一種用于壓電-電磁復(fù)合式俘能器的能量采集電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于俘能器的能量采集電路，尤其涉及一種用于壓電-電磁復(fù)合式俘能器的能量采集電路，屬于新能源和發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子制造技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展及各種新型的低功耗元件的出現(xiàn)，將振動能轉(zhuǎn)化為電能并供給低功耗器件的振動型俘能器成為了研究熱點(diǎn)。目前，振動型俘能器主要有靜電式、壓電式與電磁式。靜電式俘能器需要外接電源，很大程度上限制了它的應(yīng)用。電磁式俘能的基本原理為電磁感應(yīng)定律，穿過閉合導(dǎo)線的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而輸出電能。壓電式俘能的基本原理為壓電材料的正壓電效應(yīng)，機(jī)械振動使得壓電材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，發(fā)生正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷，輸出電能。壓電式與電磁式俘能器的工作原理不同，不能同時(shí)輸出大電壓和大電流，為了克服兩種單一俘能技術(shù)的缺點(diǎn)，研究人員在壓電式、電磁式俘能器的基礎(chǔ)上提出了壓電-電磁復(fù)合式俘能器。
[0003]壓電-電磁復(fù)合俘能器將壓電和電磁兩種能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)集成在一個(gè)系統(tǒng)中，既綜合了壓電轉(zhuǎn)換和電磁轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)，又提高了微電源的能量轉(zhuǎn)換效率和能量密度。由于壓電式俘能器在每個(gè)振動周期壓輸出的電壓相對較高、電流較小，而電磁式俘能器的輸出的電壓相對較低，電流較大，二者能量都很微弱，不能直接向電子負(fù)載供電，需要將電壓和電流都轉(zhuǎn)換為可以為超級電容或者充電電池供電的電壓和電流。因此，在能量采集裝置與電子負(fù)載之間必須插入能量采集電路。能量采集電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，直接向負(fù)載供電，還可以儲存每個(gè)振動周期壓電元件的輸出電荷，增大輸出電流，從而提高輸出功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開的一種用于壓電-電磁復(fù)合式俘能器的能量采集電路，要解決的技術(shù)問題是提供一種能量采集電路，能夠?qū)崿F(xiàn)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，向負(fù)載供電，即實(shí)現(xiàn)壓電-電磁復(fù)合式俘能器直接為負(fù)載供電，從而提高輸出功率。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明公開的一種用于壓電-電磁復(fù)合式俘能器的能量采集電路，包括電磁俘能器能量采集電路、壓電俘能器能量采集電路、用于實(shí)現(xiàn)復(fù)合充電并防止電流回流的充電電路。
[0007]電磁俘能器能量采集電路用于提高電磁俘能器的輸出電壓，降低輸出電流，從而提高輸出功率，此外，還需使得電磁俘能器能量采集電路的輸出電壓與充電電池的充電電壓匹配。
[0008]所述的電磁俘能器能量采集電路包括AC-AC升壓模塊，整流濾波模塊，DC-DC降壓模塊，能量存儲模塊。
[0009]通過AC-AC升壓模塊使得電磁俘能器的輸出電壓升高，電流降低，然后通過對升壓模塊的輸出電壓進(jìn)行整流濾波，得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，為了得到與充電電池的充電電壓相匹配的輸出電壓，需要經(jīng)過DC-DC降壓模塊，這樣，DC-DC降壓模塊的輸出電壓能夠直接為充電電池充電。
[0010]電磁俘能器能量采集電路包括微型變壓器Q，電容Cp電容C2、電容C3、電容(:4和帶有整流濾波，DC-DC降壓功能的芯片。即AC-AC升壓模塊通過微型變壓器Q硬件實(shí)現(xiàn)；整流濾波模塊和DC-DC降壓模塊通過電容Q、電容C2、電容C3、電容C4和帶有整流濾波、DC-DC降壓功能的芯片U1實(shí)現(xiàn)。電磁俘能器輸出端一端接在微型變壓器Q的初級線圈一端，另一端接地，微型變壓器Q初級線圈的另一端接在芯片仏的SWl管腳；微型變壓器Q的次級線圈一端通過電容以妾入芯片U^C i管腳，通過電容C 2接入芯片U^C 2管腳，另一端接地；芯片仏的VS1、Vaux和VLDO管腳并接在電容C 3的一端，電容C 3的另一端接地；芯片U:的VS2管腳接地；芯片仏的Voutl管腳與電容C 4串接后接地，并輸出電壓V ■電磁。
[0011]電磁俘能器能量采集電路通過調(diào)節(jié)微型變壓器Q初級線圈與次級線圈的比值，使得電磁俘能器的輸出電壓升高，電流降低，然后通過對變壓器Q的次級線圈輸出電壓進(jìn)行整流濾波，得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，再經(jīng)過DC-DC降壓模塊，得到與充電電池的充電電壓相匹配的輸出電壓。
[0012]作為優(yōu)選，所述微型變壓器Q的初級線圈與次級線圈的比值1:100。
[0013]壓電俘能器能量采集電路用于降低壓電俘能器的輸出電壓，提高輸出電流，從而提高輸出功率，此外，還需使得壓電俘能器能量采集電路的輸出電壓與充電電池的充電電壓匹配。
[0014]所述的壓電俘能器能量采集電路包括整流濾波模塊、DC-DC降壓模塊、能量存儲模塊。
[0015]壓電俘能器能量采集電路通過整流濾波模塊，使得壓電俘能器得到一個(gè)穩(wěn)定的直流輸出電壓，然后通過DC-DC降壓，提高輸出電流，同時(shí)，得到一個(gè)與充電電池充電電壓相匹配的輸出電壓。
[0016]壓電俘能器能量采集電路包括電容C5、電容C6、電容C7、電容Cs、電感LjP帶有整流濾波、DC-DC降壓功能的芯片。即整流濾波模塊和DC-DC降壓模塊通過電容C5、電容C6、電容C7、電容Cs、電感L1和帶有整流濾波、DC-DC降壓功能的芯片U 2實(shí)現(xiàn)壓電俘能器能量采集電路，壓電俘能器輸出端兩端接入芯片仏的PZl和PZ2管腳；芯片1]2的V ιη管腳和CAP管腳之間并接電容C6，Vin管腳串接電容C 5后接地；芯片U 2的V in2、D。和D:管腳并接在電容C7—端，電容C 7的另一端接地；芯片U 2的SW2管腳和V _管腳之間并接電感L 1;芯片U 2的
管腳與電容c 8串接后接地，并輸出電壓V 電。
[0017]壓電俘能器能量采集電路通過整流濾波模塊對壓電俘能器的輸出電壓進(jìn)行整流濾波，得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，再經(jīng)過DC-DC降壓模塊，得到與充電電池的充電電壓相匹配的輸出電壓。
[0018]所述的用于實(shí)現(xiàn)復(fù)合充電并防止電流回流的充電電路包括二極管D1，二極管隊(duì)和充電電池。
[0019]電磁俘能器能量采集電路輸出V.電磁通過二極管D:接入充電電池的正極；壓電俘能器能量采集電路輸出V.壓電通過二極管D 2接入充電電池的正極；充電電池的負(fù)極接地。電磁俘能器能量采集電路的輸出電壓V.電磁和壓電俘能器能量采集電路V ■壓電與充電電池的充電電壓相匹配，實(shí)現(xiàn)對充電電池的充電功能，防止電流回流。
[0020]通過本發(fā)明公開的一種用于壓電-電磁復(fù)合式俘能器的能量采集電路能夠?qū)崿F(xiàn)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，向充電電池供電，即實(shí)現(xiàn)壓電-電磁復(fù)合式俘能器直接為負(fù)載供電，從而提尚輸出功率。
[0021]本發(fā)明公開的一種用于壓電-電磁復(fù)合式俘能器的能量采集電路工作過程為，壓電-電磁復(fù)合式俘能器在振動狀態(tài)下，電磁俘能器輸出交流信號，通過微型變壓器Q升壓后，接入芯片U1，在芯片U1內(nèi)部，經(jīng)過整流降壓，DC/DC轉(zhuǎn)換，在V管腳輸出電壓V ■壓電；壓電俘能器輸出交流信號直接接入芯片U2，通過芯片1]2內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器，放掉任何多余的電力，并由一個(gè)效率尚的暈微功率的同步降壓穩(wěn)壓器維持穩(wěn)定的輸出電壓，在V(jUT2管腳輸出電壓V.電磁，V ■電磁和V <3UT壓電分別接二極管D 1、二極管D2再接到充電電池正極上，對充電電池供電，即實(shí)現(xiàn)壓電-電磁復(fù)合式俘能器直接為負(fù)載供電，從而提高輸出功率。
[0022]有益效果:
[0023]1、本發(fā)明公開的一種用于壓電-電磁復(fù)合式俘能器的能量采集電路，有效的將壓電俘能和電磁俘能結(jié)合到一起，可產(chǎn)生較大輸出電流和較高輸出電壓，有效彌補(bǔ)了壓電或電磁單獨(dú)俘能方式功率偏小的不足，更加有利于為超級電