一种用于压电-电磁复合式俘能器的能量采集电路制造技术

本发明专利技术公开的一种用于压电-电磁复合式俘能器的能量采集电路，涉及用于俘能器的能量采集电路，属于新能源和发电技术领域。本发明专利技术包括电磁俘能器能量采集电路、压电俘能器能量采集电路、用于实现复合充电并防止电流回流的充电电路。电磁俘能器能量采集电路用于提高电磁俘能器的输出电压，降低输出电流，从而提高输出功率。压电俘能器能量采集电路用于降低压电俘能器的输出电压，提高输出电流，从而提高输出功率。电磁俘能器能量采集电路的输出电压和压电俘能器能量采集电路输出压电与充电电池的充电电压相匹配。本发明专利技术能够实现将交流电转换为直流电，向负载供电，即实现压电-电磁复合式俘能器直接为负载供电，从而提高输出功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于俘能器的能量采集电路，尤其涉及一种用于压电-电磁复合式俘能器的能量采集电路，属于新能源和发电

技术介绍
随着微电子制造技术、无线传感网络的快速发展及各种新型的低功耗元件的出现，将振动能转化为电能并供给低功耗器件的振动型俘能器成为了研究热点。目前，振动型俘能器主要有静电式、压电式与电磁式。静电式俘能器需要外接电源，很大程度上限制了它的应用。电磁式俘能的基本原理为电磁感应定律，穿过闭合导线的磁通量发生变化时，在导线中产生感应电流，从而输出电能。压电式俘能的基本原理为压电材料的正压电效应，机械振动使得压电材料内部产生应力，发生正压电效应产生电荷，输出电能。压电式与电磁式俘能器的工作原理不同，不能同时输出大电压和大电流，为了克服两种单一俘能技术的缺点，研究人员在压电式、电磁式俘能器的基础上提出了压电-电磁复合式俘能器。压电-电磁复合俘能器将压电和电磁两种能量转换结构集成在一个系统中，既综合了压电转换和电磁转换的优点，又提高了微电源的能量转换效率和能量密度。由于压电式俘能器在每个振动周期压输出的电压相对较高、电流较小，而电磁式俘能器的输出的电压相对较低，电流较大，二者能量都很微弱，不能直接向电子负载供电，需要将电压和电流都转换为可以为超级电容或者充电电池供电的电压和电流。因此，在能量采集装置与电子负载之间必须插入能量采集电路。能量采集电路可以将交流电转换为直流电，直接向负载供电，还可以储存每个振动周期压电元件的输出电荷，增大输出电流，从而提高输出功率。
技术实现思路
本专利技术公开的一种用于压电-电磁复合式俘能器的能量采集电路，要解决的技术问题是提供一种能量采集电路，能够实现将交流电转换为直流电，向负载供电，即实现压电-电磁复合式俘能器直接为负载供电，从而提高输出功率。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:本专利技术公开的一种用于压电-电磁复合式俘能器的能量采集电路，包括电磁俘能器能量采集电路、压电俘能器能量采集电路、用于实现复合充电并防止电流回流的充电电路。电磁俘能器能量采集电路用于提高电磁俘能器的输出电压，降低输出电流，从而提高输出功率，此外，还需使得电磁俘能器能量采集电路的输出电压与充电电池的充电电压匹配。所述的电磁俘能器能量采集电路包括AC-AC升压模块，整流滤波模块，DC-DC降压模块，能量存储模块。通过AC-AC升压模块使得电磁俘能器的输出电压升高，电流降低，然后通过对升压模块的输出电压进行整流滤波，得到稳定的直流输出电压，为了得到与充电电池的充电电压相匹配的输出电压，需要经过DC-DC降压模块，这样，DC-DC降压模块的输出电压能够直接为充电电池充电。电磁俘能器能量采集电路包括微型变压器Q，电容Cp电容C2、电容C3、电容(:4和带有整流滤波，DC-DC降压功能的芯片。即AC-AC升压模块通过微型变压器Q硬件实现；整流滤波模块和DC-DC降压模块通过电容Q、电容C2、电容C3、电容C4和带有整流滤波、DC-DC降压功能的芯片U1实现。电磁俘能器输出端一端接在微型变压器Q的初级线圈一端，另一端接地，微型变压器Q初级线圈的另一端接在芯片仏的SWl管脚；微型变压器Q的次级线圈一端通过电容以妾入芯片U^C i管脚，通过电容C 2接入芯片U^C 2管脚，另一端接地；芯片仏的VS1、Vaux和VLDO管脚并接在电容C 3的一端，电容C 3的另一端接地；芯片U:的VS2管脚接地；芯片仏的Voutl管脚与电容C 4串接后接地，并输出电压V ■电磁。电磁俘能器能量采集电路通过调节微型变压器Q初级线圈与次级线圈的比值，使得电磁俘能器的输出电压升高，电流降低，然后通过对变压器Q的次级线圈输出电压进行整流滤波，得到稳定的直流输出电压，再经过DC-DC降压模块，得到与充电电池的充电电压相匹配的输出电压。作为优选，所述微型变压器Q的初级线圈与次级线圈的比值1:100。压电俘能器能量采集电路用于降低压电俘能器的输出电压，提高输出电流，从而提高输出功率，此外，还需使得压电俘能器能量采集电路的输出电压与充电电池的充电电压匹配。所述的压电俘能器能量采集电路包括整流滤波模块、DC-DC降压模块、能量存储模块。压电俘能器能量采集电路通过整流滤波模块，使得压电俘能器得到一个稳定的直流输出电压，然后通过DC-DC降压，提高输出电流，同时，得到一个与充电电池充电电压相匹配的输出电压。压电俘能器能量采集电路包括电容C5、电容C6、电容C7、电容Cs、电感LjP带有整流滤波、DC-DC降压功能的芯片。即整流滤波模块和DC-DC降压模块通过电容C5、电容C6、电容C7、电容Cs、电感L1和带有整流滤波、DC-DC降压功能的芯片U 2实现压电俘能器能量采集电路，压电俘能器输出端两端接入芯片仏的PZl和PZ2管脚；芯片1]2的V ιη管脚和CAP管脚之间并接电容C6，Vin管脚串接电容C 5后接地；芯片U 2的V in2、D。和D:管脚并接在电容C7—端，电容C 7的另一端接地；芯片U 2的SW2管脚和V _管脚之间并接电感L 1;芯片U 2的 管脚与电容c 8串接后接地，并输出电压V 电。压电俘能器能量采集电路通过整流滤波模块对压电俘能器的输出电压进行整流滤波，得到稳定的直流输出电压，再经过DC-DC降压模块，得到与充电电池的充电电压相匹配的输出电压。所述的用于实现复合充电并防止电流回流的充电电路包括二极管D1，二极管队和充电电池。电磁俘能器能量采集电路输出V.电磁通过二极管D:接入充电电池的正极；压电俘能器能量采集电路输出V.压电通过二极管D 2接入充电电池的正极；充电电池的负极接地。电磁俘能器能量采集电路的输出电压V.电磁和压电俘能器能量采集电路V ■压电与充电电池的充电电压相匹配，实现对充电电池的充电功能，防止电流回流。通过本专利技术公开的一种用于压电-电磁复合式俘能器的能量采集电路能够实现将交流电转换为直流电，向充电电池供电，即实现压电-电磁复合式俘能器直接为负载供电，从而提尚输出功率。本专利技术公开的一种用于压电-电磁复合式俘能器的能量采集电路工作过程为，压电-电磁复合式俘能器在振动状态下，电磁俘能器输出交流信号，通过微型变压器Q升压后，接入芯片U1，在芯片U1内部，经过整流降压，DC/DC转换，在V管脚输出电压V ■压电；压电俘能器输出交流信号直接接入芯片U2，通过芯片1]2内部并联稳压器，放掉任何多余的电力，并由一个效率尚的晕微功率的同步降压稳压器维持稳定的输出电压，在V(jUT2管脚输出电压V.电磁，V ■电磁和V <3UT压电分别接二极管D 1、二极管D2再接到充电电池正极上，对充电电池供电，即实现压电-电磁复合式俘能器直接为负载供电，从而提高输出功率。有益效果:1、本专利技术公开的一种用于压电-电磁复合式俘能器的能量采集电路，有效的将压电俘能和电磁俘能结合到一起，可产生较大输出电流和较高输出电压，有效弥补了压电或电磁单独俘能方式功率偏小的不足，更加有利于为超级电当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于压电‑电磁复合式俘能器的能量采集电路，其特征在于：包括电磁俘能器能量采集电路、压电俘能器能量采集电路、用于实现复合充电并防止电流回流的充电电路；电磁俘能器能量采集电路用于提高电磁俘能器的输出电压，降低输出电流，从而提高输出功率，此外，还需使得电磁俘能器能量采集电路的输出电压与充电电池的充电电压匹配；压电俘能器能量采集电路用于降低压电俘能器的输出电压，提高输出电流，从而提高输出功率，此外，还需使得压电俘能器能量采集电路的输出电压与充电电池的充电电压匹配。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海鹏，武丽森，高世桥，张广义，谭杨康，王子文，王学敏，邱士起，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11