[发明专利]具有AC侧短路功能的整流器电路及电感同步开关收集转换器

说明书

技术领域

本发明实施方案涉及整流器电路。一些实施方案涉及电感同步开关收集(SSHI)转换器。一些实施方案涉及对电流进行整流的方法。一些实施方案涉及变形并联SSHI转换器。

背景技术

能量收集(也称为功率收集或能量挖掘)为方法，通过所述方法，能量取自外部源(例如，太阳能、热能、风能、盐差能和动能)，捕获，转换为电能，并且存储用于低功率无线自主设备，如用于可穿戴电子产品及无线传感器网络中的低功率无线自主设备。例如，压电换能器用于从振动收集电力。不同AC-DC转换器在文献中进行说明以对交流电进行整流且提取最大电量。

用于压电发生器包括所述AC-DC转换器的能量收集器的可行应用为例如在如高速公路桥(结构健康监测)或地铁(跟踪和追踪)的应用中。与这些应用相关联的振动频率范围介于2Hz与50Hz之间，而平均加速度约为0.1g。

压电换能器的导纳轨迹(admittance locus)具有关于以下的固有信息：对于所述压电换能器，SSHI转换器而不是二极管电桥的采用将显著增加收集功率。压电元件的内部阻抗为复数，如由J.Brufau-Penella和M.Puig-Vidal在智能材料系统与结构杂志的卷00-2008,2008的“复共轭阻抗匹配的压电能量收集改良”中说明。因此，当内部阻抗的复共轭作为输出负载进行连接时，获得压电换能器的最大输出功率。然而，这个解决方案不现实，因为作为复共轭负载需要的电感会太大，这归因于压电元件的主导电容特性。如果电阻器作为负载连接到压电元件，那么所获得输出功率取决于激励压电元件的机械频率及电阻。在这种情况下最大输出功率通常利用电阻来获得，所述电阻等于在压电元件的导纳的实部与虚部之比最大化的频率处压电元件的等效戴维南(Thevenin)阻抗的模。因此，最大输出功率在压电元件的导纳具有其大多数电阻行为的频率处获得。

当电阻器为负载时的输出功率与最大功率之比的峰值取决于压电元件的阻抗圆。有些压电元件为这个比率最大接近于1，有些压电元件为这个比率低得多。对于比率接近于1的压电元件，非线性技术的采用不会经由整流电桥提供改良。然而，对于这个比率远低于1的压电元件，非线性转换器为比整流电桥更好的解决方案。

电感同步开关收集(SSHI)(Synchronized Switch Harvesting on Inductor)为非线性切换技术，所述技术从能量源提供DC(直流)电，诸如机械激励压电元件。SSHI转换器通常由开关和电感器及二极管电桥组成。机械激励压电元件通常产生交变电压和交变电流(AC)。

在振动期间用于压电元件的高效AC-DC转换器对于使收集功率最大化特别重要。

通过例如压电换能器传送的交流电可利用二极管电桥和滤波电容器进行整流(线性技术)。

采用通过开关连接到压电元件的电感器的较新AC-DC转换器(称为SSHI)也可用。当达到压电峰值位移时，开关接通。压电元件与电感器的连接引起谐振效应及压电电压快速反转。在压电电压反转之后，开关断开，直至检测到新峰值。然而，二极管电桥的二极管仍感应电压间隙，电压间隙引起收集电路损耗且限制收集功率。

在用于SSHI转换器的AC-DC转换器的进一步发展中，用于压电电压反转的开关进行分离，并且二极管电桥的两个二极管由这些开关取代。因此，电路包括较少组件，从而减少电路的成本及尺寸。另一个好处为二极管去除，二极管感应电压间隙。因此，收集电路中由所述电压间隙引入的损耗受到限制，并且收集功率因此较大。然而，每个周期从压电元件提取的能量可能仍比较低，并且在理论上只有小部分可提取能量。

因此，本发明目的在于提供整流器电路概念，所述整流器电路改良内部功率损耗减少与从能量源中的能量转移提高之间的权衡。

发明内容

本目的通过根据权利要求1所述的整流器电路、根据权利要求10所述的转换器及根据权利要求11所述对电流进行整流的方法来解决。

本发明实施方案提供整流器电路，所述整流器电路包括一对输入端子、一对输出端子及互相连接该对输入端子的第一电路。所述第一电路包括储能元件和整流电桥。所述整流电桥每个电桥分支包括至少一个可控开关元件，其中整流电桥的输出供应该对输出端子。每个电桥分支的至少一个可控开关元件被配置为提供经由整流电桥的临时导通路径，所述临时导通路径基本上绕过该对输出端子，并且所述临时导通路径基本上使第二电路发生短路，所述第二电路包括储能元件、该对输入端子及可连接到该对输入端子的能量源。