申请/专利权人：宁波大学

申请日：2018-10-17

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN109217446B

主分类号：H02J7/34

分类号：H02J7/34

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.02.12#实质审查的生效;2019.01.15#公开

摘要：本发明公开了一种压电振动能采集电路，特点是包括压电片、正峰值检测模块、负峰值检测模块、第一电感、第一储能电容、第二储能电容和负载，压电片的第1引脚、正峰值检测模块的正极及负峰值检测模块的负极连接，压电片的第2引脚、第一电感的一端及第一储能电容的负极连接，正峰值检测模块的负极、负峰值检测模块的输出端及第一储能电容的正极连接，正峰值检测模块的输出端、第二储能电容的正极及负载的一端连接，第一电感的另一端、负峰值检测模块的正极、第二储能电容的负极及负载的另一端均接地；优点是电路中的耗能元件较少，大大降低了电路中的LC回路的整体功耗，提高了LC回路的品质因子，从而提高了整体电路对压电振动能的采集效率。

主权项：1.一种压电振动能采集电路，其特征在于包括压电片、正峰值检测模块、负峰值检测模块、第一电感、第一储能电容、第二储能电容和负载，所述的压电片的第1引脚、所述的正峰值检测模块的正极及所述的负峰值检测模块的负极连接，所述的压电片的第2引脚、所述的第一电感的一端及所述的第一储能电容的负极连接，所述的正峰值检测模块的负极、所述的负峰值检测模块的输出端及所述的第一储能电容的正极连接，所述的正峰值检测模块的输出端、所述的第二储能电容的正极及所述的负载的一端连接，所述的第一电感的另一端、所述的负峰值检测模块的正极、所述的第二储能电容的负极及所述的负载的另一端均接地，所述的正峰值检测模块包括第一PNP管和第一NPN管，所述的负峰值检测模块包括第二PNP管和第二NPN管，所述的压电片的第1引脚、所述的第一PNP管的基极、所述的第一NPN管的集电极、所述的第二PNP管的集电极及所述的第二NPN管的基极连接，所述的第一PNP管的集电极与所述的第一NPN管的基极连接，所述的第二PNP管的基极与所述的第二NPN管的集电极连接，所述的压电片的第2引脚、所述的第一电感的一端及所述的第一储能电容的负极连接，所述的第一PNP管的发射极、所述的第二NPN管的发射极及所述的第一储能电容的正极连接，所述的第一NPN管的发射极、所述的第二储能电容的正极及所述的负载的一端连接，所述的第一电感的另一端、所述的第二PNP管的发射极、所述的第二储能电容的负极及所述的负载的另一端均接地。

全文数据：一种压电振动能采集电路技术领域本发明涉及一种能量采集电路，尤其是一种压电振动能采集电路。背景技术压电式振动能量采集是一种利用压电材料的压电效应，对环境中的振动能进行采集的方法，由于压电片的输出电压是交流信号，而一般的电子设备是由直流电源供电的，因此，在压电片和电子设备之间需要一个接口电路，通过接口电路实现交流电压到直流电压的转变。最简单的接口电路是全桥整流电路，但是全桥整流电路的效率很低，因此有人提出了自供电的串联同步开关能量俘获电路、并联同步开关能量俘获电路以及同步电荷提取电路，这些非线性压电能采集电路利用LC谐振回路对压电能量进行提取，可以有效提高能量采集效率，但是，这些电路的LC谐振回路中都存在二极管等耗能元件，尤其是在压电能量微弱的条件下这些耗能元件将会消耗掉大部分的能量，导致能量采集的效率很低。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种损耗较低、能量采集效率较高的压电振动能采集电路。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种压电振动能采集电路，包括压电片、正峰值检测模块、负峰值检测模块、第一电感、第一储能电容、第二储能电容和负载，所述的压电片的第1引脚、所述的正峰值检测模块的正极及所述的负峰值检测模块的负极连接，所述的压电片的第2引脚、所述的第一电感的一端及所述的第一储能电容的负极连接，所述的正峰值检测模块的负极、所述的负峰值检测模块的输出端及所述的第一储能电容的正极连接，所述的正峰值检测模块的输出端、所述的第二储能电容的正极及所述的负载的一端连接，所述的第一电感的另一端、所述的负峰值检测模块的正极、所述的第二储能电容的负极及所述的负载的另一端均接地。所述的正峰值检测模块包括第一PNP管和第一NPN管，所述的负峰值检测模块包括第二PNP管和第二NPN管，所述的压电片的第1引脚、所述的第一PNP管的基极、所述的第一NPN管的集电极、所述的第二PNP管的集电极及所述的第二NPN管的基极连接，所述的第一PNP管的集电极与所述的第一NPN管的基极连接，所述的第二PNP管的基极与所述的第二NPN管的集电极连接，所述的压电片的第2引脚、所述的第一电感的一端及所述的第一储能电容的负极连接，所述的第一PNP管的发射极、所述的第二NPN管的发射极及所述的第一储能电容的正极连接，所述的第一NPN管的发射极、所述的第二储能电容的正极及所述的负载的一端连接，所述的第一电感的另一端、所述的第二PNP管的发射极、所述的第二储能电容的负极及所述的负载的另一端均接地。与现有技术相比，本发明的优点在于在正半周期内，第一储能电容、第二储能电容、第一电感和压电片形成一个LC回路，经过12个LC振荡周期，第一储能电容和压电片内部寄生电容上积累的电荷就会转移到第二电容上，为负载R供电，同时也会给压电片内部寄生电容反向充电，抬高压电片反向的初始电压，当压电片的第2引脚上的电压高于第1引脚的电压时进入负半周期，在负半周期内，第一电感和压电片形成一个LC回路，压电片内部寄生电容与第一电感发生谐振，经过12个LC振荡周期，压电片内部寄生电容上积累的电荷通过第一电感转移到压电片内部寄生电容的另一端，相当于对压电片U1两端的电压进行翻转，能量反向存储在压电片U1内部寄生电容上，然后在通过下一个正半周期的LC谐振，转移到负载端，从而实现整个周期的能量提取过程，LC回路中的耗能元件较少，大大降低了LC回路的整体功耗，提高了LC回路的品质因子，从而提高了整体电路的压电能量采集效率。附图说明图1为本发明的电路结构原理图；图2为本发明的具体电路结构图。具体实施方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。如图1所示，一种压电振动能采集电路，包括压电片U1、正峰值检测模块U2、负峰值检测模块U3、第一电感L1、第一储能电容C1、第二储能电容C2和负载R，压电片U1的第1引脚、正峰值检测模块U2的正极及负峰值检测模块U3的负极连接，压电片U1的第2引脚、第一电感L1的一端及第一储能电容C1的负极连接，正峰值检测模块U2的负极、负峰值检测模块U3的输出端及第一储能电容C1的正极连接，正峰值检测模块U2的输出端、第二储能电容C2的正极及负载R的一端连接，第一电感L1的另一端、负峰值检测模块U3的正极、第二储能电容C2的负极及负载R的另一端均接地。如图2所示，正峰值检测模块U2包括第一PNP管Q1和第一NPN管Q2，负峰值检测模块U3包括第二PNP管Q4和第二NPN管Q3，压电片U1的第1引脚、第一PNP管Q1的基极、第一NPN管Q2的集电极、第二PNP管Q4的集电极及第二NPN管Q3的基极连接，第一PNP管Q1的集电极与第一NPN管Q2的基极连接，第二PNP管Q4的基极与第二NPN管Q3的集电极连接，压电片U1的第2引脚、第一电感L1的一端及第一储能电容C1的负极连接，第一PNP管Q1的发射极、第二NPN管Q3的发射极及第一储能电容C1的正极连接，第一NPN管Q2的发射极、第二储能电容C2的正极及负载R的一端连接，第一电感L1的另一端、第二PNP管Q4的发射极、第二储能电容C2的负极及负载R的另一端均接地。以上电路结构的工作原理如下：在正半周期：压电片U1第1引脚上的电压高于第2引脚的电压，第二NPN管Q3的基极-发射极导通，压电片U1通过第一引脚向第一储能电容C1充电，当压电片U1第1引脚上的电压达到峰值时，第一储能电容C1的电压也达到最大，随后压电片U1第1引脚上的电压逐渐降低，然而，由于第一PNP管Q1存在导通阈值电压，因此第一储能电容C1上的电荷不能立马释放，因此电压保持不变，当压电片U1第1引脚上的电压减小到比第一储能电容C1上的电压低一个PNP管的阈值电压时，第一PNP管Q1导通，同时促使第一NPN管Q2导通，从而导致第二储能电容C2、第一电感L1和压电片U1形成一个LC回路，经过12个LC振荡周期，压电片U1内部寄生电容上积累的电荷就会转移到第二电容C2上，为负载R供电，同时也会给压电片U1内部寄生电容反向充电，抬高压电片U1反向的初始电压；在负半周期：压电片U1第2引脚上的电压高于第1引脚的电压，压电片U1通过第2引脚向第一储能电容C1充电，当压电片U1第2引脚上的电压达到峰值时，第一储能电容C1的反向电压也达到最大，随后压电片U1第2引脚上的电压逐渐降低，然而，由于第二NPN管Q3存在导通阈值电压，因此第一储能电容C1上的电荷不能立马释放，因此电压保持不变，当压电片U1第2引脚上的电压减小到比第一储能电容C1上的反向电压低一个NPN管的阈值电压时，第二NPN管Q3导通，同时促使第二PNP管Q4导通，从而导致第一电感L1和压电片U1形成一个LC回路，压电片U1内部寄生电容上积累的电荷会从第二引脚流向第一引脚，经过12个LC振荡周期，压电片U1两端的电压会发生翻转，能量反向存储在压电片U1内部寄生电容上，然后在通过下一个正半周期的LC谐振，转移到负载端，从而实现整个周期的能量提取过程。

权利要求：1.一种压电振动能采集电路，其特征在于包括压电片、正峰值检测模块、负峰值检测模块、第一电感、第一储能电容、第二储能电容和负载，所述的压电片的第1引脚、所述的正峰值检测模块的正极及所述的负峰值检测模块的负极连接，所述的压电片的第2引脚、所述的第一电感的一端及所述的第一储能电容的负极连接，所述的正峰值检测模块的负极、所述的负峰值检测模块的输出端及所述的第一储能电容的正极连接，所述的正峰值检测模块的输出端、所述的第二储能电容的正极及所述的负载的一端连接，所述的第一电感的另一端、所述的负峰值检测模块的正极、所述的第二储能电容的负极及所述的负载的另一端均接地。2.根据权利要求1所述的一种压电振动能采集电路，其特征在于所述的正峰值检测模块包括第一PNP管和第一NPN管，所述的负峰值检测模块包括第二PNP管和第二NPN管，所述的压电片的第1引脚、所述的第一PNP管的基极、所述的第一NPN管的集电极、所述的第二PNP管的集电极及所述的第二NPN管的基极连接，所述的第一PNP管的集电极与所述的第一NPN管的基极连接，所述的第二PNP管的基极与所述的第二NPN管的集电极连接，所述的压电片的第2引脚、所述的第一电感的一端及所述的第一储能电容的负极连接，所述的第一PNP管的发射极、所述的第二NPN管的发射极及所述的第一储能电容的正极连接，所述的第一NPN管的发射极、所述的第二储能电容的正极及所述的负载的一端连接，所述的第一电感的另一端、所述的第二PNP管的发射极、所述的第二储能电容的负极及所述的负载的另一端均接地。

百度查询： 宁波大学 一种压电振动能采集电路

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