【技术实现步骤摘要】
本申请属于电能转换，尤其涉及一种嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路。
技术介绍
1、目前，压电发电机的压电能量收集电路一般包含前后两级。前级用于整流，后级实现阻抗匹配。因压电发电机输出阻抗呈高阻抗容性，尤其在低频振动条件下，需要一个不切实际的巨大电感来实现阻抗匹配。因此，压电能量收集电路通常采用同步开关技术，以减小电感的值和整个电路的体积。目前，同步开关技术包括两种典型的方法，分别是，同步电荷提取技术和电感同步开关技术。前者的优点在于压电发电机输出功率理论上与负载无关，但一般来说效率相对更低。而电感同步开关技术虽然效率下相对更高，但输出功率与负载有关，需要更复杂的后级控制电路，这可能会增加电路的功耗。后级控制电路还可能引入开关损耗。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，旨在解决传统的压电能量收集电路存在的电路损耗高的问题。
2、本申请实施例的一方面提了一种嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，用于连接在压电发电机与负载之间，对所述压电发电机输出的电能进行收集，所述压电能量收集电路包括：全桥整流电路和谐振变频电路；所述全桥整流电路的输入端用于与所述压电发电机连接，所述全桥整流电路的输出端与所述谐振变频电路连接，所述谐振变频电路的输出端用于与所述负载连接；所述全桥整流电路用于基于所述压电发电机输出的交流电，在所述压电发电机的输出电压处于预设电压范围时，导通并输出第一单向电流；所述谐振变频电路用于基于所述第一单向电流通过振荡生成高频控制
3、其中一实施例中，所述全桥整流电路包括第一开关单元、第二开关单元、第一电感、第一单向导通器和第二单向导通器；所述第一开关单元的第一端与所述压电发电机的第一输出端连接，所述第一开关单元的第二端为所述全桥整流电路的输出正极，所述第二开关单元的第一端与所述压电发电机的第一输出端连接，所述第二开关单元的第二端为所述全桥整流电路的输出负极；所述第一电感的第一端与所述压电发电机的第二输出端连接，所述第一单向导通器的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第一单向导通器的第二端与所述第一开关单元的第二端连接，所述第二单向导通器的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第二单向导通器的第二端与所述第二开关单元的第二端连接；所述第一开关单元用于在所述压电发电机的输出电压处于第一电压范围时导通，所述第二开关单元用于在所述压电发电机的输出电压处于第二电压范围时导通。
4、其中一实施例中，所述压电能量收集电路还包括主控模块，所述第一开关单元包括第一控制开关，所述第二开关单元包括第二控制开关，所述主控模块分别与所述第一控制开关和所述第二控制开关连接，所述主控模块用于控制所述第一控制开关和所述第二控制开关的导通与关断。
5、其中一实施例中，所述第一开关单元包括第一npn三极管，所述第二开关单元包括第二pnp三极管，所述全桥整流电路还包括第一电容、第一pnp三极管和第二npn管；所述第一电容的第一端与所述压电发电机的第二输出端连接；所述第一npn三极管的集电极与所述压电发电机的第一输出端连接，所述第一npn三极管的发射极与所述第一单向导通器的第二端连接，所述第一pnp三极管的集电极与所述第一npn三极管的基极连接，所述第一pnp三极管的发射极与所述第一电容的第二端连接，所述第一pnp三极管的基极与所述压电发电机的第一输出端连接；所述第二npn三极管的发射极与所述第一电容的第二端连接，所述第二npn三极管的基极与所述压电发电机的第一输出端连接，所述第二npn三极管的集电极与所述第二pnp三极管的基极连接，所述第二pnp三极管的集电极与所述压电发电机的第一输出端连接，所述第二pnp三极管的发射极与所述第二单向导通器的第二端连接。
6、其中一实施例中，所述第一单向导通器为第一二极管，所述第一二极管的正极为所述第一单向导通器的第一端，所述第一二极管的负极为所述第一单向导通器的第二端；所述第二单向导通器为第二二极管，所述第二二极管的正极为所述第二单向导通器的第一端，所述第二二极管的负极为所述第二单向导通器的第二端。
7、其中一实施例中，所述谐振变频电路包括谐振单元和变频单元；所述谐振单元与所述全桥整流电路连接，所述谐振单元用于基于所述第一单向电流生成所述高频控制信号；所述变频单元与所述谐振单元连接，所述谐振单元还用于向所述变频单元传输所述第一单向电流，所述变频单元用于基于所述高频控制信号调节所述第一单向电流的频率，以生成并向所述负载输出所述第二单向电流。
8、其中一实施例中，所述谐振单元包括第二电感和第二电容，所述变频单元包括第三开关、第三单向导通器和第三电容；所述第二电感的第一端与所述全桥整流电路的输出正极连接，所述第二电容的第一端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述全桥整流电路的输出负极连接并接地；所述第三开关的第一端与所述第二电感的第二端连接，所述第三开关的第二端与所述全桥整流电路的输出负极连接，所述第三开关的受控端与所述第二电容的第一端连接；所述第三单向导通器的第一端与所述第二电感的第二端连接，所述第三单向导通器的第二端与所述第三电容的第一端连接，并用于与负载连接，所述第三电容的第二端与所述全桥整流电路的输出负极连接，并用于与负载连接；所述第二电容用于与所述第二电感组成谐振腔，以在所述电容的第一端生成并向所述第三开关提供所述高频控制信号。
9、其中一实施例中，所述第二电容的电容值至多为所述压电发电机的等效电容的电容值的十分之一。
10、其中一实施例中，所述第三单向导通器为第三二极管，所述第三二极管的正极为所述第三单向导通器的第一端，所述第三二极管的负极为所述第三单向导通器的第二端。
11、其中一实施例中，所述第三开关为n型mos管，所述n型mos管的漏极为所述第三开关的第一端，所述n型mos管的源极为所述第三开关的第二端，所述n型mos管的栅极为所述第三开关的受控端。
12、本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：谐振变频电路在产生高频控制信号的同时，还可以对高频控制信号进行回收，以减小电路的整体开关损耗，无需额外的控制电路。
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1.一种嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，用于连接在压电发电机与负载之间，对所述压电发电机输出的电能进行收集，其特征在于，所述压电能量收集电路包括：全桥整流电路和谐振变频电路；所述全桥整流电路的输入端用于与所述压电发电机连接，所述全桥整流电路的输出端与所述谐振变频电路连接，所述谐振变频电路的输出端用于与所述负载连接；
2.如权利要求1所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述全桥整流电路包括第一开关单元、第二开关单元、第一电感、第一单向导通器和第二单向导通器；
3.如权利要求2所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述压电能量收集电路还包括主控模块，所述第一开关单元包括第一控制开关，所述第二开关单元包括第二控制开关，所述主控模块分别与所述第一控制开关和所述第二控制开关连接，所述主控模块用于控制所述第一控制开关和所述第二控制开关的导通与关断。
4.如权利要求2所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一NPN三极管，所述第二开关单元包括第二PNP三极管，所述全桥整流电路还包括第一
5.如权利要求2所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述第一单向导通器为第一二极管，所述第一二极管的正极为所述第一单向导通器的第一端，所述第一二极管的负极为所述第一单向导通器的第二端；所述第二单向导通器为第二二极管，所述第二二极管的正极为所述第二单向导通器的第一端，所述第二二极管的负极为所述第二单向导通器的第二端。
6.如权利要求2所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述谐振变频电路包括谐振单元和变频单元；
7.如权利要求6所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述谐振单元包括第二电感和第二电容，所述变频单元包括第三开关、第三单向导通器和第三电容；
8.如权利要求7所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述第二电容的电容值至多为所述压电发电机的等效电容的电容值的十分之一。
9.如权利要求7所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述第三单向导通器为第三二极管，所述第三二极管的正极为所述第三单向导通器的第一端，所述第三二极管的负极为所述第三单向导通器的第二端。
10.如权利要求7所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述第三开关为N型MOS管，所述N型MOS管的漏极为所述第三开关的第一端，所述N型MOS管的源极为所述第三开关的第二端，所述N型MOS管的栅极为所述第三开关的受控端。
...【技术特征摘要】
1.一种嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，用于连接在压电发电机与负载之间，对所述压电发电机输出的电能进行收集，其特征在于，所述压电能量收集电路包括：全桥整流电路和谐振变频电路；所述全桥整流电路的输入端用于与所述压电发电机连接，所述全桥整流电路的输出端与所述谐振变频电路连接，所述谐振变频电路的输出端用于与所述负载连接；
2.如权利要求1所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述全桥整流电路包括第一开关单元、第二开关单元、第一电感、第一单向导通器和第二单向导通器；
3.如权利要求2所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述压电能量收集电路还包括主控模块，所述第一开关单元包括第一控制开关，所述第二开关单元包括第二控制开关，所述主控模块分别与所述第一控制开关和所述第二控制开关连接，所述主控模块用于控制所述第一控制开关和所述第二控制开关的导通与关断。
4.如权利要求2所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一npn三极管，所述第二开关单元包括第二pnp三极管，所述全桥整流电路还包括第一电容、第一pnp三极管和第二npn管；
5.如权利要求2所述的嵌套谐振同步开关的压电能量收集电路，其特征在于，所述第一单向导通器为第一二极管，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴了，王新辉，刘辉，谢明华，邓积微，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：
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