一种用于触发双稳态能量采集系统的自感知激励电路技术方案

本发明专利技术公开了一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路，包括自感知电路、自动切断电路和开关放大电路，所述自感知电路和自动切断电路均与开关放大电路相连接，所述自感知电路、自动切断电路和开关放大电路均用于与双稳态能量采集系统相连接；该一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路能量消耗极低，不依赖任何辅助设备。

Self sensing excitation circuit for triggering a high energy moving orbit of a bistable energy harvesting system

The invention discloses a known excitation circuit used to trigger bistable energy acquisition system with high energy movement track inductance, including sensing circuit, automatic cut-off circuit and a switch amplifying circuit, the self sensing circuit and automatic shutoff circuit are connected with the switch amplifying circuit, the self sensing circuit, automatically cut off the circuit and switch amplifier circuit were used in connection with the bistable energy acquisition system; the trigger for a bistable energy acquisition system in high energy orbit self sensing excitation circuit of energy consumption is very low, without any auxiliary equipment.

【技术实现步骤摘要】
用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路
本专利技术属于电路
，具体涉及一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路。
技术介绍
近年来，能源需求的增长与能源短缺之间的矛盾日益突出，人们将视野逐步转变到对新能源的寻找。同时，随着科技的发展，无线传感网络、微电子系统以及便携式电子设备等技术日益发展成熟，逐步向着微型化、低功耗方向发展，而这些应用都需要电能供给，传统的方法是采用电池供电或者有线供电。众所周知，电池的使用寿命有限，且更换不方便；而有线供电技术则需要辅线，工程复杂，成本较高，且需要不间断的维修和维护。为克服旧能源的弊端，充分利用新能源技术来实现电能的供给就显得格外有意义。随着低功耗大规模集成电路(LSIC)技术和先进电源管理技术的发展进步，使得微型传感器和低功耗数字信号处理器(DSP)的功率可以被控制在lmW以下，如此低的功耗使的收集周围环境中的能量为微型传感器或其他电子器件进行供电(即自供能技术)成为可能，利用环境能量采集技术为无线传感网络进行能量供给，已逐渐成为一项目前研究的前沿课题。振动能作为一种广泛存在于自然界中的能量形式，如何有效的采集和利用振动能量成为了研究热点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种能量消耗极低，不依赖任何辅助设备的用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路，包括自感知电路、自动切断电路和开关放大电路，所述自感知电路和自动切断电路均与开关放大电路相连接，所述自感知电路、自动切断电路和开关放大电路均用于与双稳态能量采集系统相连接。该自感知电路用于产生开关放大电路所需的开关驱动信号，还用于收集双稳态能量采集系统振动过程中产生的能量；该自动切断电路用于：当双稳态能量采集系统运行在低能量轨道时，该自动切断电路使该自感知激励电路导通并自动激励；当双稳态能量采集系统运行在高能量轨道时，所述自动切断电路使该自感知激励电路断开并停止激励。进一步地，该自感知电路包括依次相连接的极值电子开关电路、能量存储电路和整流电路，所述极值电子开关电路包括相连接的极大值电子开关和极小值电子开关，所述极大值电子开关的输入端用于与第一压电元件相连接，所述极小值电子开关的输出端与整流电路相连接；该极大值电子开关包括第一二极管、第一电容、第一三极管和第三三极管，第一二极管的阳极用于通过第一电阻与第一压电元件的一端连接于点a，所述第一二极管的阴极用于通过第一电容与第一压电元件的另一端连接于点b；第一二极管的阴极还与第一三极管的发射极相连接，第一三极管的基极与点a连接，第一三极管的集电极与第三二极管的阳极相连接，第三二极管的阴极与第三三极管的基极相连接，第三三极管的集电极与第五二极管的阴极相连接，第五二极管的阳极与点a连接；第三三极管的发射极与第七二极管的阴极连接于点c；第七二极管的阳极与电感的输入端相连接，与电感的输出端连接于点b；点c和点d间连接有负载电阻。该极小值电子开关包括第六二极管、第四三极管、第三二极管、第二三极管、第二二极管和第八二极管；第六二极管的阴极与点a连接；第六二极管的阳极与第四三极管的集电极相连接；第四三极管的发射极与第八二极管的阳极相连接于点d，第八二极管的阴极与电感的输入端相连接；第四三极管的基极与第三二极管的阳极相连接，第三二极管的阴极与第二三极管的集电极相连接，第二三极管的基极与点a连接；第二三极管的发射极与第二二极管的阳极连接于点e，第二二极管的阴极与第二电阻的一端相连接，第二电阻的另一端连接于点a；点e与第二电容的输入端相连接，第二电容的输出端与点b连接。该储能电路包括储能电容，储能电容的正极连接于点c，储能电容的负极连接于点d，点c和点d间连接有负载电阻；该整流电路包括第九二极管和第十二极管，第九二极管的阴极与点a连接，第九二极管的阳极与开关放大电路相连接；第十二极管的阳极与点b连接，第十二极管的阴极与开关放大电路相连接。进一步地，该开关放大电路包括相连接的泄电回路和升压电路，泄电回路包括第一mos管，第一mos管的栅极和源极间并联有第七电阻，第一mos管的栅极与第九二极管的阳极相连接，第一mos管的源极与第十二极管的阴极相连接；第一mos管的源极还用于与第二压电元件相连接，第一mos管的栅极与升压电路的正极相连接，升压电路的负极用于与第二压电元件相连接。进一步地，该自动切断电路包括相连接的标准采能电路和两个级联的mos管，所述标准采能电路的输入端用于与第三压电元件相连接；所述两个级联的mos管包括第二mos管和第三mos管，所述第二mos管的漏极与第三mos管的栅极相连接，所述第三mos管的漏极与升压电路的正极相连接；所述第三mos管的源极与f点连接；所述第二mos管的源极与f点连接；所述第二mos管的栅极与第六电阻的一端相连接，第六电阻的一端还与第五电阻的一端相连接，第五电阻的另一端与标准采能电路连接于点g，点g与第三电阻的一端相连接，第三电阻的另一端与第四电阻相连接，第四电阻的另一端连接于点f，点f与标准采能电路相连接。进一步地，该述标准采能电路包括并联连接的两组二极管组，并联连接后，其连接点分别与点g和点f连接，点g和点f间还并联有第三电容。进一步地，该两组二极管组包括第十一二极管、第十二二极管、第十三二极管和第十四二极管，第十二二极管的阴极与第十一二极管的阳极连接于点h，第十一二极管的阴极与第十四二极管的阴极连接于点g，第十四二极管的阳极与第十三二极管的阴极连接于点i，第十三二极管的阳极与第十二二极管的阳极连接于点f；点h用于与第三压电元件的一端相连接，点i用于与第三压电元件的另一端相连接。进一步地，该双稳态能量采集系统为磁式悬臂梁能量采集装置，悬臂梁的根部通过对应的第一压电元件和第二压电元件与自感知电路和自动切断电路相连接，悬臂梁的自由端通过第三压电元件与开关放大电路相连接；悬臂梁的自由端还设置有第四压电元件，第四压电元件用于通过其产生的电压来反映该双稳态系统振动的强弱。本专利技术还公开了上述一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路的工作方法，该工作方法如下：自感知电路产生开关放大电路所需的开关驱动信号，开关放大电路接收所述开关驱动信号，提供第二压电元件所需的激励电压信号，促使双稳态系统运行在高能量轨道；同时自感知电路收集双稳态系统振动过程中产生的能量；当双稳态系统运行在高能量轨道时，自动切断电路；当双稳态系统运行在高能量轨道时，自动导通。本专利技术一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路具有如下优点：(1)能量消耗极低，不依赖任何辅助设备。(2)采用自动切断电路，在高能量轨道后，自动切断电路，在低能量轨道时，自动导通，节约了系统的能耗。附图说明图1是本专利技术一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路的系统结构示意图；图2是本专利技术一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路的结构示意图；图3是本专利技术中自感知电路的结构示意图；图4是本专利技术中开关放大电路的结构示意图；图5是本专利技术中自动切断电路的结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路，其特征在于，包括自感知电路(1)、自动切断电路(2)和开关放大电路(3)，所述自感知电路(1)和自动切断电路(2)均与开关放大电路(3)相连接，所述自感知电路(1)、自动切断电路(2)和开关放大电路(3)均用于与双稳态能量采集系统相连接；所述自感知电路(1)用于产生开关放大电路(3)所需的开关驱动信号，还用于收集双稳态能量采集系统振动过程中产生的能量；所述自动切断电路(2)用于：当双稳态能量采集系统运行在低能量轨道时，所述自动切断电路(2)使该自感知激励电路导通并自动激励；当双稳态能量采集系统运行在高能量轨道时，所述自动切断电路(2)使该自感知激励电路断开并停止激励。

【技术特征摘要】
1.一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路，其特征在于，包括自感知电路(1)、自动切断电路(2)和开关放大电路(3)，所述自感知电路(1)和自动切断电路(2)均与开关放大电路(3)相连接，所述自感知电路(1)、自动切断电路(2)和开关放大电路(3)均用于与双稳态能量采集系统相连接；所述自感知电路(1)用于产生开关放大电路(3)所需的开关驱动信号，还用于收集双稳态能量采集系统振动过程中产生的能量；所述自动切断电路(2)用于：当双稳态能量采集系统运行在低能量轨道时，所述自动切断电路(2)使该自感知激励电路导通并自动激励；当双稳态能量采集系统运行在高能量轨道时，所述自动切断电路(2)使该自感知激励电路断开并停止激励。2.按照权利要求1所述的一种用于触发双稳态能量采集系统高能量运动轨道的自感知激励电路，其特征在于，所述自感知电路(1)包括依次相连接的极值电子开关电路(1-1)、能量存储电路(1-2)和整流电路(1-3)，所述极值电子开关电路(1-1)包括相连接的极大值电子开关(1-11)和极小值电子开关(1-12)，所述极大值电子开关(1-11)的输入端用于与第一压电元件(4)相连接，所述极小值电子开关(1-12)的输出端与整流电路(1-3)相连接；所述极大值电子开关(1-11)包括第一二极管(D1)、第一电容(C1)、第一三极管(Q1)和第三三极管(Q3)，所述第一二极管(D1)的阳极用于通过第一电阻(R1)与第一压电元件(4)的一端连接于点a，所述第一二极管(D1)的阴极用于通过第一电容(C1)与第一压电元件(4)的另一端连接于点b；所述第一二极管(D1)的阴极还与第一三极管(Q1)的发射极相连接，所述第一三极管(Q1)的基极与点a连接，所述第一三极管(Q1)的集电极与第三二极管(D3)的阳极相连接，第三二极管(D3)的阴极与第三三极管(Q3)的基极相连接，第三三极管(Q3)的集电极与第五二极管(D5)的阴极相连接，所述第五二极管(D5)的阳极与点a连接；所述第三三极管(Q3)的发射极与第七二极管(D7)的阴极连接于点c；所述第七二极管(D7)的阳极与电感(L)的输入端相连接，所述与电感(L)的输出端连接于点b；所述点c和点d间连接有负载电阻(Rload)；所述极小值电子开关(1-12)包括第六二极管(D6)、第四三极管(Q4)、第三二极管(D3)、第二三极管(Q2)、第二二极管(D2)和第八二极管(D8)；所述第六二极管(D6)的阴极与点a连接；所述第六二极管(D6)的阳极与第四三极管(Q4)的集电极相连接；所述第四三极管(Q4)的发射极与第八二极管(D8)的阳极相连接于点d，所述第八二极管(D8)的阴极与电感(L)的输入端相连接；所述第四三极管(Q4)的基极与第三二极管(D3)的阳极相连接，所述第三二极管(D3)的阴极与第二三极管(Q2)的集电极相连接，所述第二三极管(Q2)的基极与点a连接；所述第二三极管(Q2)的发射极与第二二极管(D2)的阳极连接于点e，所述第二二极管(D2)的阴极与第二电阻(R2)的一端相连接，所述第二电阻(R2)的另一端连接于点a；点e与第二电容(C2)的输入端相连接，所述第二电容(C2)的输出端与点b连接；所述储能电路(1-4)包括储能电容(Crect)，所述储能电容(Crect)的正极连接于点c，所述储能电容(Crect)的负极连接于点d，所述点c和点d间连接有负载电阻(Rload)；所述整流电路(1-3)包括第九二极管(D9)和第十二极管(D10)，所述第九二极管(D9)的阴极与点a连接，所述第九二极管(D9)的阳极与开关放大电路(3)相连接；所述第十二极管(D10)的阳极与点b连接，所述第十二极管(D10)的阴极与开关放大电路(3)相连接。3.按照权利要求2所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐炜，王波，郑晓珂，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61