人民解放军国防科学技术大学 宽频带压电发电用非线性接口电路及其直流电压控制方法
CN105553330A (zh) * 2015-12-08 2016-05-04 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 非线性压电能量回收接口电路电感设计及开关控制方法
CN105553330B (zh) * 2015-12-08 2017-12-26 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 非线性压电能量回收接口电路电感设计及开关控制方法
CN106026719A (zh) * 2016-05-25 2016-10-12 西安电子科技大学 P-sshi有源整流电路及自供电电子设备
CN106411178A (zh) * 2016-10-25 2017-02-15 上海科技大学 电压同步多次翻转压电动能收集电路
CN108649834A (zh) * 2018-03-23 2018-10-12 佛山市顺德区中山大学研究院 一种新型压电能量采集接口电路

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