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一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路制造技术

技术编号:20430353 阅读:97 留言:0更新日期:2019-02-23 10:30
本发明专利技术公开了一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路,包括并联同步开关电感整流电路和自适应开关控制电路;并联同步开关电感整流电路包括并联同步开关电感电路和桥式整流电路并联,并联同步开关电感电路由电感和开关支路串联构成,开关支路包括两条并联支路,一条支路由第五号二极管和PMOS开关串联而成,另一条支路由第六号二极管和NMOS开关串联而成;自适应开关控制电路包括参考电压电路、D触发器和比较器电路,整流电容的正整流电压端连接参考电压电路,所述参考电压电路为比较器电路提供输入参考电压。本发明专利技术减少电荷传输过程中的浪费,从而提高在器件固有频率外的输出功率。

A Piezoelectric Cantilever Voltage Automatic Regulating Circuit Based on Detecting Current Zero

The invention discloses a piezoelectric cantilever voltage automatic regulating circuit based on detecting current zero, which includes parallel synchronous switching inductance rectifying circuit and adaptive switching control circuit; parallel synchronous switching inductance rectifying circuit includes parallel synchronous switching inductance circuit and bridge rectifying circuit, parallel synchronous switching inductance circuit is composed of inductance and switching branch in series, switching branch. The circuit consists of two parallel branches, one branch is connected in series with the fifth diode and the PMOS switch, the other branch is connected in series with the sixth diode and the NMOS switch; the adaptive switch control circuit includes the reference voltage circuit, the D flip-flop circuit and the comparator circuit, and the positive rectifier voltage terminal of the rectifier capacitor is connected with the reference voltage circuit, which is provided for the comparator circuit. Input reference voltage. The invention reduces waste in the process of charge transmission, thereby improving the output power outside the natural frequency of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路
本专利技术属于压电振动能量收集领域,更具体的说,是涉及一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路。
技术介绍
通过压电悬臂梁将自然环境中的机械振动能量转化为电能为微型传感器节点供电是一个热点研究方向。常见的压电能量收集器件具有悬臂梁结构,在实际应用中其主要的限制是:当环境中的振动频率偏离压电能量收集器件的固有频率时候,压电能量收集器件的输出功率会急剧下降,从而限制了压电能量收集器件的宽频应用。传统的桥式整流器由于无法调节输出电流和压电能量器件端口电压相位,在整流过程中存在电荷的浪费,因此无法提高固有振动频率之外的输出功率。电压自动调理电路作为一种非线性技术可以调节压电能量收集器件的输出电流与输出电压相位关系,从而提高在器件固有频率外的输出功率。
技术实现思路
针对传统桥式整流电路存在电荷浪费的问题,本专利技术公开了一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路,可以根据外界振动频率实时控制电压翻转过程。通过自适应控制电压翻转过程,可以调节压电能量收集器件的输出电流与输出电压相位关系,减少电荷传输过程中的浪费,从而提高在器件固有频率外的输出功率。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路,包括并联同步开关电感整流电路和自适应开关控制电路;所述并联同步开关电感整流电路由并联同步开关电感电路和桥式整流电路并联组成,所述桥式整流电路由四个二极管和一个整流电容构成;所述并联同步开关电感电路由电感和开关支路串联构成,所述开关支路包括两条并联的支路,其中一条支路由第五号二极管和PMOS开关串联而成,另一条支路由第六号二极管和NMOS开关串联而成;所述自适应开关控制电路包括参考电压电路、D触发器和比较器电路,所述整流电容的正整流电压端连接参考电压电路,所述参考电压电路为比较器电路提供输入参考电压;所述D触发器的数据输入端口分别连接PMOS开关栅极和NMOS开关栅极,所述D触发器的互补输出端口分别连接PMOS开关栅极和NMOS开关栅极,所述D触发器的时钟输入端口连接比较器电路输出端,所述D触发器的清零端口和预置端口均接地。所述参考电压电路包括运算放大器,所述运算放大器的反相输入端经第一电阻接地,反相输入端和输出端之间连接有第二电阻,同相输入端分别连接有第三电阻和第四电阻,所述第三电阻连接至整流电容的正整流电压端,第四电阻分别连接有第五电阻和第六电阻,所述第五电阻接地,第六电阻接电压源。所述比较器电路包括第一电压比较器和第二电压比较器,所述第一电压比较器的反相输入端连接压电能量收集器件输出电压正极,所述第二电压比较器的反相输入端连接压电能量收集器件输出电压负极,所述第一电压比较器和第二电压比较器的同相输入端均连接至参考电压电路中运算放大器的输出端,所述第一电压比较器和第二电压比较器的输出端均连接与门的输入端,所述与门的输出端连接至D触发器的时钟输入端口。与现有技术相比,本专利技术的技术方案所带来的有益效果是:本专利技术公开的一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路,可以根据外界振动频率实时控制电压翻转过程。通过自适应控制电压翻转过程,可以调节压电能量收集器件的输出电流与输出电压相位关系,减少电荷传输过程中的浪费,从而提高在器件固有频率外的输出功率。附图说明图1是本专利技术所述压电悬臂梁电压自动调理电路示意图;图2是本专利技术所述电压自动调理电路的对应电压电流波形示意图;图3是本专利技术所述电压自动调理电路实验测试示意图;图4是本专利技术所述电压自动调理电路与传统桥式整流电路收集能量对比图附图标记:AV(t)压控电压源,AIs(t)流控电流源,Lm等效电感、Cm等效电容,Rm等效电阻,VF(t)电压源,Cmc压电悬臂梁电容,L电感,S1PMOS开关,S2NMOS开关,CRECT整流电容,D1第一号二极管,D2第二号二极管,D3第三号二极管,D4第四号二极管,D5第五号二极管,D6第六号二极管,U1D触发器,U2第一电压比较器,U3第二电压比较器,U4与门,U5运算放大器,R1第一电阻,R2第二电阻,R3第三电阻,R4第四电阻,R5第五电阻,R6第六电阻,GND地,Vcc电压源。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。如图1所示,本专利技术的基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路,包括并联同步开关电感整流电路和自适应开关控制电路。所述并联同步开关电感整流电路与压电悬臂梁等效电路模型的输出端连接,所述压电悬臂梁等效电路模型包括压控电压源AV(t)和流控电流源AIs(t),所述压控电压源AV(t)的正极和负极之间串联有等效电感Lm、等效电容Cm、等效电阻Rm和电压源VF(t),所述流控电流源AIs(t)两端之间并联有压电悬臂梁电容Cmc。其中,等效电感Lm代表压电悬臂梁的等效质量,等效电容Cm代表压电悬臂梁的机械刚度,等效电阻Rm代表机械阻尼,电压源VF(t)代表压电悬臂梁的等效输入应力,A代表压电悬臂梁的压电耦合系数。所述并联同步开关电感整流电路由并联同步开关电感电路和桥式整流电路并联组成。所述并联同步开关电感电路由电感L和开关支路串联构成,所述开关支路包括两条并联的支路,其中一条支路由第五号二极管D5和PMOS开关S1串联而成,另一条支路由第六号二极管D6和NMOS开关S2串联而成。其中,第五号二极管D5正极与电感L连接,负极与PMOS开关S1漏极连接;第六号二极管D6正极与NMOS开关S2漏极连接,负极与电感L连接。所述桥式整流电路由四个二极管和一个整流电容CRECT构成,四个二极管分别为第一号二极管D1、第二号二极管D2、第三号二极管D3和第四号二极管D4,其中,第一号二极管D1和第四号二极管D4导通时,第二号二极管D2和第三号二极管D3截止;第二号二极管D2和第三号二极管D3导通时,第一号二极管D1和第四号二极管D4截止。电感L可以取值1mH。所述自适应开关控制电路包括参考电压电路、D触发器U1和比较器电路,桥式整流电路中整流电容的正整流电压端连接参考电压电路,所述参考电压电路为比较器电路提供输入参考电压,所述比较器电路连接D触发器U1。所述参考电压电路包括运算放大器U5,所述运算放大器的反相输入端经第一电阻R1接地GND,反相输入端和输出端之间连接有第二电阻R2,同相输入端分别连接有第三电阻R3和第四电阻R4,所述第三电阻R3连接至整流电容CRECT的正整流电压端,即VRECT处,第四电阻R4分别连接有第五电阻R5和第六电阻R6,所述第五电阻R5接地GND,第六电阻R6接电压源Vcc。其中,R1、R2、R3、R4均可取值为4Meg,R5可取值180K,R6可取值4820K。所述D触发器U1的数据输入端口D分别连接PMOS开关S1栅极和NMOS-开关S2栅极,所述D触发器U1的互补输出端口Q分别连接PMOS开关S1栅极和NMOS开关S2栅极,所述D触发器U1的时钟输入端口CLK连接比较器电路输出端,所述D触发器U1的清零端口CLR和预置端口PRE均接地GND。所述比较器电路包括第一电压比较器U2和第二电压比较器U3,所述第一电压比较器U2的反相输入端连接压电能量收集器件输出电压正极VP+,所述第二电压比较器U3的反相输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路,其特征在于,包括并联同步开关电感整流电路和自适应开关控制电路;所述并联同步开关电感整流电路由并联同步开关电感电路和桥式整流电路并联组成,所述桥式整流电路由四个二极管和一个整流电容(CRECT)构成;所述并联同步开关电感电路由电感(L)和开关支路串联构成,所述开关支路包括两条并联的支路,其中一条支路由第五号二极管(D5)和PMOS开关(S1)串联而成,另一条支路由第六号二极管(D6)和NMOS开关(S2)串联而成;所述自适应开关控制电路包括参考电压电路、D触发器(U1)和比较器电路,所述整流电容的正整流电压端连接参考电压电路,所述参考电压电路为比较器电路提供输入参考电压;所述D触发器(U1)的数据输入端口分别连接PMOS开关(S1)栅极和NMOS开关(S2)栅极,所述D触发器(U1)的互补输出端口分别连接PMOS开关(S1)栅极和NMOS开关(S2)栅极,所述D触发器(U1)的时钟输入端口连接比较器电路的输出端,所述D触发器(U1)的清零端口和预置端口均接地(GND)。

【技术特征摘要】
1.一种基于检测电流零点的压电悬臂梁电压自动调理电路,其特征在于,包括并联同步开关电感整流电路和自适应开关控制电路;所述并联同步开关电感整流电路由并联同步开关电感电路和桥式整流电路并联组成,所述桥式整流电路由四个二极管和一个整流电容(CRECT)构成;所述并联同步开关电感电路由电感(L)和开关支路串联构成,所述开关支路包括两条并联的支路,其中一条支路由第五号二极管(D5)和PMOS开关(S1)串联而成,另一条支路由第六号二极管(D6)和NMOS开关(S2)串联而成;所述自适应开关控制电路包括参考电压电路、D触发器(U1)和比较器电路,所述整流电容的正整流电压端连接参考电压电路,所述参考电压电路为比较器电路提供输入参考电压;所述D触发器(U1)的数据输入端口分别连接PMOS开关(S1)栅极和NMOS开关(S2)栅极,所述D触发器(U1)的互补输出端口分别连接PMOS开关(S1)栅极和NMOS开关(S2)栅极,所述D触发器(U1)的时钟输入端口连接比较器电路的输出端,所述D触发器(U1)的清零端口和预置端口均接地(GND)。2.根据权利要求1所述的基于检测电流零点的压...

【专利技术属性】
技术研发人员:马建国赵升周绍华
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:天津,12

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