一种基于压电能量转换的供电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于压电能量转换的供电装置，包括压电换能器、整流桥电路、阈值开关电路和电压标准化电路；所述压电换能器用于对外界的振动能量进行收集并转化为近正弦波信号输出；所述整流桥电路的输入端与压电换能器的输出端连接，所述整流桥电路用于将所述近正弦波信号转换为直流脉冲信号；所述阈值开关电路的输入端与整流桥电路的输出端连接，所述阈值开关电路用于将所述直流脉冲信号以方波形式输出；所述电压标准化电路的输入端与阈值开关电路的输出端连接，所述电压标准化电路用于将所述方波信号降压为5V的标准电压进行输出。本发明专利技术可以通过收集外界的振动能量为传感器供能；能应用于诸如森林火险预警等大面积传感器布局场合，具有实现价值。

A Power Supply Device Based on Piezoelectric Energy Conversion

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电能量转换的供电装置
本专利技术属于传感器供能
，具体是一种基于压电能量转换的供电装置。
技术介绍
压电能量收集技术是一种可以将振动能量转换为电能的一种环境能量收集技术。其在非常规环境以及大规模传感器布局上有着广泛前景，可以实现低功耗传感器件的自供电。与传统的小型发电技术相比，压电元件的振动发电技术有许多优点：振动源在环境中是广泛存在的，但是绝大部分都未得到利用；振动发电技术适用于存在机械振动的场合，振动源易于得到，并且清洁持久，用在恶劣的环境中，免维护能力较强；压电材料的能量密度较大，有较好的能量转化效率，不存在接触表面的相对运动，因此不存在磨损，可靠性易保证；目前市面上的能量收集装置具有以下缺点：第一、应用较广的太阳能收集装置不能适用于无阳光或少阳光的环境。第二、诸多能量收集方案采用集成式芯片的解决方案，成本较高。第三、在环境激励大小改变或传感器工作电压改变时，开关电路阈值无法及时改变。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于压电能量转换的供电装置，该供电装置能够收集外界的振动能量，并输出标准的可供传感器工作的5V电压；且当环境的激励(振动强度)的大小改变或传感器工作电压改变时，可以通过更换阈值开关电路中的稳压二极管来改变阈值开关电路的输出阈值，从而适应不同的环境和传感器供电需求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于压电能量转换的供电装置，包括压电换能器、整流桥电路、阈值开关电路和电压标准化电路；所述压电换能器用于对外界的振动能量进行收集并转化为电能；所述整流桥电路的输入端与压电换能器的输出端连接，所述整流桥电路用于将压电换能器输出的近正弦波信号转换为直流脉冲信号；所述阈值开关电路的输入端与整流桥电路的输出端连接，所述阈值开关电路用于将整流桥电路输出的直流脉冲信号以方波形式输出；所述电压标准化电路的输入端与阈值开关电路的输出端连接，所述电压标准化电路用于将所述阈值开关电路输出的方波信号降压为5V的标准电压进行输出。具体地，所述整流桥电路包括整流桥芯片，所述整流桥芯片输入引脚与压电换能器输出端连接，所述整流桥芯片输出引脚与阈值开关电路输入端连接。具体地，所述阈值开关电路包括：三极管、场效应管、稳压二极管、储能电容和电阻；所述储能电容包括C1、C2、C3；所述电阻包括R1、R2、R3、R4；所述三极管的引脚c和引脚e分别连接串联网络R1、C1、R2的两端；所述三极管的引脚b通过稳压二极管与场效应管的s端连接，所述三极管的引脚b通过电阻R3与场效应管的d端连接；所述三极管的引脚e与场效应管的g端连接；所述电阻R4与电容C2并联，所述电容C2两端产生方波信号输出给电压标准化电路；所述阈值开关电路能够输出上升沿陡峭的电源方波信号；并且可通过更换不同的稳压二极管，实现可调节的输出阈值，以适应不同的环境。具体地，所述电压标准化电路包括稳压芯片、电阻R5、R6、57，所述稳压芯片的引脚1与引脚2连接，所述稳压芯片的引脚7与引脚2之间连接有电阻R7；所述稳压芯片的引脚2与引脚3之间连接有电阻R5；所述稳压芯片的引脚3和负载地之间连接有电阻R6；所述稳压芯片的引脚8用于接收阈值开关电路输出的方波信号；所述稳压芯片的引脚4、引脚5、引脚6均与负载地连接；所述稳压芯片的引脚2用于输出标准的5V电压；所述电压标准化电路的输出端设有标准输出接口，在压电换能器的工作周期内，可直接输出5V直流电压为传感器供电。具体地，所述压电换能器为压电陶瓷晶片。与上述供电装置对应的，本专利技术还提供了一种基于压电能量转换的供电方法，具体包括以下步骤：S1，通过压电换能器收集外界的振动能量，并将收集到的振动能量转换为近正弦波的电信号；S2，通过整流桥电路将压电换能器输出的今正弦波信号转换为直流脉冲信号；S3，阈值开关电路通过内置的储能电容对整流桥电路输出的支流脉冲信号进行阈值开关管理，当所述储能电容两端的电压超过设定的电压阈值后，负载地与储能电容地相连，电容输出方波信号为电压标准化电路供电；当储能电容两端的电压低于设定电压阈值时，负载地与电容地断开连接，电路处于断路状态；S4，通过电压标准化电路对阈值开关电路输出的方波信号进行降压，将阈值开关电路输出的高电平电压转换为5V的工作电压输出。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过压电换能器收集外界振动能量并转换为电能，通过整流桥电路对压电换能器输出的近正弦波信号进行整流，并通过阈值开关电路进行稳压，通过电压标准化电路进行降压输出；能输出上升沿陡峭的电源方波信号；且本专利技术可通过更换阈值开关电路的稳压二极管，实现可调节的阈值，用于适应不同的激励环境和传感器工作电压。附图说明图1为本专利技术实施例中一种基于压电能量转换的供电装置的电路连接示意图；图2为本专利技术实施例中一种基于压电能量转换的供电方法的流程示意框图。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本实施例提供了一种基于压电能量转换的供电装置，包括压电换能器、整流桥电路、阈值开关电路和电压标准化电路；所述压电换能器用于对外界的振动能量进行收集并转化为电能；所述整流桥电路的输入端与压电换能器的输出端连接，所述整流桥电路用于将压电换能器输出的近正弦波信号转换为直流脉冲信号；所述阈值开关电路的输入端与整流桥电路的输出端连接，所述阈值开关电路用于将整流桥电路输出的直流脉冲信号以方波形式输出；所述电压标准化电路的输入端与阈值开关电路的输出端连接，所述电压标准化电路用于将所述阈值开关电路输出的方波信号降压为5V的标准电压进行输出。具体地，所述整流桥电路包括D1芯片GBU8089(整流桥芯片)，所述D1芯片GBU8089输入引脚与压电换能器输出端连接，所述D1芯片GBU8089输出引脚与阈值开关电路输入端连接。具体地，所述阈值开关电路包括：2N3906三极管Q1、VN2222L场效应管Q2、稳压二极管D2、储能电容和电阻；所述储能电容包括C1、C2、C3；所述电阻包括R1、R2、R3、R4；所述2N3906三极管Q1的引脚c和引脚e分别连接串联网络R1、C1、R2的两端；所述三极管Q1的引脚b通过稳压二极管D2与场效应管Q2的s端连接，所述三极管Q1的引脚b通过电阻R3与场效应管Q2的d端连接；所述三极管Q1的引脚e与场效应管Q2的g端连接；所述电阻R4与电容C2并联，所述电容C2两端产生方波信号输出给电压标准化电路；所述阈值开关电路能够输出上升沿陡峭的电源方波信号；并且可通过更换不同的稳压二极管D2，实现可调节的输出阈值，以适应不同的环境。具体地，所述电压标准化电路包括稳压芯片MAX666、电阻R5、R6、57，所述稳压芯片MAX666的引脚1与引脚2连接，所述稳压芯片的引脚7与引脚2之间连接有电阻R7；所述稳压芯片的引脚2与引脚3之间连接有电阻R5；引脚3和负载地之间连接有电阻R6；引脚8用于接收阈值开关电路输出的方波信号；引脚4、引脚5、引脚6均与负载地连接；引脚2用于输出标准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压电能量转换的供电装置，其特征在于，包括压电换能器、整流桥电路、阈值开关电路和电压标准化电路；所述压电换能器用于对外界的振动能量进行收集并转化为电能；所述整流桥电路的输入端与压电换能器的输出端连接，所述整流桥电路用于将压电换能器输出的近正弦波信号转换为直流脉冲信号；所述阈值开关电路的输入端与整流桥电路的输出端连接，所述阈值开关电路用于将整流桥电路输出的直流脉冲信号以方波形式输出；所述电压标准化电路的输入端与阈值开关电路的输出端连接，所述电压标准化电路用于将所述阈值开关电路输出的方波信号降压为5V的标准电压进行输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于压电能量转换的供电装置，其特征在于，包括压电换能器、整流桥电路、阈值开关电路和电压标准化电路；所述压电换能器用于对外界的振动能量进行收集并转化为电能；所述整流桥电路的输入端与压电换能器的输出端连接，所述整流桥电路用于将压电换能器输出的近正弦波信号转换为直流脉冲信号；所述阈值开关电路的输入端与整流桥电路的输出端连接，所述阈值开关电路用于将整流桥电路输出的直流脉冲信号以方波形式输出；所述电压标准化电路的输入端与阈值开关电路的输出端连接，所述电压标准化电路用于将所述阈值开关电路输出的方波信号降压为5V的标准电压进行输出。2.根据权利要求1所述的一种基于压电能量转换的供电装置，其特征在于，所述整流桥电路包括整流桥芯片，所述整流桥芯片输入引脚与压电换能器输出端连接，所述整流桥芯片-输出引脚与阈值开关电路输入端连接。3.根据权利要求1所述的一种基于压电能量转换的供电装置，其特征在于，所述阈值开关电路包括：三极管、场效应管、稳压二极管、储能电容和电阻；所述储能电容包括C1、C2、C3；所述电阻包括R1、R2、R3、R4；所述三极管的引脚c和引脚e分别连接串联网络R1、C1、R2的两端；所述三极管的引脚b通过稳压二极管与场效应管的s端连接，所述三极管的引脚b通过电阻R3与场效应管的d端连接；所述三极管的引脚e与场效应管的g端连接；所述电阻R4与电容C2并联，所述电容C2两端产生方波信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐强菊，孙科学，陈心宇，杨雨诺，李晓雨，殷嘉伟，吕颖杰，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32