【技术实现步骤摘要】
一种能够跟踪最大功率点的压电振动能量收集系统
本专利技术涉及一种压电振动能量收集系统，尤其是涉及一种能够跟踪最大功率点的压电振动能量收集系统。
技术介绍
机械振动广泛存在于自然环境和人类活动中，是一种典型的能量形式。压电振动能量收集系统可以俘获机械振动产生的振动能量，并最终将振动能量转换成微电子设备可以利用的直流电进行储存。现有的压电振动能量收集系统通常包含压电换能器与电能提取电路两部分，压电换能器负责俘获振动能量并将振动能量转换成交流电输出，电能提取电路则负责将压电换能器输出的交流电转换成直流电进行储存。压电换能器为当前常规的器件，压电换能器确定后，压电振动能量收集系统的性能很大程度上取决于电能提取电路。目前，压电振动能量收集系统的电能提取电路从工作原理和电路形式上可分为三大类：全桥整流电路、同步电荷提取电路以及同步开关电感电路。其中，全桥整流电路和同步开关电感电路存在严重的负载依赖问题，当负载偏离最优值时，输出功率将显著衰减；而同步电荷提取电路虽然实现了负载独立，保证了输出功率不受负载影响，但是仍然没有实现很好的负载匹配，因此输出功率还有较大的提升空间。研究表明：在同等条件下，同步开关电感电路最大输出功率是全桥整流电路最大输出功率的8倍，是同步电荷提取电路输出功率的2倍。为了进一步提高压电振动能量收集系统的能量收集效率，如何解决压电振动能量收集系统中电能提取电路存在的负载依赖和负载失配问题成为当前的研究热点。申请号为CN201610841067.7和CN201710612813.X的两份中国专利中分别提出了一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量提取电路。...
【技术保护点】
1.一种能够跟踪最大功率点的压电振动能量收集系统，包括压电换能器和电能提取电路，所述的压电换能器用于俘获振动能量并将振动能量转换成交流电输出，其特征在于所述的电能提取电路包括自供电SSHI型AC‑DC整流器、双开关Buck‑Boost型DC‑DC变换器、滞回比较控制与工作电源选择电路、PWM波发生与工作模式选择电路、第一电容和第二电容，所述的第一电容和所述的第二电容均为电解电容，所述的双开关Buck‑Boost型DC‑DC变换器具有Buck降压工作模式和Boost升压工作模式这两种工作模式，所述的自供电SSHI型AC‑DC整流器将所述的压电换能器输出的交流电转换成直流电输出至所述的第一电容，对所述的第一电容进行充电使所述的第一电容中暂存电能，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路根据所述的压电换能器输出的交流电、加载在所述的第一电容上的电压和加载在所述的第二电容上电压确定是否为所述的PWM波发生与工作模式选择电路提供工作电源，从而控制所述的PWM波发生与工作模式选择电路是否进入工作状态，所述的PWM波发生与工作模式选择电路进入工作状态后，根据加载在所述的第一电容上的电压和加载在所述的第二...
【技术特征摘要】
1.一种能够跟踪最大功率点的压电振动能量收集系统，包括压电换能器和电能提取电路，所述的压电换能器用于俘获振动能量并将振动能量转换成交流电输出，其特征在于所述的电能提取电路包括自供电SSHI型AC-DC整流器、双开关Buck-Boost型DC-DC变换器、滞回比较控制与工作电源选择电路、PWM波发生与工作模式选择电路、第一电容和第二电容，所述的第一电容和所述的第二电容均为电解电容，所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器具有Buck降压工作模式和Boost升压工作模式这两种工作模式，所述的自供电SSHI型AC-DC整流器将所述的压电换能器输出的交流电转换成直流电输出至所述的第一电容，对所述的第一电容进行充电使所述的第一电容中暂存电能，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路根据所述的压电换能器输出的交流电、加载在所述的第一电容上的电压和加载在所述的第二电容上电压确定是否为所述的PWM波发生与工作模式选择电路提供工作电源，从而控制所述的PWM波发生与工作模式选择电路是否进入工作状态，所述的PWM波发生与工作模式选择电路进入工作状态后，根据加载在所述的第一电容上的电压和加载在所述的第二电容上电压选择所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器的工作模式，使所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器按照选择的工作模式进入工作状态，所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器进入工作状态时，控制所述的第一电容放电，并对所述的第二电容充电，使暂存在所述的第一电容中的电能转移到所述的第二电容中进行存储，使加载在所述的第一电容上的电压与所述的压电换能器产生的交流电的峰值电压的比值在最优值附近，实现压电振动能量收集的最大功率点跟踪。2.根据权利要求1所述的一种能够跟踪最大功率点的压电振动能量收集系统，其特征在于所述的压电换能器具有第一输出端和第二输出端，所述的自供电SSHI型AC-DC整流器具有第一输入端、第二输入端、输出端和接地端，所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器具有输入端、第一控制端、第二控制端、输出端和接地端，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，所述的PWM波发生与工作模式选择电路具有电源端、第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述的压电换能器的第一输出端、所述的自供电SSHI型AC-DC整流器的第一输入端和所述的滞回比较控制与工作电源选择电路的第一输入端连接，所述的压电换能器的第二输出端和所述的自供电SSHI型AC-DC整流器的第二输入端连接，所述的自供电SSHI型AC-DC整流器的输出端、所述的第一电容的正端、所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器的输入端、所述的滞回比较控制与工作电源选择电路的第二输入端和所述的PWM波发生与工作模式选择电路的第一输入端连接，所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器的输出端、所述的第二电容的正端、所述的滞回比较控制与工作电源选择电路的第三输入端和所述的PWM波发生与工作模式选择电路的第二输入端连接，所述的PWM波发生与工作模式选择电路的第一输出端和所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器的第一控制端连接，所述的PWM波发生与工作模式选择电路的第二输出端和所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器的第二控制端连接，所述的自供电SSHI型AC-DC整流器的接地端、所述的第一电容的负端、所述的第二电容的负端和所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器的接地端均接入参考地；将所述的压电换能器第一输出端输出的交流电压记为Vp，将所述的自供电SSHI型AC-DC整流器的输出端输出的直流电压记为Vrect，将所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器的输出端输出的直流电压记为Vsto，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路基于其第一输入端接入的Vp的峰值电压在其内部产生两个不同的阈值电压，将两个阈值电压中较大的称为大阈值电压，将其记为VH，较小的称为小阈值电压，将其记为VL，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路的第二输入端接入的Vrect被分压后产生分压电压，将该分压电压记为Vin，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路通过比较Vrect与Vsto确定其内部工作电源，当Vrect大于Vsto时，其内部工作电源来自于Vrect，当Vrect小于Vsto，其内部工作电源来自于Vsto，当Vrect等于Vsto时，其内部工作电源同时来自于Vrect和Vsto，当所述的滞回比较控制与工作电源选择电路进入工作状态时，刚开始Vin小于等于VL，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路进入升压工作阶段，在升压工作阶段，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路对外无输出电压，所述的PWM波发生与工作模式选择电路不工作，所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器不工作，所述的自供电SSHI型AC-DC整流器对所述的第一电容进行充电，使Vrect逐渐增大，Vin也逐渐增大，继而大于VL，并继续向VH方向靠近直至等于或者大于VH，此时所述的滞回比较控制与工作电源选择电路的升压工作阶段结束，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路进入降压工作阶段，在降压工作阶段，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路对外输出电压，所述的PWM波发生与工作模式选择电路进入工作状态，所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器进入工作状态，所述的第一电容中暂存的电能被转移至所述的第二电容中进行储存，Vrect逐渐减小，Vin也逐渐减小，继而小于VH，并继续向VL方向靠近，直至Vin再次小于等于VL，此时降压工作阶段结束，所述的滞回比较控制与工作电源选择电路再次进入升压工作阶段，周而复始；在所述的PWM波发生与工作模式选择电路工作过程中，当Vrect大于等于Vsto时，所述的PWM波发生与工作模式选择电路的第一输出端输出PWM波，所述的PWM波发生与工作模式选择电路第二输出端输出低电平，所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器工作在Buck降压模式，当Vrect小于Vsto时，所述的PWM波发生与工作模式选择电路的第一输出端输出高电平，所述的PWM波发生与工作模式选择电路第二输出端输出PWM波，所述的双开关Buck-Boost型DC-DC变换器工作在Boost升压模式。3.根据权利要求2所述的一种能够跟踪最大功率点的压电振动能量收集系统，其特征在于所述的自供电SSHI型AC-DC整流器包括第一NPN三极管、第二NPN三极管、第一PNP三极管、第二PNP三极管、第三电容、第一电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述的第一NPN三极管的基极、所述的第二NPN三极管的集电极、所述的第一PNP三极管的基极和所述的第二PNP三极管的集电极连接且其连接端为所述的自供电SSHI型AC-DC整流器的第一输入端；所述的第一PNP三极管的集电极与所述的第二NPN三极管的基极连接，所述的第一NPN三极管的集电极与所述的第二PNP三极管的基极连接，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏桦康，夏银水，叶益迭，王健，钱利波，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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