一种新型压电能量采集接口电路制造技术

本发明专利技术公开了一种新型压电能量采集接口电路，包括用于收集压电片的振动能量的能量采集器、用于检测压电片的正向电压峰值的第一检测模块、用于检测压电片的负向电压峰值的第二检测模块、用作正向电压电能采集的电子开关的第一开关模块、用作负向电压电能采集的电子开关的第二开关模块、用于收集存储压电片中电荷的储能模块以及分别用作正向电压比较器和负向电压比较器的第一三极管和第四三极管。本发明专利技术可同时针对压电片的正压电效应和负压电效应来进行电能采集，实现了压电电压的倍压提取，因此采集电能更多，采集效率高。

A new type of piezoelectric energy acquisition interface circuit

The invention discloses a novel piezoelectric energy acquisition interface circuit, which comprises an energy collector for collecting vibration energy of a piezoelectric sheet, a first detection module for detecting positive voltage peak value of a piezoelectric sheet, a second detection module for detecting negative voltage peak value of a piezoelectric sheet, and an electron for collecting positive voltage and electric energy. The first switching module of the switch, the second switching module used as an electronic switch for negative voltage and energy acquisition, the energy storage module for collecting and storing charges in the piezoelectric chip, and the first and fourth transistors respectively used as a forward voltage comparator and a negative voltage comparator. The invention can simultaneously collect electric energy according to the positive and negative piezoelectric effects of the piezoelectric sheet, realizes the voltage doubling extraction of the piezoelectric voltage, thus more electric energy is collected and the collection efficiency is high.

【技术实现步骤摘要】
一种新型压电能量采集接口电路
本专利技术涉及压电能量采集
，尤其是一种新型压电能量采集接口电路。
技术介绍
现有技术中，一般的采集接口电路主要是由全波整流桥来实现的，比如，在公开号为CN101582599B的中国专利中，具体参照其说明书附图图4，其全波整流桥的作用是将压电元件产生的交流电能转化为直流电能，虽然利用这种方法可以采集到输出电压，但是压电元件不仅存在可将振动能转化为电能的正压电效应，同时也存在逆压电效应，可将电能再次转化为振动能，若按照上述电路提取电能，就会出现一部分电能因逆压电效应转化而不能采集到的情况，因此实际采集到的电能较低，采集效率不高。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种新型压电能量采集接口电路，可同时针对压电片的正压电效应和负压电效应来进行电能提取，因此采集电能更多，采集效率高。为了弥补现有技术的不足，本专利技术采用的技术方案是：一种新型压电能量采集接口电路，包括用于收集压电片的振动能量的能量采集器、用于检测压电片的正向电压峰值的第一检测模块、用于检测压电片的负向电压峰值的第二检测模块、用作正向电压电能采集的电子开关的第一开关模块、用作负向电压电能采集的电子开关的第二开关模块和用于收集存储压电片中电荷的储能模块；还包括分别用作正向电压比较器和负向电压比较器的第一三极管和第四三极管。所述能量采集器包括电流源、用于模拟压电片内部寄生电容的等效寄生电容和用于模拟压电片等效内阻的等效漏电电阻，所述第一检测模块包括第一电阻、第一电容和第一肖特基二极管，所述第二检测模块包括第二电阻、第二电容和第四肖特基二极管，所述第一开关模块包括第二三极管和第二肖特基二极管，所述第二开关模块包括第三三极管和第三肖特基二极管，所述的储能模块包括第六肖特基二极管、第三电容、储能电感和储能电容；所述电流源、等效寄生电容和等效漏电电阻并联设置于电结点与参考地之间；所述第一电阻、第一肖特基二极管和第一电容依次串联相接于电结点与参考地之间，所述第一肖特基二极管的负极与第一电容相连接且连接处与第一三极管的发射极连接；所述第一三极管和第四三极管的集电极、第二肖特基二极管的正极以及第三肖特基二极管的负极均连接到电结点，所述第二肖特基二极管的负极和第三肖特基二极管的正极分别连接到第二三极管和第三三极管的集电极；所述第二三极管和第三三极管的发射极均通过储能电感连接到参考地；所述第二电阻、第四肖特基二极管和第二电容依次串联相接于电结点与参考地之间，所述第四肖特基二极管的正极与第二电容相连接且连接处与第四三极管的发射极连接；所述第三电容的一端连接到电结点，另一端连接到第六肖特基二极管的正极，所述第六肖特基二极管的负极连接到储能电容的一端，所述储能电容的另一端连接到参考地。进一步，所述的储能模块还包括用于增加储能电容上电压的第五肖特基二极管，所述第五肖特基二极管的正极连接到参考地，所述第五肖特基二极管的负极连接到第三电容与第六肖特基二极管的连接处。进一步，所述的储能模块还包括输出电阻，所述的输出电阻与储能电容并联连接。优选地，所述的第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、第三肖特基二极管、第四肖特基二极管、第五肖特基二极管和第六肖特基二极管均采用NSR0340V2T1G芯片。优选地，所述第一三极管和第三三极管均采用2N3702芯片，所述第二三极管和第四三极管均采用2N4013芯片。优选地，所述电流源为正弦电流源。优选地，所述电流源的最大值为80uA，频率为30Hz。本专利技术的有益效果是：压电片由于正向振动位移其两端电压会不断正向增加，进一步通过能量采集器实现第三电容的充电，直到其两端电压达到正向最大值，再开始放电下降，并藉由储能模块中的LC振荡电路实现电能提取；同理，压电片由于负向振动位移其两端电压会负向积累，该电压与第三电容两端电压叠加使第六肖特基二极管导通，直至达到最大值，并通过储能模块中的LC振荡电路实现电能提取；在这一过程中，两检测模块用于检测正、负向的电压最大值，两个开关模块用作导通LC振荡电路的开关。因此，本专利技术可同时针对压电片的正压电效应和负压电效应来进行电能采集，实现了压电电压的倍压提取，因此采集电能更多，采集效率高。附图说明下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的实施方案。图1是本专利技术的电路原理图。具体实施方式参照图1，本专利技术的一种新型压电能量采集接口电路，包括用于收集压电片的振动能量的能量采集器1、用于检测压电片的正向电压峰值的第一检测模块2、用于检测压电片的负向电压峰值的第二检测模块3、用作正向电压电能采集的电子开关的第一开关模块4、用作负向电压电能采集的电子开关的第二开关模块5和用于收集存储压电片中电荷的储能模块6；还包括分别用作正向电压比较器和负向电压比较器的第一三极管Q1和第四三极管Q4。所述能量采集器1包括电流源Ip、用于模拟压电片内部寄生电容的等效寄生电容Cp和用于模拟压电片等效内阻的等效漏电电阻Rp，所述第一检测模块2包括第一电阻R1、第一电容C1和第一肖特基二极管D1，所述第二检测模块3包括第二电阻R2、第二电容C2和第四肖特基二极管D4，所述第一开关模块4包括第二三极管Q2和第二肖特基二极管D2，所述第二开关模块5包括第三三极管Q3和第三肖特基二极管D3，所述的储能模块6包括第六肖特基二极管D6、第三电容C3、储能电感L1和储能电容Cr；所述电流源Ip、等效寄生电容Cp和等效漏电电阻Rp并联设置于电结点S与参考地之间；所述第一电阻R1、第一肖特基二极管D1和第一电容C1依次串联相接于电结点S与参考地之间，所述第一肖特基二极管D1的负极与第一电容C1相连接且连接处与第一三极管Q1的发射极连接；所述第一三极管Q1和第四三极管Q4的集电极、第二肖特基二极管D2的正极以及第三肖特基二极管D3的负极均连接到电结点S，所述第二肖特基二极管D2的负极和第三肖特基二极管D3的正极分别连接到第二三极管Q2和第三三极管Q3的集电极；所述第二三极管Q2和第三三极管Q3的发射极均通过储能电感L1连接到参考地；所述第二电阻R2、第四肖特基二极管D4和第二电容C2依次串联相接于电结点S与参考地之间，所述第四肖特基二极管D4的正极与第二电容C2相连接且连接处与第四三极管Q4的发射极连接；所述第三电容C3的一端连接到电结点S，另一端连接到第六肖特基二极管D6的正极，所述第六肖特基二极管D6的负极连接到储能电容Cr的一端，所述储能电容Cr的另一端连接到参考地。其中，所述的储能模块6还包括用于增加储能电容Cr上电压的第五肖特基二极管D5，所述第五肖特基二极管D5的正极连接到参考地，所述第五肖特基二极管D5的负极连接到第三电容C3与第六肖特基二极管D6的连接处。其中，所述的储能模块6还包括输出电阻RL，所述的输出电阻RL与储能电容Cr并联连接。具体地，压电片由于正向振动位移其两端电压会不断正向增加，进一步通过能量采集器1实现第三电容C3的充电，直到其两端电压达到正向最大值，再开始放电下降，并藉由储能模块6中的LC振荡电路实现电能提取；同理，压电片由于负向振动位移其两端电压会负向积累，该电压与第三电容C3两端电压叠加使第六肖特基二极管D6导通，直至达到最大值，并通过储能模块6中的LC振荡电路实现电能提取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型压电能量采集接口电路，其特征在于：包括用于收集压电片的振动能量的能量采集器(1)、用于检测压电片的正向电压峰值的第一检测模块(2)、用于检测压电片的负向电压峰值的第二检测模块(3)、用作正向电压电能采集的电子开关的第一开关模块(4)、用作负向电压电能采集的电子开关的第二开关模块(5)和用于收集存储压电片中电荷的储能模块(6)；还包括分别用作正向电压比较器和负向电压比较器的第一三极管(Q1)和第四三极管(Q4)。所述能量采集器(1)包括电流源(Ip)、用于模拟压电片内部寄生电容的等效寄生电容(Cp)和用于模拟压电片等效内阻的等效漏电电阻(Rp)，所述第一检测模块(2)包括第一电阻(R1)、第一电容(C1)和第一肖特基二极管(D1)，所述第二检测模块(3)包括第二电阻(R2)、第二电容(C2)和第四肖特基二极管(D4)，所述第一开关模块(4)包括第二三极管(Q2)和第二肖特基二极管(D2)，所述第二开关模块(5)包括第三三极管(Q3)和第三肖特基二极管(D3)，所述的储能模块(6)包括第六肖特基二极管(D6)、第三电容(C3)、储能电感(L1)和储能电容(Cr)；所述电流源(Ip)、等效寄生电容(Cp)和等效漏电电阻(Rp)并联设置于电结点(S)与参考地之间；所述第一电阻(R1)、第一肖特基二极管(D1)和第一电容(C1)依次串联相接于电结点(S)与参考地之间，所述第一肖特基二极管(D1)的负极与第一电容(C1)相连接且连接处与第一三极管(Q1)的发射极连接；所述第一三极管(Q1)和第四三极管(Q4)的集电极、第二肖特基二极管(D2)的正极以及第三肖特基二极管(D3)的负极均连接到电结点(S)，所述第二肖特基二极管(D2)的负极和第三肖特基二极管(D3)的正极分别连接到第二三极管(Q2)和第三三极管(Q3)的集电极；所述第二三极管(Q2)和第三三极管(Q3)的发射极均通过储能电感(L1)连接到参考地；所述第二电阻(R2)、第四肖特基二极管(D4)和第二电容(C2)依次串联相接于电结点(S)与参考地之间，所述第四肖特基二极管(D4)的正极与第二电容(C2)相连接且连接处与第四三极管(Q4)的发射极连接；所述第三电容(C3)的一端连接到电结点(S)，另一端连接到第六肖特基二极管(D6)的正极，所述第六肖特基二极管(D6)的负极连接到储能电容(Cr)的一端，所述储能电容(Cr)的另一端连接到参考地。...

【技术特征摘要】
1.一种新型压电能量采集接口电路，其特征在于：包括用于收集压电片的振动能量的能量采集器(1)、用于检测压电片的正向电压峰值的第一检测模块(2)、用于检测压电片的负向电压峰值的第二检测模块(3)、用作正向电压电能采集的电子开关的第一开关模块(4)、用作负向电压电能采集的电子开关的第二开关模块(5)和用于收集存储压电片中电荷的储能模块(6)；还包括分别用作正向电压比较器和负向电压比较器的第一三极管(Q1)和第四三极管(Q4)。所述能量采集器(1)包括电流源(Ip)、用于模拟压电片内部寄生电容的等效寄生电容(Cp)和用于模拟压电片等效内阻的等效漏电电阻(Rp)，所述第一检测模块(2)包括第一电阻(R1)、第一电容(C1)和第一肖特基二极管(D1)，所述第二检测模块(3)包括第二电阻(R2)、第二电容(C2)和第四肖特基二极管(D4)，所述第一开关模块(4)包括第二三极管(Q2)和第二肖特基二极管(D2)，所述第二开关模块(5)包括第三三极管(Q3)和第三肖特基二极管(D3)，所述的储能模块(6)包括第六肖特基二极管(D6)、第三电容(C3)、储能电感(L1)和储能电容(Cr)；所述电流源(Ip)、等效寄生电容(Cp)和等效漏电电阻(Rp)并联设置于电结点(S)与参考地之间；所述第一电阻(R1)、第一肖特基二极管(D1)和第一电容(C1)依次串联相接于电结点(S)与参考地之间，所述第一肖特基二极管(D1)的负极与第一电容(C1)相连接且连接处与第一三极管(Q1)的发射极连接；所述第一三极管(Q1)和第四三极管(Q4)的集电极、第二肖特基二极管(D2)的正极以及第三肖特基二极管(D3)的负极均连接到电结点(S)，所述第二肖特基二极管(D2)的负极和第三肖特基二极管(D3)的正极分别连接到第二三极管(Q2)和第三三极管(Q3)的集电极；所述第二三极管(Q2)和第三三极管(Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵自强，叶涛，
申请(专利权)人：佛山市顺德区中山大学研究院，广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44