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一种基于单电感的可拓展的多源环境能量俘获接口电路制造技术

技术编号:24281574 阅读:45 留言:0更新日期:2020-05-23 16:34
本实用新型专利技术公开了一种基于单电感的可拓展的多源环境能量俘获接口电路,特点是包括第一直流源采集模块、第二直流源采集模块、第三直流源采集模块、多个第四直流源采集模块、数量与第四直流源采集模块对应的压电能采集模块、电感、续流二极管、第一储能电容和负载;优点是通过设置多个压电能采集模块和多个直流源采集模块,可以对压电能及多种以温差热电能、光能乃至生物燃料能为代表的直流型能源同时进行采集,且整个电路结构是可叠加的,部分直流源模块可以多次高效的利用,整体电路是完全自供电的,不需要提供额外的电池,大大提高了能量采集的效率。

An expandable multi-source environment energy capture interface circuit based on single inductor

【技术实现步骤摘要】
一种基于单电感的可拓展的多源环境能量俘获接口电路
本技术涉及一种能量采集电路,具体为一种基于单电感的可拓展的多源环境能量俘获接口电路。
技术介绍
环境中充满着多种多样的能量,因此可以使用合适的能量变换器来俘获环境中的能量,并通过接口电路,能量管理电路等处理后,供给物联网中的无线网络节点使之实现部分乃至完全的自供电,从而延长无线网络节点的使用寿命.目前,常见的环境能量俘获电路研究主要包括振动能、温差热电能、光能和微波能等俘获接口电路。然而目前的研究主要都是针对单能源、单输入的接口电路进行优化,例如基于压电振动能的俘获电路,目前大多数的研究都是针对单一悬臂梁结构的装置,能量采集效率不高。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种基于单电感的可拓展的多源、环境能量俘获接口电路,以便可以收集以压电振动能为代表的交流型能源和以温差热电能、光能乃至生物燃料能为代表的直流型能源。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种基于单电感的可拓展的多源环境能量俘获接口电路,包括第一直流源采集模块、第二直流源采集模块、第三直流源采集模块、多个第四直流源采集模块、数量与所述的第四直流源采集模块对应的压电能采集模块、电感、续流二极管、第一储能电容和负载,所述的第一直流源采集模块的正端与所述的电感的一端连接,所述的电感的另一端、所述的第二直流源采集模块的负端及每个所述的第四直流源采集模块的负端连接,所述的第四直流源采集模块的正端与对应的一个所述的压电能采集模块的负端连接,所述的第二直流源采集模块的正端与所述的续流二极管的阳极连接,所述的续流二极管的阴极与所述的第三直流源采集模块的负端连接,所述的第三直流源采集模块的正端、所述的第一储能电容的一端及所述的负载的一端连接,所述的第一储能电容的另一端、所述的负载的另一端、所述的第一直流源采集模块的负端及所述的压电能采集模块的正端均接地。所述的压电能采集模块包括压电片、第一PMOS管、第二PMOS管、第一电容、第一二极管、第二二极管、第一NPN管、第一PNP管、第二NPN管和第二PNP管,所述的第一PMOS管的源极与所述的第二PMOS管的源极连接并作为所述的压电能采集模块的正端,所述的第一PMOS管的漏极、所述的第二PMOS管的栅极、所述的压电片的1脚、所述的第一二极管的阴极、所述的第一NPN管的基极及所述的第一PNP管的集电极连接,所述的第二PMOS管的漏极、所述的第一PMOS管的栅极、所述的压电片的2脚、所述的第二二极管的阴极、所述的第二NPN管的基极及所述的第二PNP管的集电极连接,所述的第一二极管的阳极、所述的第一NPN管的发射极及所述的第一电容的一端连接,所述的第一电容的另一端、所述的第二二极管的阳极及所述的第二NPN管的发射极连接,所述的第一NPN管的集电极与所述的第一PNP管的基极连接,所述的第二NPN管的集电极与所述的第二PNP管的基极连接,所述的第一PNP管的发射极与所述的第二PNP管的发射极连接并作为所述的压电能采集模块的负端。所述的第一直流源采集模块、所述的第二直流源采集模块、所述的第三直流源采集模块和所述的第四直流源采集模块的结构相同,所述的第一直流源采集模块包括直流换能器和第二储能电容,所述的直流换能器的1脚与所述的第二储能电容的一端连接并作为所述的第一直流源采集模块的正端,所述的直流换能器的2脚与所述的第二储能电容的另一端连接并作为所述的第一直流源采集模块的负端。与现有技术相比,本技术的优点在于通过设置多个压电能采集模块和多个直流源采集模块,可以对压电能及多种以温差热电能、光能乃至生物燃料能为代表的直流型能源同时进行采集;能量采集过程分为三个独立的过程,首先,压电片从零位移点向最大位移点移动的过程中,压电片内部的寄生电容被不断的充电,与此同时,所有的直流源采集模块中的直流换能器也在给第二储能电容充电,当压电片的位移达到最大时,压电片内部寄生电容上的储能也达到了最大值,此时压电能采集模块中的第一PNP管或者第二PNP管导通,导致电感、第一直流源采集模块、压电片位移达到最大点的压电能采集模块及与其相串联的第四直流源采集模块形成一个LC谐振回路,经过1/4个LC谐振周期,LC谐振回路中第四直流源采集模块和压电能采集模块中的能量都被转移到了电感上,此时立马关断压电能采集模块中的第一PNP管或者第二PNP管,然后第一直流源采集模块、电感、第二直流源采集模块、续流二极管、第三直流源采集模块和第一储能电容形成回路,将第一直流源采集模块、电感、第二直流源采集模块和第三直流源采集模块上的能量转移到第一储能电容;以上三个过程完全独立,直流换能器和负载没有直接的通路,因此能量采集的效率不受负载变化的影响,而且整个电路结构是可叠加的,即可以根据实际的应用场景增加或减少各个直流源采集模块或者压电能采集模块,以适用不同的应用场景。附图说明图1为本技术的电路结构示意图;图2为本技术中压电能采集模块的电路结构图;图3为本技术中第一直流源采集模块的电路结构图。具体实施方式以下结合附图实施例对本技术作进一步详细描述。一种基于单电感L的可拓展的多源环境能量俘获接口电路,包括第一直流源采集模块U1、第二直流源采集模块U2、第三直流源采集模块U3、多个第四直流源采集模块U4、数量与第四直流源采集模块U4对应的压电能采集模块P1、电感L、续流二极管D、第一储能电容Csto和负载RL,第一直流源采集模块U1的正端与电感L的一端连接,电感L的另一端、第二直流源采集模块U2的负端及每个第四直流源采集模块U4的负端连接,第四直流源采集模块U4的正端与对应的一个压电能采集模块P1的负端连接,第二直流源采集模块U2的正端与续流二极管D的阳极连接,续流二极管D的阴极与第三直流源采集模块U3的负端连接,第三直流源采集模块U3的正端、第一储能电容Csto的一端及负载RL的一端连接,第一储能电容Csto的另一端、负载RL的另一端、第一直流源采集模块U1的负端及压电能采集模块P1的正端均接地。压电能采集模块P1包括压电片PZT、第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一NPN管Q1、第一PNP管Q2、第二NPN管Q3和第二PNP管Q4,第一PMOS管PM1的源极与第二PMOS管PM2的源极连接并作为压电能采集模块P1的正端,第一PMOS管PM1的漏极、第二PMOS管PM2的栅极、压电片PZT的1脚、第一二极管D1的阴极、第一NPN管Q1的基极及第一PNP管Q2的集电极连接,第二PMOS管PM2的漏极、第一PMOS管PM1的栅极、压电片PZT的2脚、第二二极管D2的阴极、第二NPN管Q3的基极及第二PNP管Q4的集电极连接,第一二极管D1的阳极、第一NPN管Q1的发射极及第一电容C1的一端连接,第一电容C1的另一端、第二二极管D2的阳极及第二NPN管Q3的发射极连接,第一NPN管Q1的集电极与第一PNP管Q2的基极连接,第二NPN管Q3的集电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单电感的可拓展的多源环境能量俘获接口电路,其特征在于包括第一直流源采集模块、第二直流源采集模块、第三直流源采集模块、多个第四直流源采集模块、数量与所述的第四直流源采集模块对应的压电能采集模块、电感、续流二极管、第一储能电容和负载,所述的第一直流源采集模块的正端与所述的电感的一端连接,所述的电感的另一端、所述的第二直流源采集模块的负端及每个所述的第四直流源采集模块的负端连接,所述的第四直流源采集模块的正端与对应的一个所述的压电能采集模块的负端连接,所述的第二直流源采集模块的正端与所述的续流二极管的阳极连接,所述的续流二极管的阴极与所述的第三直流源采集模块的负端连接,所述的第三直流源采集模块的正端、所述的第一储能电容的一端及所述的负载的一端连接,所述的第一储能电容的另一端、所述的负载的另一端、所述的第一直流源采集模块的负端及所述的压电能采集模块的正端均接地。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单电感的可拓展的多源环境能量俘获接口电路,其特征在于包括第一直流源采集模块、第二直流源采集模块、第三直流源采集模块、多个第四直流源采集模块、数量与所述的第四直流源采集模块对应的压电能采集模块、电感、续流二极管、第一储能电容和负载,所述的第一直流源采集模块的正端与所述的电感的一端连接,所述的电感的另一端、所述的第二直流源采集模块的负端及每个所述的第四直流源采集模块的负端连接,所述的第四直流源采集模块的正端与对应的一个所述的压电能采集模块的负端连接,所述的第二直流源采集模块的正端与所述的续流二极管的阳极连接,所述的续流二极管的阴极与所述的第三直流源采集模块的负端连接,所述的第三直流源采集模块的正端、所述的第一储能电容的一端及所述的负载的一端连接,所述的第一储能电容的另一端、所述的负载的另一端、所述的第一直流源采集模块的负端及所述的压电能采集模块的正端均接地。


2.根据权利要求1所述的一种基于单电感的可拓展的多源环境能量俘获接口电路,其特征在于所述的压电能采集模块包括压电片、第一PMOS管、第二PMOS管、第一电容、第一二极管、第二二极管、第一NPN管、第一PNP管、第二NPN管和第二PNP管,所述的第一PMOS管的源极与所述的第二PMOS管的源极连接并作为所述的压电能采集模块的正端,所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:夏银水王修登杜英斐施阁
申请(专利权)人:宁波大学
类型:新型
国别省市:浙江;33

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