一种用于压电能量收集的接口电路及其控制单元和方法技术

本发明专利技术提供了一种用于压电能量收集的接口电路，包括控制单元，用于在一适当时刻控制与所述压电元件的储能元件串联的开关导通并控制所述开关的导通时间，实现压电元件的正极电压和负极电压在所述开关导通时间内迅速翻转，实现偏置翻转，并进行压电能量收集。所述控制单元还用于通过根据正极电压和负极电压变化的半周期点时刻来控制所述开关导通，并导通一预设时间，和/或在正极电压或负极电压达到极值时来控制所述开关导通，在正极电压或负极电压上升到一预设电压值时，断开所述开关来控制所述导通时间，所述预设时间远小于正极电压和负极电压的变化周期，或所述预设电压值为所述接口电路的整流电压的分压，从而防止振荡，实现快速翻转，以提高能量收集效率的效果。

An interface circuit for piezoelectric energy collection and its control unit and method

【技术实现步骤摘要】
一种用于压电能量收集的接口电路及其控制单元和方法
本专利技术涉及压电能量收集领域，尤其涉及一种可用于实现并联电感同步开关收集(ParallelSynchronizedSwitchHarvestingonInductor(P-SSHI))技术的压电能量收集的接口电路及其控制单元和方法。
技术介绍
整流器接口电路的好坏是实现压电能量收集多少的关键。虽然采用P-SSHI技术的整流器比采用单纯二极管构成的整流器能够收集更多的能量，但是，目前P-SSHI功能的实现主要是采用分立元器件的板集设计和微控制单元(MicrocontrollerUnit(MCU))的辅助。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种可用于P-SSHI技术的压电能量收集的接口电路及其控制单元和方法。依据本专利技术的一个方面，提供了一种用于压电能量收集的接口电路，包括控制单元，用于产生控制与所述压电元件的储能元件串联的开关导通并控制所述开关在一时间段内导通，而使得压电元件的正极电压和负极电压在所述开关导通的时间段内迅速翻转的导通控制信号，以最大化压电能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于压电能量收集的接口电路，其特征在于包括控制单元，用于产生控制与所述压电元件的储能元件串联的开关导通并控制所述开关在一时间段内导通，而使得压电元件的正极电压和负极电压在所述开关导通的时间段内迅速翻转的导通控制信号，以进行最大化压电能量收集。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于压电能量收集的接口电路，其特征在于包括控制单元，用于产生控制与所述压电元件的储能元件串联的开关导通并控制所述开关在一时间段内导通，而使得压电元件的正极电压和负极电压在所述开关导通的时间段内迅速翻转的导通控制信号，以进行最大化压电能量收集。


2.如权利要求1所述的接口电路，其特征在于所述控制单元还用于通过根据正极电压和负极电压的变化周期和/或根据正极电压或负极电压到达极值来设置所述开关导通的时刻；和/或在所述开关导通预设时间后将所述开关断开；和/或通过检测所述正极电压或负极电压的上升沿，在正极电压或负极电压上升到一预设电压值时，断开与所述储能元件串联的所述开关来控制所述导通的时间段；和/或所述预设电压值为所述经接口电路整流后电压的分压；和/或所述预设时间对应于储能元件与所述压电元件的等效电容的谐振周期的一半。


3.如权利要求1或所述的接口电路，其特征在于所述控制单元包括比较装置，用于将正极电压和/或负极电压与所述经接口电路整流后的电压比较，以及与地电平相比较，以分别产生第一到第四控制信号中的一个或多个；和/或第一检测装置，用于通过所述第一到第四控制信号中的一个或多个来判断正极电压或负极电压处于上升沿，以给出第一检测信号和第二检测信号；第二检测装置，用于把处于上升沿的正极电压或负极电压与一预设电压值相比较，来检测正极电压或负极电压是否上升到该预设电压值，以获得第三检测信号；和/或第三检测装置，用于通过第三检测信号来确定正极电压和负极电压的翻转是否结束，以获得翻转检测信号；和/或导通控制信号产生装置，用于根据第一检测信号、第二检测信号和翻转检测信号来产生用于控制与储能元件串联的所述开关的导通控制信号。


4.如以上权利要求中任一项所述的接口电路，其特征在于所述控制单元还包括第一到第四比较器，用于将正极电压和/或负极电压与经所述接口电路整流后电压比较，以及与地电平相比较，以分别产生第一到第四控制信号；和/或第一和第二D触发器，用于通过所述第一到第四控制信号中的一个或多个来判断正极电压或负极电压处于上升沿，以分别给出第一检测信号和第二检测信号；第五比较器，用于把处于上升沿的正极电压或负极电压与一预设电压值相比较，来检测所述正极电压或负极电压是否上升到该预设电压值，以给出第三检测信号；和/或第一或门，用于通过把第一与第二控制信号逻辑或或者通过把第三与第四控制信号逻辑或来产生复位控制信号；和/或第三D触发器，用于通过所述第三检测信号以及复位信号来确定正极电压和负极电压翻转结束，以给出翻转检测信号；和/或第一与门，用于把翻转检测信号与第一检测信号进行逻辑与；和/或第二与门，用于把翻转检测信号与第二检测信号进行逻辑与；和/或第二或门，用于把所述第一与门的结果与第二与门的结果进行逻辑或来产生用于控制与储能元件串联的所述开关的导通控制信号。


5.如以上权利要求中任一项所述的接口电路，其特征在于还包括耦合到所述控制单元的开关电路，所述开关电路包括分别由所述第一到第四控制信号控制导通或断开的第一到第四开关；和/或所述第一到第四开关的任一个为二极管；和/或所述第一到第四开关中的任一个包括二极管、选择性开关管；和/或所述选择性开关管包括三极管、晶体管、金属氧化物半导体管；和/或所述第一到第四开关用于构成把所述正极电压和负极电压的交流电压转换成直流电压的全波整流桥。


6.如以上权利要求中任一项所述的接口电路，其特征在于所述控制单元还包括用于把整流后电压与正极电压比较来获得第一控制信号的第一比较器，和/或在VP≥Vrect时，第一控制信号控制第一开关导通，在VP＜Vrect时，第一控制信号控制第一开关断开；和/或用于把整流后电压与负极电压比较来获得第二控制信号的第二比较器，和/或在当VN≥Vrect时，第二控制信号控制第二开关导通，VN＜Vrect时，第二控制信号控制第二开关断开；用于把地电平与负极电压比较来获得第三控制信号的第三比较器，和/或当VN≤0时，第三控制信号控制第三开关导通，VN＞0时，第三控制信号控制第三开关断开；和/或用于把地电平和正极电压比较来获得第四控制信号的第四比较器，和/或当VP≤0时，第四控制信号控制第四开关导通，VP＞0时，第四控制信号控制第四开关断开，其中VP为正极电压，VN为负极电压，Vrect为整流后电压。


7.一种用于压电能量收集的接口电路的控制单元，包括导通控制信号产生装置，用于产生控制与储能元件串联的所述开关导通，而使得在所述开关的导通时间内压电元件的正极电压负极电压完成快速翻转的导通控制信号，以实现偏置翻转并进行压电能量收集。


8.如权利要求7所述的控制单元，其特征在于所述导通控制信号产生装置用于根据正极电压和负极电压的变化周期而设置使所述开关在每到对应于压电元件形变到最大点的正极电压或负极电压的半周期时间点时导通并在所述导通时间后断开的所述导通控制信号；和/或通过检测所述正极电压或负极电压的极值，以及检测在上升沿正极电压或负极电压从极值上升到一预设电压值，以控制所述导通时间来产生所述导通控制信号；和/或所述预设电压值为所述接口电路的整流后电压的分压；和/或所述极值对应于所述正极电压或负极电压开始翻转的临界点；和/或所述导通时间对应于储能元件与所述压电元件的等效电容的谐振周期的一半或对应于上升沿正极电压或负极电压从正极电压或负极电压最低值上升到所述预设电压值的时间。


9.如权利要求7或8所述的控制单元，其特征在于还包括比较装置，用于将正极电压和/或负极电压与经所述接口电路整流后电压比较，以及与地电平相比较，以分别产生第一到第四控制信号中的一个或多个；和/或第一检测装置，用于通过所述第一到第四控制信号中的一个或多个来检测正极电压或负极电压处于上升沿，以获得第一检测信号和第二检测信号；第二检测装置，用于把处于上升沿的正极电压或负极电压与一预设电压值相比较，来检测正极电压或负极电压是否上升到该预设电压值，以获得第三检测信号；和/或第三检测装置，用于通过第三检测信号来确定正极电压和负极电压的翻转结束，以给出翻转检测信号；和/或所述导通控制信号产生装置用于根据第一检测信号、第二检测信号和翻转检测信号来产生用于控制与储能元件串联的所述开关的导通控制信号。


10.如以上权利要求中任一项所述的控制单元，其特征在于还包括第一到第四比较器，用于将正极电压和/或负极电压与经所述接口电路整流后电压比较，以及与地电平相比较，以分别产生第一到第四控制信号；和/或第一和第二D触发器，用于通过所述第一到第四控制信号中的一个或多个来检测正...

【专利技术属性】
技术研发人员：于玮玮，王莉菲，
申请(专利权)人：华大半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31